|
|
|
MECANISMELE GENERALE ALE LOCOMOTIEI
Introducere
Miscarea locomotorie rezulta prin interactiunea intre fortele interne ale organismului si cele externe ale mediului.
Forta este orice cauza care modifica sau tinde sa modifice starea de repaus sau de miscare a unui corp. Ramura mecanicii care se ocupa cu studiul fortelor se numeste dinamica. Ramura biologiei care se ocvupa cu studiul fortelor declansate, sau care actioneaza asupra corpurilor animale se numeste biodinamica. Miscarea apare ca o modificare a pozitiei corpurilor, sau a partilor acestora. Stiinta care studiaza formele si aspectele miscarilor in timp si spatiu se numeste cinematica. Aplicarea cinematicii la formele biologice poarta numele de biocinematica.
Reperul este acel punct sau plan considerat conventional fix, la care se raporteaza orice miscare, considerata relativa. Punctele fixe poarta numele de repere ale miscarii, fara de care aceasta nu ar putea fi studiata.
Directia de miscare reprezinta traiectoria miscarii pe cele 3 dimensiuni (orizontala: inainte si inapoi, verticala: in sus si in jos, si laterala: dreapta si stanga). Directia miscarii poate fi rectilinie sau curbilinie. Daca mai multe puncte se misca simultan pe o directie rectilinie avem de–a face cu o miscare de translatie, iar daca aceste puncte se misca pe o traiectorie curbilinie vorbim despre o miscare de rotatie.
Viteza si acceleratia
Reperul reprezinta componenta miscarii legata de spatiu, dar miscarea mai trebuie interpretata si in functie de timp. Din acest punct de vedere se caracterizeaza viteza ca fiind spatiul parcurs de un obiect aflat in miscare in unitatea de timp. Acceleratia reprezinta evolutia vitezei in sensul cresterii sau scaderii valorii sale, pe durata efectuarii miscarii. Astfel vorbim despre miscari uniforme, accelerate sau decelerate. Acceleratia gravitationala notata “g” reprezinta componenta acceleratiei prin care pamantul actioneaza asupra tuturor corpurilor aflate sub influenta fortei sale gravitationale.
Fortele interne
Corpul uman reprezinta un transportor si un transformator de energie (fizica, chimica si biologica) prin intermediul metabolismului si locomotiei. Energia rezultata in urma proceselor metabolice celulare genereaza fortele interne. Succesiunea fortelor interne care stau la baza realizarii unei miscari este urmatoarea: impulsul nervos → contractia musculara → actiunea parghiei osoase→ mobilitatea articulara.
Impulsul nervos este prima forta interna a miscarii, care are ca suport morphologic arcul reflex format din: segmentul receptor, calea senzitiva (aferenta), centrul nervos, calea motorie (eferenta) si efectorul.
Organele de simt sau analizatorii sunt raspunzatoare de inregistrarea conditiilor permanent schimbatoare ale mediului extern si intern. Analizatorul este un sistem functional unitary, format dintr-un segment periferic (receptorul), un segment aferent de conducere (reprezentat de caile senzitive si senzoriale) si un segment central de analiza si integrare a informatiei (centrul nervos). Dupa localizarea receptorilor acestia sunt exteroceptori (care culeg informatii de la excitantii externi), interoceptori (care culeg informatii de la organele interne) si proprioceptori (care culeg informatii de la componentele aparatului locomotor).
Functiile maduvei spinarii constau in: functia de transmitere a informatiei, functia reflexa si functia efectoare. Transmisia se face de la segmentul receptor pe cai specifice ascendente sensitive si senzoriale, catre centrii nervosi medulari sau superiori. In acesti centrii se exercita functia reflexa care consta in generarea impulsului nervos efector, care va fi transmis pe cai descendente specifice catre muschi sau glande.
Rolul cerebelului (creierul mic) este deosebit de important in asigurarea echilibrului miscarii si in efectuarea acesteia. El are 3 functii importante: functia stenica, functia tonica si functia statica. Prin aceste functii el intervine in procesele de coordonare a miscarilor voluntare si de pastrare a echilibrului.
Rolul scoartei cerebrale se realizeaza prin centrii nervosi senzitivi, motori si de asociatie. Centrii senzitivi sunt segmental de analiza si integrare a informatiilor, iar centrii motori sunt cei care declanseaza reflexele, sau miscarile voluntare.
Caile motorii pornesc din centrii corticali si subcorticali si sunt reprezentate de sistemul piramidal (raspunzator de miscarile voluntare fine) si sistemul extrapiramidal care raspunde de miscarile involuntare automate si de mentinerea tonusului muscular. Calea finala motorie comuna este reprezentata de axonii neuronilor motori din coarnele anterioare ale maduvei, care se distribuie prin intermediul placilor motorii (jonctiunile neuro-musculare) la organele efectoare (muschi striati sau netezi, respectiv glande exocrine sau endocrine).
Actul reflex reprezinta expresia fiziologica a arcului reflex, care determina aparitia miscarii. Fiecare miscare este controlata si reglata prin intermediul feed–back-ului care reprezinta procesul de aferentatie inversa, ce sta la baza activitatii cibernetice a creierului. Acesta este reprezentat de asa–numita bucla γ (care porneste din alti neuroni motori, tot din coarnele anterioare ale maduvei spinarii) si care actioneaza prin intermediul analizatorului motor sau kinestezic, reprezentat in special de fusurile neuro – musculare.
Timpul de reactie este durata intre aplicarea stimulului si initierea miscarii. El depinde de viteza cu care impulsul nervos parcurge componentele arcului reflex, precum si de viteza de contractie a muschiului. Timpul de reactie poate fi scurtat prin cresterea vitezei de reactie, in urma antrenamentelor specifice. La baza efectuarii miscarii stau potentialele de actiune atat ale neuronilor cat si ale muschiului striat.
Contractia musculara se realizeaza prin jocul coordonat al unitatilor motorii (reprezentate de fibrele nervoase efectoare impreuna cu muschii pe care ii inerveaza). Pentru fiecare moto-neuron α din coarnele anterioare medulare sunt afectate 120 – 180 de fibre musculare care constituie un miotom. Neuronii motori determina contractii musculare daca impulsul generat de ei are o anumita intensitate prag, contractia fiind maximala, conform legii “totul sau nimic”. Intensitatea de contractie poate fi totusi modulata prin variatia frecventei impulsurilor nervoase.
Tonusul muscular reprezinta starea speciala de semicontractie permanenta a muschilor, prin care acestia pot trece fara leziuni de la repaus la activitate. Tonusul este un fenomen constant realizat pe cale reflexa prin reflexul de intindere (reflex miotatic sau stretch). Prin acest reflex fusurile neuro-musculare informeaza permanent centrii superiori asupra oricarei modificari de dimensiunea muschilor, avand ca efect contractia musculara. Dupa tipul de contractie putem intalni urmatoarele variante: contractia izometrica (fara lucru mecanic), contractia izotonica (in care se produce deplasare), contractia pliometrica si contractia in electro-stimulare.
Sincronizarea actiunilor musculare reprezinta impartirea miscarii prin intrarea in actiune a unor grupe cuplate de muschi, dintre care unii sunt favorabili miscarii (agonisti), iar altii se opun miscarii (antagonisti) limitandu-i amplitudinea. Muschii de fixare sustin segmental in pozitia cea mai utila, iar muschii neutralizatori suprima miscarile secundare si intervin dupa terminarea miscarii. Muschii nu actioneaza izolat ci sub forma unor lanturi musculare cinematice, dupa cum nici articulatiile nu se misca izolat ci prin intermediul lanturilor articulare, rezultand miscari sumative.
Clasificarea miscarilor:
a) Dupa intensitatea si viteza lor:
b) Dupa directia de miscare:
c) Dupa planul in care este dispusa axa de miscare :
Miscari voluntare si involuntare reprezinta impartirea lor in functie de
centrii motori care le genereaza si de caile pe care sunt transmise. Miscarile voluntare sunt constientizate, la inceput nediferentiate, slabe si lente. Ulterior, prin repetare, se intaresc, se permanentizeaza si se perfectioneaza, devenind reflexe conditionate sau stereotipuri dinamice. Miscarea inconstienta se realizeaza reflex, automat, fara participarea. sau cu participare foarte redusa, din partea centrilor nervosi superiori.
Forta musculara reprezinta cantitatea de energie mecanica dezvoltata de un muschi, avand ca efect mentinerea posturii, sau deplasarea unor segmente sau a organismului in totalitate.
Factorii care determina intensitatea fortei musculare:
1. Sectiunea fiziologica a muschiului (1 cm2 de muschi dezvolta 5 – 8 kg
forta).
2. Lungimea fibrelor: mschii lungi au amplitudine mare de miscare (muschi
de viteza) in timp ce muschii scurti au amplitudine mica (muschi de forta).
3. Combinarea sectiunii cu lungimea fibrelor este data de formula:
F = SF x S x 10 unde F – forta iar S – sectiunea.
4. Greutatea uscata a corpului muscular: se obtine prin deshidratarea
muschiului si a tendoanelor (reprezinta 25 – 30% din masa muschiului in viu).
Parghiile osoase reprezinta a 3–a forta care intervine in realizarea miscarilor. Segmentele osoase pe care actioneaza muschii se comporta ca niste parghii din fizica. La o parghie mecanica se recunosc 3 puncte de aplicare a fortelor: punctul de sprijin S, punctul de rezistenta R si punctul de aplicare a fortei motorii F. Functia mecanica a parghiilor se deduce din formula lor de echilibru: F x l = R x r in care l = bratul fortei,
F = forta, R = rezistenta, r = bratul rezistentei. Parghiile de gradul I (cu S la mijloc) sunt parghii de echilibru, cele de gradul II (cu R la mijloc) sunt parghii de forta, iar cele de gradul III (cu F la mijloc) sunt parghii de viteza.
Segementele osoase ca parghii
La parghia osoasa sprijinul S este axa biomecanica a miscarii, rezistenta R este data de greutatea corpului sau segmentului care se misca, iar F este inertia pe segmentul osos al muschiului care realizeaza miscarea. Numai intr-o singura situatie intalnim in corpul omenesc un exemplu de parghie de gradul II, cand individul se ridica pe varful degetelor. In rest intalnim parghii de gradul II si cele mai numeroase parghiile de gradul III. Acestea sunt parghii de viteza permitand deplasari foarte mari. Distantele dintre punctele de aplicare a rezistentei R, a fortei F si a sprijinului S determina caracteristicile unei parghii.
Descompunerea fortelor musculare rezulta dupa paralelogramul fortelor si se face pe doua componente: una musculara si alta articulara, de mentinere a suprafetelor osoase.
Momentul muschiului reprezinta raportul dintre muschi si parghia lui, in functie de faza actiunii. Faza de actiune in care incidenta perpendiculara ii permite un maxim de actiune se numeste momentul muschiului. Momentul muschiului reprezinta produsul dintre forta musculara si bratul virtual al parghiei.
Forta de actiune a parghiilor
Pentru a calcula forta necesara deplasarii unei greutati P folosim formula:
F=P (OB/Oa) x sinα) in care P = greutatea, OB=lungimea totala a deplasarii, OA=bratul virtual al parghiei α = unghiul bratului de parghie virtual. In general muschiul dispune, deci, de un maxim de forta cand ajunge in vecinatatea lungimii lui mijlocii. De aceea determinarea capacitatii functionale musculare trebuie facuta in pozitia in care muschiul se afla la lungimea lui mijlocie.
Mobilitatea articulara este determinata secundar de lucrul mecanic al muschiului si reprezinta un factor activ al miscarii. Muschii efectueaza miscarea, dar directia acesteia este imprimata de orientarea anatomica a axei principale articulare.
Axele biomecanice ale articulatiilor exista in functie de gradele de libertate ale articulatiei respective. Axa reprezinta linia situata intr-un anumit plan, in jurul caruia unul din segmentele osoase se deplaseaza fata de celalalt. Axa poate fi fixa sau se poate deplasa odata cu segmentul.
Miscari active si pasive
Prin miscare pasiva se intelege miscarea executata de o forta exterioara. Prin miscarea activa se intelege miscarea executata de subiect cu ajutorul propriilor sale grupe musculare. De obicei amplitudinea miscarilor pasive este mai mare decat a celor active.
Cupluri si lanturi motrice
Actiunea simultana a cuplurilor si lanturilor motrice se face astfel:
Cupluri de forte
In timpul miscarii se realizeaza atat fortele active cat si cele contrarii, formand impreuna cupluri de forta. Cuplul este format din doua forte paralele care actioneaza asupra parghiilor in directii opuse.
Cupluri cinematice
Doua segmente mobile apropiate realizeaza un cuplu cinematic. In mecanica se descriu 3 cupluri cinematice: de translatie, de rotatie si helicoidale.
Lanturi cinematice
Cuplurile cinematice se leaga intre ele realizand lanturi cinemetice, de 2 feluri: inchise respectiv deschise. Lantul cinematic I inchis are ambele capete fixate. Lantul cinematic deschis are un capat liber. Dupa localizare pot fi descrise 3 lanturi cinematice principale: 1.al trunchiului, gatului si capului; 2. al membrului superior; 3. al membrului inferior.
Lanturi musculare
Grupele musculare care deservesc un lant cinematic se numesc lanturi musculare. Acestea actioneaza fie static, fie dynamic. Uneori in alcatuirea lanturilor musculare intra numai portiuni din anumiti muschi. Reglarea miscarilor acestor lanturi musculare se face datorita capacitatii plastice a scoartei cerebrale de a stabili legaturi temporare intre diferite zone neuronale.
Exista 3 categorii de lanturi musculare: 1. Lantul muscular al triplei flexi; 2. Lantul muscular al triplei extensii; 3. Lanturile musculare de postura.
Fortele externe:
In realizarea miscarii, pe langa fortele intern actioneaza si forte externe. Cea mai importanta este forta gravitationala, la care se adauga: presiunea atmosferica, rezistenta mediului, forta de reactie a suprafetei de sprijin, forta de frecare si alte categorii de rezistente exterioare.
