A MOZGATÓRENDSZER BIOMECHANIKÁJA

AZ ÍZÜLETEK BIOMECHANIKÁJA

Nordin, M., Frankel, V.H. Basic biomechanics of the musculoskeletal system, Lea & Febiger 1989.

Norkin, C.C, Levangie, P.K. Joint structure & function. Davis Company, Philadelphia.1992.

Zatsiorsky, V.M. Kinematics of human movement. Human Kinetics, 1998.

Források

Enoka, R. Neuromechanical basis of kinesiology Human Kinetics, 1994.

A súlyponton mennek át és egymásra merőlegesek

Frontális

Szagitális v. oldal

Tanszverzális

Az emberi test síkjai

Tengelyek

Longitudinális – Szagittális és frontális

Anteroposterior – Szagitális és transzverzális

Lateromediális – Frontális és transzverzális

Kardinális síkok és tengelyek Helyi referencia rendszer

KARDINÁLIS

SÍKOK

FRONTÁLIS Közelítés - távolítás

OLDAL feszítés - hajlítás

TRANSZVERZÁLIS

Anteroposterior v.

mélységi

Lateromedial v.

szélességi

Hosszúsági

TENGELYEK Izületi mozgás

kifelé-befelé forgatás

Szélességi tengely (térdfeszítés – hajlítás )

Mélységi tengely (oldalra hajlítás, közelítés-távolítás )

Hosszúsági tengely (törzsforgatás, everzió-inverzió )

Kettő vagy több csont összeköttetése inak, szalagok és

izmok által

148 Mozgatható csont

147 izület

Ízület

Kiegészítő (belső) 180°

Izületi szögIzületi szög

Anatómiai (külső) 0° Kiegészítő (belső) 100° Anatómiai (külső) 80°

IZÜLETI SZÖGELFORDULÁSIZÜLETI SZÖGELFORDULÁS

MOZGÁSTERJEDELEMMOZGÁSTERJEDELEM ((ROMROM))

ROM

ROM = max - min

A mozgásterjedelem azt a legnagyobb izületi szögelfordulást jelenti egy

ízületi tengely körül, amely anatómiailag még lehetséges

Aktív mozgásterjedelemPasszív mozgásterjedelem

Passzív mozgásterjedelem > aktív mozgásterjedelem

A mozgásterjedelmet befolyásoló tényezőkA mozgásterjedelmet befolyásoló tényezők

1. Az izületek típusa

2. Az izületi szalagok mechanikai tulajdonságai

• nyúlékonyság

• merevség

3. Az izmok és inak anatómiai és biomechanikai jellemzői

• Izom és ínhosszúság illetve a kettő aránya

• Izom architektúra

Az ízületek típusai

1. Két csont (térd)

2. Több csont (lábközép csontjai)

• egy tengelyű (henger)

• Két tengelyű (elliptikus, tojás)

• Három tengelyű ( gömb)

Lapos Gömb Tojás

Nyereg Henger vagy

csukló

Csukló vagy forgó

Porcos összeköttetés

típus leírás funkció mozgás példák

Rostos

Porcos

Szinoviális

Rostos szövetek

által kapcsolt

stabil

hajlás

mozgás

semmi v. kicsi

kicsi

Kicsi transzláció

nagy rotáció

tibia/ fibula

sterno costalis

térd,csípő

Szalagokkal összekapcsolt

Az ízületek típusai

SZABADSÁGFOK ( DOF)

DOF = a koordináták száma minusz a megkötöttségek száma

DOF a változóknak az a száma, amely a test mozgásának leírásához szükségesen elegendő

rotáció transzláció

3 3+ 6

Két dimenzió (2D) DOF = 3N - C Három dimenzió (3D) DOF = 6N - C

N = a testszegmentek száma, C = a megkötöttség száma

Megkötöttség• Anatómiai

•adjunctus (független)

• Conjunctus vagy összekötött ( az izületek mozgása egymástól függ)

Aktuális (pedálozás)

Mechanikai (egyensúly, megcsúszás)

Motoros feladat ( instrukció)

F = mobilitás, I = az ízület osztálya, ji = az ízületek száma az I osztályban

i = 6 -f, f= a szabadságfok száma

A kinematikai lánc mobilitása

• Harmadosztályú ízület: 29 (3 DOF)• Negyedosztályú ízület: 33 ( 2 DOF)• Ötödosztályú ízület: 85 ( 1 DOF)

F = (6•148) - [(3 •29) + (4 •33) + (5 •85)] = 244

Maneuverability = 238

MOZGÁSOK AZ ÍZÜLETEKBENMOZGÁSOK AZ ÍZÜLETEKBEN

Forgás

Csúszás (lineáris és nem lineáris transzláció)

Gördülés = rotáció + transzláció

Nincs csúszás az ízületi felszínek

között

izület rotaciós DOF

transzlációs DOF

Érintkezési felület

tojás

nyereg

nem csúszó henger

csúszó henger

3

2

1

1

2

0

0

0

1

2

állandó

állandó

állandó

állandó

nem állandó

gömb

AZ ÍZÜLETEKRE HATÓ ERŐK

1. Nyomó (kompressziós)

2. Húzó (tenzilis)

3. Nyíró

4. Reakció

5. Csavaró

A kompressziós erő mindig merőleges az

ízületi felszínre

A húzóerő mindig merőleges az ízületi

felszínre

A nyíróerő mindig párhuzamos az ízületi

felszínnel

Ízületi felszín

Nyíróerő (Fny)

Feredő (Fe)

Kompressziós erő (Fc)

Reakcióerő

(Fr)(-Fc)

(-Fny)

Fe = -Fr

(Fc1)

Fc2

Fs1 Fs2

Fc

Fs

FrFc1

Fs1

Fs2

Fc2

Fr az ízületi felszínekre ható erő

AZ ERŐK MEGHATÁROZÁSÁNAK MÓDSZEREI

1. GRAFIKUS

2. SZÁMÍTÁS

3. MÉRÉS

4. MÉRÉS ÉS SZÁMÍTÁS

statikus és dinamikus

direkt és inverz

Nyomaték egyensúly

Eredő nyomaték = Mi – (MG1 + MG2) =

Mi = MG1 + MG2

Mi > MG1 + MG2

Mi < MG1 + MG2

Izometriás kontrakció

Koncentrikus kontrakció

Excentrikus kontrakció

Erőkar rendszer

Első osztályú emelő

Másodosztályú emelő

Harmadosztályú emelő

1st

2nd

3rd

G1

G2

NYOMÓERŐ

Fk = G1

G1+ G2

G1+ G2

Fh = G2

HÚZÓERŐ

G1

G2

Fk = G1 +F1 +F2

G1+ G2

G1+ G2

Fk =(F1 +F2) -G2

F1 F2

NYOMÓERŐ HÚZÓERŐ

Fk = 0

F1 +F2 =G2

NYÍRÓERŐ

G

G

G = Gny

Gny

Gny

Gh

G

Fny

Fh

A G súlyerő húzó-, és nyíróerő komponenseinek meghatározása

A G erő nyomó-, és nyíróerő komponenseinek meghatározása

G

Fny

Fk

=mért = 180 -

A végtagok súlyerejének hatása az ízületekre

FG

FGnyíró

FGhúzó Transzverzális sík

=megmért = 180 - = ’

A FG súlyerő húzó- és nyíróerő komponens értékeinek kiszámítása

FG

FGnyíró = FG cos FGhúzó= FG sin

FGny

FGh ’

= ’

Transzverzális sík

FG

FGnyFGkompressziós

FG felbontása nyíró és kompressziós erőre

Az izomerő (Fm) kiszámítása a quadricepsben

FG

kG

Fi

ki

FG · kG = Fi · ki

Fi = FG · kG / ki

Az Fi erő nyomó- és nyíróerő komponens értékek kiszámítása

FG

Fi Fi = FG · kG / ki

Fik

FinyFik = Fi · cos

Finy = Fi · sin

Fik – az izom által kifejtett erő nyomó vagy kompressziós (k) erő komponense; Finy - az izom által kifejtett erő nyíróerő (ny) komponense

Az eredő erő nyomó és nyíróerő komponensének kiszámítása

FG

Fi

FikFiny

Fik = Fi · cos

Finy = Fi · sin

FGny

FGh

FGny = FG · cos

FGh= FG · sin

Fnyíróeredő = Finy +(- FGny)Fkompresszióseredő = Fik + (- FGh)

Reakcióerő kiszámítása – Az ízületre ható erő

FG

Fi

FikFiny

FGny

FGh

Fnyeredő = Finy +(- FGny)

Fkeredő = Fik + (- FGh)

Fr

Transzverzális sík

G

Gny

Gk

Fnyeredő = Finy + (-FGny)

Fkeredő = Fik + FGk

Fi

Finy

Fik

Reakcióerő kiszámítása

Forgatónyomaték (M)

m

mgk

)(NmkFkGkgmM

Erő(teher) kar= a forgáspontból az erő hatásvonalára bocsátott merőleges egyenes hossza

Statikus helyzetben

m= 5 kgr= 0,2 m

k = 0,14 m

= 45

r

45sinrk

M=7Nm

Példa

l

m

M

3

2lm

2/ tt m= 5 kg l= 0,5 m

t= 0,5 s = 45 = 0,785 rad

β = 31,4 1/s2 = 31,4 rad/s2

Forgatónyomaték kiszámításaDinamikus körülmények között

vízszintes síkban (gravitációs erőtől eltekintünk)

Példa

222

42,03

5,053

mkglm

Erőmérés

M = Fmért • k

Fi

Fmért

ki

Fmért • k = Fi • ki

Fi = Fmért • k / kik

Mi = Fi • ki

Erőmérés

Fmért

ki

kF F= Fmért · cos α M= F · k

Fi

Mi= Fi · ki Fi=F · k/ kiFny

Fny= Fmért · sinα

α

Erőmérés

Fmért

ki

M= Fmért · k1

k1