Stand pentru Studiul Aspectelor Tribologice la Protezele de Șold

CAPITOLUL 1

NOŢIUNI GENERALE DE BIOMECANICĂ

1.1. Generalităţi

Biomecanica este ştiinţa care aplică legile mecanicii la studiul biosistemelor: celule, ţesuturi, organisme, populaţii, ecosisteme etc. Concomitent ştiinţă funda¬mentală şi aplicată, biomecanica studiază aspectele generale ale fenomenelor mecanice din materia vie şi implicaţiile lor fiziologice, comportamentale şi terapeutice. Se poate afirma că biomecanica este ştiinţa născută prin influenţa reciprocă între: biologie, medicină internă, chirurgie, protetică, robotică, traumatologie şi studiul problemelor industriale legate de sănătatea omului.

Biomecanica se ocupă de ţesuturile vii, iar acestea au proprietăţi total diferite de cele ale materialelor folosite în diverse ramuri ale ingineriei: ele au capacitatea de a creşte, de a se resorbi, de a se autoreface. Ţesutul viu îşi poate schimba dimensiunile şi proprietăţile mecanice. Aceste modificări sunt legate atât de anumite solicitări externe, dar şi de procesele biochimice ce reprezintă proprietăţi intrinsece ale acestuia.

Dezvoltarea biomecanicii ca ştiinţă se realizează în interdependenţă cu progresul celorlalte ştiinţe fundamentale sau aplicate. Domeniile mecanicii (cinematica, statica, dinamica solidelor, mecanica fluidelor) constituie puncte de plecare ale numeroaselor fenomene studiate în biomecanică, care însă sunt mult mai complexe decât în abordarea cunoscută pentru solidele rigide.

Biocinematica se ocupă de studiul mişcărilor diferitelor părţi ale organismului sau ale ansamblului ce îl reprezintă, fără să ţină seama de cauzele acestor mişcări. Ca parte a biomecanicii, ea este poate cel mai simplu de abordat, deoarece are cele mai multe elemente comune cu cinematica solidului rigid şi a sistemelor de rigide, în studiul acestei părţi a biomecanicii intervin cel mai puţin caracteristicile structurilor vii: deformabilitatea, variabilitatea configuraţiilor, complexitatea structurilor etc. Toate componentele sistemului viu studiat în biocinematică se consideră rigide şi, deşi această aproximare nu este valabilă în realitate decât în cazuri particulare, rezultatele studiilor sunt foarte importante pentru descrierea şi aprecierea mişcărilor complexe ale corpului uman.

În foarte multe cazuri practice doar abordarea cinematică a proceselor este insuficientă. Astfel, studierea biomecanicii activităţilor complexe face apel, în primul rând, la cinematică. În situaţia repetării aceloraşi gesturi în sport, procese tehnologice şi chiar în activitatea curentă, este necesar să se parcurgă anumite traiectorii, în anumite regimuri de viteză şi acceleraţie, încât să fie satisfăcute atât cerinţele impuse de o anume performanţă, dar să se şi asigure confortul necesar subiectului uman. În conceperea protezelor medicale, primele cerinţe care trebuie respectate sunt cele cinematice. Punerea la punct a unei proteze trebuie să înceapă prin studiul detaliat al cinematicii gesturilor uzuale, pentru a realiza un echipament mecanic apt să le reproducă. Compararea unui mers patologic cu mersul normal îi poate permite ortopedului, pe considerente pur cinematice, să pună un diagnostic şi eventual să stabilească un tratament. Dar realizarea şi utilizarea unei proteze parţiale sau totale, pentru un anumit grup de funcţii, presupune abordarea dinamică a proceselor, căci doar astfel se asigură apropierea maximă de comportarea reală a organului protezat.

Biostatica este partea biomecanicii care se ocupă cu studiul sistemelor de forţe ce asigură posturile statice ale corpului uman, modului în care se produc forţele musculare ce acţionează asupra scheletului osos în diverse poziţii de echilibru ale acestuia, diferitelor tipuri de articulaţii ale corpului uman şi asocierea lor la tipurile de legături cu care mecanica operează. Fără cunoaşterea modului de acţiune a forţelor şi efectelor acestora asupra posturilor corpului uman şi părţilor sale, este practic imposibil să se abordeze studiul corect al comportării dinamice a acestuia.

Principii generale de anatomie funcţională şi biomecanică

Anatomia funcţională şi biomecanica diferitelor aparate ale corpului uman sunt părţi componente ale ştiinţelor exacte, corpul omenesc dispunând de posibilităţi complexe de comportare biomecanica şi adaptare funcţională, care nu pot fi integral interpretate matematic.

Totuşi, pentru studiul anatomo-funcţional şi biomecanic al diverselor mişcări sunt indispensabile unele precizări cu aplicativitate mai largă, considerate ca principii generale.

- Orice mişcare începe după stabilizarea organului respectiv într-o poziţie favorabilă.

- Viteza de execuţie a mişcărilor este dependentă invers proporţional de raportul dintre intensitatea de acţiune a agoniştilor şi antagoniştilor.

- La sfârşitul mişcării, muşchii antagonişti se transformă în muşchi neutralizatori. Cu cât viteza de execuţie este mai mare, cu atât intervenţia antagoniştilor la sfârşitul mişcării este mai intensă.

- Menţinerea poziţiei se realizează prin egalizarea intensităţii de acţiune a agoniştilor şi antagoniştilor şi intrarea tuturor lanţurilor musculare în condiţii de travaliu static.

- În unele situaţii, folosirea forţelor exterioare inversează rolul grupelor musculare.

- În cazul funcţionării unor structuri anatomice ca lanţuri cinematice închise, pârghiile osteoarticulare acţionează în general ca pârghii de gradul I.

- În funcţionarea unor structuri anatomice ca lanţuri cinematice deschise, pârghiile osteoarticulare acţionează, în general, ca pârghii de gradul III.

- Realizarea mişcărilor cu eficienţă maximă se atinge prin utilizarea minimă a forţelor musculare autodezvoltate şi maximă a forţelor exterioare, în acest principiu rezidă posibilitatea de perfecţionare a oricărui exerciţiu fizic, ca formă superioară de economisire a efortului muscular propriu şi de eliberare a acestuia în condiţii extreme.

Modelarea în biomecanică

În sensul cel mai general, un model poate fi: funcţional, de calcul sau experimental.

Modelul funcţional este un model structural, teoretic sau experimental, care pune în evidenţă diversele componente ale fenomenului şi ilustrează calitativ legăturile reciproce ale acestora astfel încât să rezulte funcţiile globale funda¬mentale ale ansamblului. Componentele biologice modelate sunt analizate teoretic şi experimental, urmărindu-se convergenţa datelor obţinute pe aceste două căi.