6° lezione biomeccanica

7/23/2019 6° lezione biomeccanica

http://slidepdf.com/reader/full/6-lezione-biomeccanica 1/38

155

LA FORZA MUSCOLARE• Caratteristiche modificabili attraverso

l’esercizio fisico:1.Sezione trasversale del muscolo, (ipertrofia)

Le cause dell’ipertrofia (da: Cometti)

• aumento delle miofibrille (volume)

• sviluppo degli involucri muscolari(tessuto connettivo)

• aumento della vascolarizzazione



156

LA FORZA MUSCOLARE• Caratteristiche modificabili attraverso l’esercizio fisico:

2. Reclutamento delle fibre muscolaria. Reclutamento e frequenza

• La graduazione della forza sviluppata dipende dalla possibilità divariare la frequenza di stimolazione delle unità neuromotorie e dallapossibilità di variare il numero delle unità neuromotorie stimolate.

Il meccanismo che regola il numero di unità motorie da reclutare persviluppare tensioni diverse viene definito reclutamento.

• Un soggetto sedentario normalmente recluta solo il 30-50% delleunità a disposizione, dopo alcune settimane di lavoro il soggetto è ingrado di esprimere più forza grazie ad un maggior reclutamento diunità motorie, mentre con il proseguire del tempo la causa delmiglioramento di forza diventa l'ipertrofia.



157


2. Reclutamento delle fibre muscolarib. Sincronizzazione

La sincronizzazione si può definire come la capacità di reclutare tuttele fibre nello stesso istante. Quindi la sincronizzazione ci porta ad unulteriore miglioramento della forza e soprattutto al miglioramentodella forza esplosiva. Secondo Sale (1988) la sincronizzazione delleunità motorie non porta ad un aumento della forza massima ma aduna capacità di sviluppare forza in tempi più brevi.



158


2. Reclutamento delle fibre muscolaric. efficienza neuromuscolare

L’incremento di forza che un muscolo ottiene dopo un periodo di attivitàmotoria, è dovuto a adattamenti e modificazioni sia della parte miogena siadella parte neurale. Questi miglioramenti portano ad un diverso rapporto traforza sviluppata ed attività elettrica prodotta dal sistema nervoso centrale(EMG/Forza).

• Una decremento di questo rapporto dovuta ad un riduzione dell’attivitàelettrica ed un aumento della forza evidenzia un fenomeno definito da“Bosco” efficienza neuromuscolare.

• Nella prima fase di allenamento si nota una fase predominante di

adattamento neurale .Questa fase è stata studiata nella maggior parte dellericerche pubblicate nella letteratura internazionale. Lavori sperimentali chesono stati protratti per lungo tempo mostrano un successivo adattamentomiogeno e la relativa ipertrofia (modificato da: Sale, 1988)



159


2. Reclutamento delle fibre muscolari

d. ORDINE DI RECLUTAMENTOVELOCITA’ DI CONDUZIONE ASSONALE

• Le unità motrici lente e piccole sono attivate per prime e sono adatte a contrazionitoniche di lunga durata in cui si sviluppa relativa forza.

• Le unità rapide sono attivate subito a seguito di quelle lente, generano notevole forza,

ma si affaticano rapidamente e non possono sostenere tensioni prolungate.• Attraverso studi e.m.g. si è potuto osservare però che la soglia di reclutamento di una

unità motoria dipende dalla velocità di contrazione (conduzione assonale); più veloceè la contrazione prima viene reclutata l’unità motoria.

• Ne consegue che le unità motorie lente, reclutate per prime, potrebbero scaricare la

loro attivazione sulla placca neuromuscolare per ultime a causa del ritardo dovuto allaminore velocità di conduzione degli assoni di piccolo diametro in esse contenute.

• ( Rothwell J. C. - il controllo del movimento volontario nell’uomo, Masson, 1991) )



160

LA FORZA MUSCOLARE• Caratteristiche modificabili attraverso l’esercizio fisico:2. Reclutamento delle fibre muscolari

d. ORDINE DI RECLUTAMENTOVELOCITA’ DI CONDUZIONE ASSONALE

• In questo modo il S.N.C. potrebbe controllare gli aggiustamenti di forza neimovimenti rapidi, infatti qualsiasi variazione di forza muscolare richiederapide variazioni di attivazione di nuove unità motorie; tale caratteristica èintrinseca delle unità motorie di tipo veloce F con tempi di rilasciamento piùbassi delle unità lente.

• Il S.N.C. ha la possibilità di utilizzare i muscoli come agonisti, comeantagonisti e come stabilizzatori, regolando il controllo sulle unità motorieutili per quel tipo di attività richiesta.

• Lo schema del movimento determina il tipo di lavoro muscolareopportuno per svolgere l’attività richiesta.

• ( Rothwell J. C. - il controllo del movimento volontario nell’uomo, Masson, 1991)



161

LA FORZA MUSCOLARE

• Caratteristiche modificabili attraverso l’esercizio fisico

3. Coordinazione intra ed intermuscolare

Molti studi dimostrano che il miglioramento della forza è specifico,cioè un progresso ottenuto in un determinato esercizio, ad esempio

lo squat, non è sempre accompagnato da un miglioramento dellaforza in un altro esercizio. Ciò significa che incrementi di forza inparte sono dovuti alla coordinazione di quei muscoli cheintervengono e che sono specifici per quel determinato esercizio.



162


4. Fattori legati allo stiramento• Un muscolo preventivamente allungato esprime nel successivo

accorciamento una forza maggiore rispetto ad una semplicecontrazione eccentrica.

• Le cause di questo fenomeno sono:

a. Sollecitazione del sistema nervosob. Proprietà viscoelastiche del muscolo e dei tendini



163

LA FORZA MUSCOLARE

• Caratteristiche modificabili

attraverso l’esercizio fisico:4. Fattori legati allo stiramento

a. Sollecitazione del sistemanervoso:

• Fuso neuromuscolare- meccanismo eccitatorio

• Apparato muscolo-tendineo

del Golgi- meccanismo inibitorio



164


4. Fattori legati allo stiramento

b. proprietà viscoelastiche del muscolo e dei tendini

• Modello meccanico del muscolo scheletrico:Componente contrattile costituita da actina e miosina (elemento contrattile).Elementi elastici in serie con funzione attiva (ponti actomiosinici = elementoelastico 1) e passiva (tendini e tessuto connettivo = elemento elastico 2).Elementi elastici in parallelo (tessuto connettivo e sarcolemma = elementoelastico 3)

• Gli effetti del prestiramento sono dipendenti dal tempo che intercorre tra lafase di lavoro eccentrico (coumpiling time: CT) e quella di lavoroconcentrico. All’aumentare del CT infatti gli effetti del prestiramento vengonoattenuati di circa 20 N/ms (Bosco e coll, 1981) e l’energia elastica

accumulata si disperde in calore (Fenn e Marsh, 1935).



165

LA FORZA MUSCOLARE• Caratteristiche modificabili attraverso l’esercizio fisico

• Proprietà viscoelastiche del muscolo e dei tendini

EFFETTI DERIVANTI DALLA RELAZIONE TENSIONE-LUNGHEZZA:

a) produzione di forza a diverse lunghezze muscolaries. la forza esercitata dai mm. flx. delle dita aumenta se il polso èmantenuto in estensione

b) stifness inteso come rapporto tra la variazione di lunghezza e la variazione ditensione o forza muscolare:i muscoli rilasciati presentano una bassa resistenza alle variazioni dilunghezza, aumentando la forza di contrazione muscolare aumenta la rigidità edinfluisce sulla parte iniziale della risposta ad una perturbazione del movimento.

es.: i muscoli dell’arto superiore impegnati nel trasportare un bicchiere

colmo di acqua in un ambiente molto affollato.• Anche se i vari muscoli si contraggono a livello di una articolazione, la sua rigiditàfacilita la resistenza alle variazioni di forza che si potrebbero incontrare durante iltragitto ( imprevisti dovuti al contatto con altre persone)



166

LA FORZA MUSCOLARE• Caratteristiche modificabili attraverso l’esercizio fisico

● Proprietà viscoelastiche del muscolo e dei tendini

EFFETTI CHE DERIVANO DALLA RELAZIONE FORZA- VELOCITA’

a) efficacia della contrazione muscolare:• il massimo lavoro e la massima potenza sono ottenuti per

accorciamenti muscolari che intervengono a lunghezze e velocitàintermedie.• es. il cambio di una bicicletta consente di mantenere costante la

frequenza della pedalata in rapporto alla diversa inclinazione dellastrada. In questo modo il grado di forza muscolare e la velocitàvengono adeguati alle proprietà del muscolo per sfruttare tutta lasua potenza.



167

LA FORZA MUSCOLARE

•Caratteristiche modificabili attraverso l’esercizio fisico

• Proprietà viscoelastiche del muscolo e dei tendini

EFFETTI CHE DERIVANO DALLA RELAZIONE FORZA -

VELOCITA’:

•b) contrazioni in allungamento dette anche eccentriche che siverificano durante attività motorie comuni.

• es. il salto su di un solo piede dimostra che il S.N.C. utilizzale contrazioni eccentriche per generare forza supplementare

• La fase di caricamento del peso sulla piattaforma consente al

corpo del soggetto indicato in figura di allungare i mm. estensoridi anca, ginocchio ed a livello della tibio-tarsica nel momento incui devono essere attivati per saltare.

• Quando il soggetto esegue tale attività volontariamente il graficoevidenzia un abbassamento della forza di spinta verso l’alto checorrisponde alla fase di caricamento eccentrico muscolare tale

da generare un picco di forza maggiore rispetto a quando lastessa attività viene eseguita in forma riflessa.

• ( Rothwell J. C. - il controllo del movimento volontario nell’uomo,Masson, 1991)



168

LA FORZA MUSCOLARE

Parametro Proprietà influenzata

Tipo di fibre muscolari Velocità e resistenzaAngolo di pennazione Forza esercitabile dal

muscolo

Proprietà cinematichedelle articolazioni

Momento articolare

Sezione trasversa delmuscolo

Forza e velocità

Reclutamento fibre Forza e velocitàCoordinazioneintermuscolare

Forza specifica

Proprietà viscoelastichedel muscolo

Forza e velocità

RIASSUNTO



169

UNITA’ MOTRICI• OGNI MOTONEURONE PUO’

INNERVARE UN NUMEROVARIABILE DI FIBRE MUSCOLARI

• OGNI FIBRA MUSCOLARE E’INNERVATA DA UN UNICOMOTONEURONE

• MOTONEURONE + FIBREMUSCOLARI INNERVATE=UNITA’MOTORIA



170

UNITA’ MOTRICIAREA DI DISTRIBUZIONE E DIMENSIONI

• Edstrom e Kugelberg negli anni ’60 dimostrarono su cavie animali,

attraverso il metodo della “deplezione del glicogeno”, che le fibre diuna unità motrice non sono contigue, ma sparse in una areapiuttosto vasta del muscolo (10-30% dell’area totale) dove siosserva una considerevole sovrapposizione con le fibre di altreunità.

• Nell’uomo il numero di unità motorie è stimato contando il numero diassoni di dimensioni maggiori (7µ-8µ di diametro) nel nervomuscolare intatto, assumendo che il 40-50% di questi assoniappartengano a fibre afferenti.

• Possiamo dire che le unità motorie più grandi muovono masse

corporee maggiori.• Es. unità motoria del m. gastrocnemio =/> 1000 fibre musc.unità motoria dei mm. oculari = 100 fibre musc.



171

UNITA’ MOTRICITIPI DI FIBRE MUSCOLARI

• ROSSE: METABOLIMO ENERGETICO OSSIDATIVO CONTRAZIONE

LENTA, ma di lunga durata: MUSCOLI ANTI-GRAVITARI• BIANCHE: METABOLISMO ENERGETICO GLICOLITICO CONTRAZIONE

RAPIDA, POTENTE, ma di breve durata.

• Le fibre muscolari possono essere affaticate senza alterare la trasmissione

elettrica a livello della placca neuromuscolare, ne consegue che ilpotenziale di azione può essere normale quando la forza di contrazione èridotta.

• Possiamo affermare che la fatica muscolare riguarda il meccanismointramuscolare (sarcomero) che genera la forza.

• Al microscopio risulta che le unità motorie che servono fibre muscolari lentehanno diametro minore di quelle che servono le fibre muscolari veloci comeviene evidenziato nelle tabella successiva.

• Rothwell J. C. - il controllo del movimento volontario nell’uomo, Masson, 1991)



172

UNITA’ MOTRICI

•••• IN OGNI MUSCOLO COESISTONO IN PROPORZIONI

DIFFERENTI ENTRAMBI ITIPI DI FIBRE.

•••• OGNI UNITA’ MOTORIA COMPRENDE FIBRE

MOTORIE DI UN SOLO TIPO

•••• UNITA’ MOTORIA VELOCE: CONTIENE “SOLO FIBRE

BIANCHE”

•••• UNITA’ MOTORIA LENTA: CONTIENE “SOLO FIBRE ROSSE”

FUnità M. acontrazionerapida

Notevoli livelli di forza,ma si affaticanorapidamente

Fibre di diametro grande con assonimotori ad alta velocità di contrazione

SUnità M. acontrazionelenta

Bassi livelli di forza, mapiù resistenza alla fatica

Fibre di piccolo calibro con assonimotori a bassa velocità di conduzionee motoneuroni di piccola taglia

TIPI DI FIBRE MUSCOLARI



173

UNITA’ MOTRICI• COMPORTAMENTO E.M.G. DEI DUE TIPI DI UNITA’ MOTORIE

• Nel 1873 “Ranvier” dimostrò che se i muscoli Rossi “S.” venivanostimolati elettricamente, presentavano una maggiore latenza dicontrazione rispetto ai muscoli bianchi “F.” Tale differenza èapplicabile anche nelle unità motrici.



174

UNITA’ MOTRICI

COMPORTAMENTO E.M.G. DEI DUE TIPI DI UNITA’ MOTORIE

• LA PREVALENZA DI UN TIPO DI UNITA’ MOTRICE IN UN MUSCOLODETERMINA LE PROPRIETA’ GLOBALI DEL MUSCOLO STESSO.

TETANO SCOSSA SINGOLA TEST DI FATICA Tipologia

fibrela stimolazionedell’assone motorioprevede unacontrazione max.

sostenuta.

l’assone motorio vienestimolato una solavolta.

gli assoni motorivengono stimolati unavolta al secondo constimoli tetanici ripetuti.

S

maggiore tenuta dellatensione conproduzione dimaggiore forza.numero medio di fibremuscolari inferiore.

raggiungono bassilivelli di tensione e sirilasciano piùlentamente

mantengono dopo ognicontrazione un livello ditensione costante

F

lento declino delletensione con fenomenodel cedimento.numero medio di fibremuscolari maggiori.

raggiungono latensione max. e sirilasciano piùrapidamente

Il livello di tensionedopo ogni singolacontrazione è ridotto



175

UNITA’ MOTRICICOMPORTAMENTO E.M.G. DEI DUE TIPI DI UNITA’ MOTORIE



176

FREQUENZA DI SCARICA ED ORDINE DI

RECLUTAMENTO NELLA PATOLOGIA

• La frequenza di scarica di un motoneurone dipendedall’ampiezza del segnale eccitatorio afferente

• L’ordine di reclutamento dipende dalla grandezza delmotoneurone rispetto agli altri motoneuroni dello stesso

nucleo

• In seguito alla perdita di una parte dei segnali afferenti almotoneurone possiamo distinguere gli effetti in ambito

corticale da quelli in ambito midollare.



177


RECLUTAMENTO NELLA PATOLOGIA• DEFICIT CORTICALE• Emiplegia da ictus

• Parkinson• Su entrambi abbiamo una riduzione della frequenza di scarica sui

motoneuroni spinali.

• Tali variazioni sono dovute probabilmente ad una diminuzione

dell’ampiezza ed ad un aumento della variabilità del comando motoriodiscendente sui motoneuroni spinali e non a variazioni delle proprietà deimotoneuroni stessi.

• Nei pazienti spastici, l’abbassamento della frequenza di scarica potrebbecontribuire alla ipostenia muscolare; IMPOSSIBILE RAGGIUNGERE

FREQUENZE DI SCARICA SUFFICIENTEMENTE ELEVATE TALI DAPRODURRE CONTRAZIONI “FUSE” DELLE UNITA’ MOTRICI

• ( Rothwell J. C. - Il controllo del movimento volontario nell’uomo, Masson,1991)



178


RECLUTAMENTO NELLA PATOLOGIA

• DEFICIT MIDOLLARE

• Lesione del motoneurone spinale (paraplegia), si assiste ad un variazione delle

proprietà meccaniche delle unità motorie con il fenomeno della denervazione e dellasuccessiva reinnervazione.

• Le unità motrici re innervate hanno dei potenziali più grandi del normale che rivelanoun aumento del numero di fibre in ciascuna unità.

• L’ordine di reclutamento in genere non è alterato: prima vengono reclutate le unità

che producono piccole tensioni e poi quelle che generano forza maggiore.• Anche quando il territorio dell’unità motoria si è ingrandito dopo reinnervazione, il

numero delle nuove fibre, reinnervate dalle unità residue, è infatti proporzionale allagrandezza delle unità originali.

• LE GRANDI UNITA’ MOTORIE RESTANO GRANDI, QUELLE PICCOLE RESTANOPICCOOLE.

• ( Rothwell J. C. - Il controllo del movimento volontario nell’uomo, Masson, 1991)



179

PATOLOGIA CEREBELLARE NELL’UOMO

• I segni ed i sintomi si raggruppano in due categorie:1) ALTERAZIONI DEL TONO MUSCOLARE:

IPOTONIA: riduzione della resistenza di una giuntura muscolo articolare almovimento passivo. Probabilmente è causato da una diminuzione dellascarica di base dei fusi neuromuscolari che riduce il contributo del riflessoda stiramento nei confronti del tono muscolare.

2) ALTERAZIONI DELLA COORDINAZIONE:ATASSIA: difficoltà nel definire ampiezza, velocità e ritmo delle contrazioni

muscolari.

ASINCINESIA: impossibilità di coordinare più gruppi muscolari in sincronia.

I PAZIENTI SONO INSTABILI E DEAMBULANO CON UNA BASE DIAPPOGGIO PIU’ AMPIA DEL NORMALE ( andatura dell’ubriaco).VI E’ UNA DIFFICOLTA’ NEL PASSAGGIO TRA L’APPOGGIO DELTALLONE E QUELLO DELL’AVAQMPIEDE.



180

PATOLOGIA CEREBELLARE NELL’UOMO

2) ALTERAZIONI DELLA COORDINAZIONE:

• DISMETRIA: test indice-naso con ipermetria e successiva

correzione.• TREMORE: intenzionale a differenza di quello dei pz. Parkinsoniani

nei quali è a riposo.

• IPOSTENIA: deficit di stabilizzazione assiale.

• ADIADOCOCINESIA: difficoltà di compiere movimenti alterni ( es.battere sulla coscia il palmo ed il dorso dellamano in successione in posizione seduta).

• DISARTRIA. parola scandita.

• NISTAGMO: incoordinazione nel seguire, con i soli movimentioculari, delle traiettorie prestabilite; può essereorizzontale o verticale.



181

ELETTROMIOGRAFIA (E.M.G.) DEL MOVIMENTO

• MOVIMENTI BALISTICI DEGLI ARTI:

• Sono movimenti volontari eseguiti il più velocemente possibile. I movimenti sonoeseguiti così velocemente che risulta impossibile correggerli durante il movimento. Lacorrezione è possibile solo quando il movimento richiesto è terminato (feed-forward, ocircuito aperto).

• ATTIVITA’ MUSCOLARE SEREOTIPATA:inizia con una scarica e.m.g. del muscolo agonista della durata di 100ms. seguita dauna scarica del muscolo antagonista, infine si osserva una seconda attivazione delmuscolo agonista.

• ATTIVITA’ AGONISTA: forza per eseguire il movimento• ATTIVITA’ ANTAGONISTA: forza per frenare il movimento• SECONDA SCARICA AGONISTA: ancora sconosciuta come significato.

Nei movimenti balistici si parla di attività preprogrammata di quel movimento.Il fatto che questo tipo di attività sia presente anche nei pazienti deafferentati(neuropatie periferiche) dimostra l’origine centrale del fenomeno.

• MOVIMENTI LENTI DEGLI ARTI:

• Il movimento è eseguito ad una velocità tale da lasciare il tempo per correggere latraiettoria usando le afferenze visive e cinestesiche; questi movimenti sono sottocontrollo retroattivo (feedback)



182

MOVIMENTI BALISTICI NEI PAZIENTI CEREBELLARI

• Tempo di reazione di 70ms. più lungo del normale se imovimenti sono eseguiti in risposta ad uno stimolo

visivo.• I movimenti tendono ad oltrepassare il punto finale di

arrivo.

• Maggiore durata della prima scarica e.m.g. cheprobabilmente determina un aumento della forzamuscolare e contribuisce all’ipermetria.

• Alterazione della inibizione reciproca tra muscoli

antagonisti, cioè l’attività dell’antagonista persiste finoalla comparsa della attività e.m.g. dell’agonista.



183

MOVIMENTI LENTI NEI PAZIENTI CEREBELLARI

• È aumentato Il tempo di reazione fra la registrazione e.m.g. del dellostimolo e quello in cui inizia il movimento che non è in grado diseguire delle traiettorie, anticipando o posticipando un bersaglioluminoso da seguire.

• La parte finale dell’inseguimento del bersaglio luminoso è eseguitocon una serie di “saccadi” ( movimenti rapidi interrotti da pause),come se il paziente avesse la necessità di eseguire una serie di

correzioni.• Si osserva inoltre un ritardo nell’arresto del movimento come se vi

fosse un controllo imperfetto dei muscoli antagonisti chedovrebbero frenare il movimento.

• Il problema sembra essere una difficoltà nel passaggio dalla fase diraggiungimento del bersaglio( fase saccadica) a quelladell’inseguimento.



184

POSTURA NEI PAZIENTI CEREBELLARI

• Non e ancora completamente conosciuto il ruolo specifico del cervelletto suimeccanismi della postura.

• In questi pazienti le risposte posturali a seguito di sollecitazioni esternerisultano alterate.

• L’ordine dell’attivazione muscolare ( agonista – antagonista - agonista) variaconsiderevolmente rispetto a quello stereotipato del soggetto sano.

• Le risposte riflesse dei muscoli del polpaccio e della coscia risultanomodificate in relazione alla successione temporale ed alla forza dicontrazione muscolare.

• LA INSTABILITA’ DI QUESTI PZ. E’ RILEVATA DA DIFFERENTI ASPETTIDEI RIFLESSI POSTURALI:* Mancanza di organizzazione e sincronizzazione delle contrazioni muscolari.* Mancanza di adattamento a nuove situazioni posturali.

• IL CERVELLETTO POTREBBE AGIRE SIA DIRETTAMENTE SULLA VIARIFLESSA, SIA INDIRETTAMENTE SU ALTRE STRUTTURE CEREBRALI.



185

TEORIE SULLE FUNZIONI DEL CERVELLETTO

1) TIMER:• Stabilire la durata dell’attività del muscolo agonista e la latenza del muscolo antagonista in modo

che il movimento si interrompa al momento opportuno. L’ipermetria si giustificherebbe come unaincapacità di arrestare un movimento a causa della alterazione della attivazione temporale deimuscoli agonisti - antagonisti.

• QUESTA TEORIA SUGGERISCE CHE LA CORTECCIA CEREBRALE ATTIVEREBBE IL

MUSCOLO AGONISTA MENTRE LA FUNZIONE DEL CERVELLETTO SAREBBE QUELLA DI ARRESTE RE IL MOVIMENTO INIBENDO I MUSCOLI AGONISTI ED ATTIVANDO QUELLIANTAGONISTI

2) MACCHINA PER IMPARARE

• La modalità di scarica delle fibre muscoidi sulla corteccia cerebellare riprodurrebbe la posizionedegli arti.

• IL CERVELLETTO IMPAREREBBE AD ESEGUIRE UN MOVIMENTO PARTICOLARE IN UNCONTESTO PARTICOLARE ATTIVANDO LE STESSE CONNESSIONI PER MOVIMENTIRIPETUTI NELLO STESSO CONTESTO (fibre rampicanti- cellule di Purkinje- fibre parallele)LE FIBRE MUSCOIDI ATTIVEREBBERO LE STESSE CELLULE DI PURKINJE IN RAPPORTO

A QUEL TIPO DI MOVIMENTO.

3) COORDINATORE

• Convergenza ampia di segnali provenienti da sorgenti diverse.• GRADUARE L’AMPIEZZA DEI VARI SEGMENTI MUSCOLO-ARTICOLARI IN MODO CHE IL

MOVIMENTO COMPLESSO SIA IL RISULTATO DEI MOVIMENTI ADEGUATI DI OGNIARTICOLAZIONE.“TRASFORMARE CIO’ CHE DESIDERIAMO FARE IN CIO’ CHE IN REALTA’ FACCIAMO”

• ( Rothwell J. C. - Il controllo del movimento volontario nell’uomo, Masson, 1991)



186

ANALISI DEL MOVIMENTO

• La forza muscolare, dipende da fattori estrinseci (regolazione nervosa) edintrinseci (caratteristiche meccaniche e morfologiche del muscolo), devecontrastare una serie di resistenze naturali (tendini e strutture connettivalidelle articolazioni) che, anche in assenza di carico esterno, devono essereconsiderate per valutare l‟equilibrio meccanico.

• Tale complessità crea notevoli difficoltà nelle misurazioni dei momentipartendo dalle singole forze che agiscono sulle articolazioni.

• Se per esempio si vuole determinare il momento netto necessario per la

rotazione dell’articolazione del gomito durante una semplice flessione,bisognerebbe calcolare i singoli momenti dei 5 muscoli del gomito con lemisurazioni istante per istante dei loro bracci di leva; bisognerebbe valutarele resistenze passive elastiche e anelastiche e tutti i carichi interni edesterni applicate al segmento.

• Un modo più semplice per facilitare la determinazione del momento nettoapplicato ad una data articolazione, è rappresentato dal metodo delladinamica inversa .



187


DINAMICA INVERSA

• Questo metodo è basato sulla constatazione che l’applicazione dell’insieme deimomenti delle forze (cioè i momenti netti) sulle articolazioni produceun‟accelerazione del segmento che ruota. In altri termini, l’accelerazione che subiscel’articolazione che ruota è proporzionale al momento netto applicato: all’aumentare

del momento netto aumenterà l’accelerazione angolare del segmento che ruota eviceversa.• Sulla base di queste considerazioni, misurando l’accelerazione di un segmento che

ruota attorno ad un’articolazione, si può avere una stima del momento netto applicatoa quell’articolazione.

• In particolare il momento netto di rotazione attorno ad un’articolazione può essereottenuto dal prodotto dell’accelerazione (a ) per il momento d’inerzia (I ): Momentonetto = a × I.

• Il momento d’inerzia è dato dal prodotto della massa (m ) del segmento che ruotamoltiplicato per il quadrato della distanza del suo baricentro dall’asse di rotazione (r ):I = m • r².

• L’accelerazione si può misurare applicando i metodi della cinematica descritti inprecedenza e le misure della massa e della distanza del baricentro dall’asse di

rotazione si ottengono tramite le specifiche tabelle antropometriche.• Questo semplice metodo di determinazione del momento netto è noto con

l’espressione “dinamica inversa” poiché si invertono i rapporti fisici tra dinamica ecinematica: così come conoscendo la dinamica (forze e momenti) si può conoscere ilmovimento dei corpi (cinematica), all’inverso, conoscendo la cinematica(accelerazione) si può determinare la dinamica (forze e momenti).



188


• I principi di analisi del movimento possono esseresintetizzati prendendo in considerazione un casoparticolare: lo studio della postura eretta.

• Il mantenimento della postura eretta richiede il controllodi un numero elevato di segmenti corporei, diarticolazioni e di muscoli in maniera da garantire lastabilità del corpo rispetto alla superficie d‟appoggio.

• Un modo semplificato di rappresentare il corpo in

posizione eretta è quello si considerarlo un unicosegmento che ruota attorno alla articolazione dellacaviglia come se fosse un pendolo incernierato nelpavimento (pendolo inverso).

• La massa del corpo viene concentrata nel suo baricentro

(Centro di massa; COM) e la stabilità viene garantita sela proiezione del COM sulla superficie di appoggio(Centro di Gravità; COG) rientra all’interno del poligonod‟appoggio.



189


• Per studiare la postura eretta si potrebberoacquisire le variazioni del COG ma le misurepotrebbero risultare di scarsa affidabilitàpoiché il COM è un punto virtuale la cuiidentificazione è sempre approssimativa.

• Una valutazione della stabilità posturale moltoaffidabile può essere ottenuta considerando leforze che il corpo esercita sulla superficie diappoggio tramite i piedi ed identificando laposizione del Centro di Pressione (COP; vedifigura lato).

• La posizione del COP rappresenta il puntomedio in cui si concentrano delle forze direazione a livello della superficie d‟appoggio.

• La posizione del COP può essere facilmentedeterminata tramite la misurazione delle forzedi reazione e dei loro momenti ottenutiutilizzando le pedane dinamometriche opiattaforme di forza.



190


PEDANA DINAMOMETRICA• Le pedane dinamometriche misurano le 3 componenti della forza

di reazione risultante ognuna orientata lungo i tre assi dellospazio (figura 13): la forza verticale (Fz), quella antero-posteriore (Fx) e quella medio-laterale (Fy).

• Nella figura 13 si può notare che questi apparecchi misuranoanche gli effetti che queste forze possono avere sui movimentidi rotazione della pedana attorno ai tre assi.

• Nonostante le pedane dinamometriche sino molto stabili tanto danon rendere visibile alcuna rotazione, le tre forze sono in grado

di creare momenti angolari che tenderebbero a ruotare lapedana: il momento relativo all’asse Z (Mz) tenderebbe aruotare la pedana intorno all’asse Z e viene prodotto daimovimenti di rotazione del corpo attorno al proprio asseverticale; il momento relativo all’asse X (Mx) tenderebbe aruotare la pedana intorno all’asse X e risulta dai movimenti dirotazione del corpo nel senso medio-laterale; il momentorelativo all‟asse Y (My) tenderebbe a ruotare la pedana intorno

all‟asse Y ed è prodotto dai movimenti di rotazione del corponel senso atero-posteriore.



191


PEDANA DINAMOMETRICA

• La procedura più semplice per identificare la posizione del COP sulla superficiebidimensionale della pedana dinamometrica si basa sulle misurazioni della Fz,di Mx e di My (vedi Figura 13).

• Quando la risultante delle forze di reazione è applicata in un dato punto dellapedana, in quel punto la Fz eserciterà una sollecitazione che tenderà a farruotare la pedana sia intorno all‟asse Y generando il momento My, che intornoall‟asse X generando il momento Mx.

• Ogni momento risulta dal prodotto della forza per il valore della distanza interpostatra l’applicazione della forza ed il punto di rotazione. Nel caso della rotazioneattorno all‟asse X, il valore del momento Mx, in presenza della forza Fzapplicata alla distanza yCOP, equivale a: M= Fz•yCOP ; per la rotazione intorno

all‟asse Y invece, il valore del momento My, in presenza della forza Fzapplicata alla distanza xCOP, equivale a:My=Fz•xCOP .

• Nelle due equazioni i termini Mx, My e Fz sono noti poiché misurati direttamentedalla pedana dinamometrica; le uniche incognite rimangono le coordinate delCOP (xCOP e yCOP) che, per ognuna della due equazioni, si ottengono dalleformule inverse: xCOP = My/Fz; yCOP = Mx/Fz

• Utilizzando le misure dinamometriche ed attraverso questi semplici passaggi, si

ottiene la posizione del COP nel piano bidimensionale della pedana.• La misurazione della posizione del COP durante il mantenimento della postura

eretta permette di valutare la variabilità dello spostamento del punto medio dipressione dei piedi sulla superficie d‟appoggio e quindi di studiare la stabilitàposturale.



192


PEDANA DINAMOMETRICA

• La figura 15 illustra il risultato dell‟acquisizione delle coordinate spaziali delCOP durante il mantenimento della postura eretta tranquilla per 50secondi. La rappresentazione bidimensionale dello spostamento delCOP, denominato Statochinesigramma , permette di apprezzare la

complessità e l‟estensione del movimento del COP, e quindi delleoscillazioni del corpo. Nel caso della postura eretta, le oscillazioni del

corpo, e quindi gli spostamenti del COP, non presentano elevatevelocità ma come si vede dalla figura 15, i movimenti saranno moltocomplessi poiché la traiettoria del COP è caratterizzata da continuicambi di direzione.

• Lo statochinesigramma, però, non fornisce informazioni su come cambianel tempo la posizione del COP. Infatti, dalla traiettoria bidimensionalenon è possibile stabilire come si è modificata la posizione del COP

progressivamente nel tempo dal momento di inizio dell‟acquisizione finoalla fine. Le informazioni temporali dello spostamento del COP vengonofornite dalla rappresentazione della posizione in funzione del tempo suogni singolo asse (Figura 16).

• Questo tipo di rappresentazioni sono note come Stabilogramma e permettono di studiare il tipo di oscillazione che ha avuto il COP per ognimomento durante il periodo dell’analisi posturale. Per esempio, daglistabilogrammi della figura 16 si può affermare che lungo l’asse medio-laterale erano presenti oscillazioni lente e più ampie ma anche piccole

oscillazioni a frequenze più elevate rispetto allo stabilogramma relativoall‟asse antero-posteriore.• Dagli stabilogrammi, quindi, si possono ottenere informazioni sulle

modalità di oscillazione del COP sia in termini di frequenze che diampiezze.

6° lezione biomeccanica

Documents