c3 biomec iv ie 2014

BIOMECANICA

C3: Notiuni de osteologie, artrologie si miologie

(caracteristici morfo-functionale ale oaselor, articulatiilor si muschilor)

Prof.Dr.Ing. Dan MândruDepartamentul de Mecatronica si DinamicaMasinilorFacultatea de MecanicaUniversitatea Tehnica din Cluj-Napoca

● Aparatul locomotor – specializat pentru functia de locomotie a organismului – este alcatuit din:

- 206 oase;- peste 430 muschi striati;- peste 310 articulatii

….la acestea se adauga reteaua vasculara si cea nervoasa ….

● Oasele scheletului sunt:- 8 la neurocraniu; - 2 tibia;- 14 la viscerocraniu; - 2 peroneu;- 33 la coloana vertebrala; - 14 tarsiene;- 2 clavicula; - 10 metatarsiene- 2 omoplat; - 28 falange- 2 humerus; 206- 2 radius;- 2 ulna;- 16 carpiene;- 10 metacarpiene;- 28 falange;- 1 stern;- 24 coaste;- 2 os coxal- 2 femur;- 2 rotula;

● Rolul oselor

- determina forma, dimensiunile si proportia corpului si ale diferitelorsegmente;

- servesc ca sprijin pentru intregul corp si pentru tesuturile moi;

- alcatuiesc cavitati ce protejeaza anumite organe delicate;

- servesc ca elemente de insertie pentru muschi;

- contin rezerva de calciu a organismului.

● Greutatea totala a oaselor in stare uscataeste de 5 – 6,5 kg

Oasele reprezinta CONSTRUCTII MINIMI ABSOLUTE(cu material minim se asigura o rezistenta maxima)

De ex., oasele lungi sunt curbate in douaplanuri ceea ce le confera rezistenta marita,diafiza are forma tubulara, mai rezistentadecat daca ar fi un cilindru plin.

Forte necesare pentru sfarmare:-1000 kgf – vertebra lombara-2000 kgf – femur-4100 kgf - tibia

● Oasele au forme si dimensiuni diferite pentru ca au functii diferite

Dupa aspect, se impart in trei categorii:

- oase lungi;- oase late;- oase scurte.

● Oasele scurte

►Se gasesc acolo unde rezistenta si solicitarile sunt crescute iarmobilitatea este redusa;

► Sunt alcatuite dintr-un tesut spongios situat central, acoperit de tesut osos compact

►Rol: suporta greutatea corpului (tarsiene)contribuie la mentinerea echilibrului coloanei (vertebrele)permit executarea unor miscari complexe;

► Ex: oasele incheieturii maine

● Oasele late

►Participa la realizarea cavitatilor (craniu, bazin);

► Sunt formate din doua straturi de tesut osos compact, cel exterior este mai gros, cel interior este mai subtire; intre ele este o substantaspongioasa;

► Ofera suprafete intinse de insertie musculara;

► Realizeaza suporturi stabile (oasele bazinului);

► Ex: omoplatul

● Oasele lungi

► Aceste oase actioneaza ca niste parghii;

►Intra in scheletul membrelor; prin intermediul lor se realizeaza miscarirapide si de mare amplitudine;

► Sunt alcatuite dintr-un tub de substanta osoasa compacta, avand in centru un canal medular iar la cele doua extremitati (mai mari ca sivolum) au substanta spongioasa, inconjurata de un strat de substantacompacta;

● Suprafata oaselor nu este neteda decat in anumite portiuni, in rest prezentand

- suprafete rugoase;- tuberozitati;- apofize;- depresiuni si santuri.

● Oasele se arhitectureaza conform solicitarilormecanice (intindere-compresiune, incovoiere, forfecare, torsiune)

Tesutul osos este cel mai maleabil tesut al organismului pentru ca structura lui reflectaactiunile executate asupra lui

● Presiunile ce se exercita in mod normal asupra oaselorsunt 8 – 15 kg / cm2

● Sectiune frontalaprintr-un os lung

► Cartilajul articular acoperaextremitatile articulare ale osuluipe o intindere egala cu amplitudinea de miscare din aceaarticulatie

● Sectiune frontalaprintr-un os lung

► Spre epifize, la interior osulprezinta un tesut spongios, ce are o capacitate de reconstructie maimare;

►Extremitatile sunt maivoluminoase, oferind o suprafatamai intinsa de contact in articulatie si o suprafata mai mare de insertie musculara.

● Sectiune frontalaprintr-un os lung

► Cartilajul de crestere, dispusdiafizoepifizar, se observa la copiisi adolescenti;

● Sectiune frontalaprintr-un os lung

► Tesutul osos compact are o grosime mai mare la mijloc si maimica la extremitati, rezultand o frecventa crescuta a fracturilor la acest nivel;

● Sectiune frontalaprintr-un os lung

► Canalul medular are peretineregulati si contine maduvaosului;

► Intre grosimea osului compact si cea a canalului exista un raport(index medularis):

cu cat solicitarile cresc, actiunilemusculare sunt mai intense, muschii se dezolta mai mult, se maresc fortele cu care actioneazaasupra insertiilor, corticala se dezvolta mai mult si cresteindicele;

Din punct de vedere morfo-functional, osul are o structura ierarhizata, pe patru ordine:

● Structurile de ordinul I: arhitectura macroscopica a compactei, maduva, periostul, cartilajele (se vad cu ochiul liber si din dispunerealor se poate deduce functia biomecanica);

● Structurile de ordinul II: vasele, nervii, lamelele circumferentiale, au dimeniuni de aprox 1000 micrometri se observa bine la microscop;

● Structurile de ordinul III: fibre de colagen, celule osoase, saruriminerale; au dimensiuni de aprx 10 microni

● Structurile de ordinul IV: dispunerea moleculara la substanteleorganice si anorganice

● Contrar aspectului sau, osul nu este un organ inert;

● Osul dispune de o retea nervoasa (receptori ce actioneaza sub influentafactorilor locali de presiune, regland debitul sangvin intraosos)

● Osul contine 40% substante organice si 60% substante minerale;

● In componenta osului intra 10 – 50 % apaaprox. 30 % grasimi30 – 40 % reziduri

● Continutul de apa descreste odata cu varsta73% la nou-nascuti – 20% la persoane varstnicein 4 ore se schimba peste 90% din apa tesutului osos

● Tonusul muscular reprezinta cea mai buna metoda de a mentine un aport normal de sange in oase si astfel de a dirijaprocesele de osificare resorbtie;

● In absenta tonusului, sistemul venos se stranguleaza, determinand aparitia osteoporozei (la persoanele sedentare sila poliomelitici)

Osificare = procesul prin care tesutul conjunctiv se transforma in tesut osos datorita fixarii sarurilor minerale fosfo-calcice; este un proces de crestere a organismului;

● VOCABULAR

■ Kinetoterapie – gr. Kinetos (mobil)+ Therapia (tratament) forma de terapie prin miscare aplicataconcomitent cu celelalte mijloace ale unuiplan terapeutic general

Tema 4:

Prezentati un model mecanic al miscarii de pronatie-supinatie a antebratului

● ARTICULATII

Ansamblul structurilor anatomice prin care se leaga doua sau maimulte extremitati osoase

CLASIFICARE dupa gradul de mobilitate si numarul de miscariindependente pe care le permit

1. SINARTROZE – se mai numesc si articulatii fixe- miscarile sunt minime sau inexistente- sunt lipsite de cavitate articulara;- extremitatile oaselor pot fi unite prin tesut fibrossau cartilaginos

2. AMFIARTROZE - sunt articulatii semimobile, cu miscari mai ample

● ARTICULATII

3. DIARTROZE – articulatii mobile- caracterizate prin prezenta unei cavitati intre extremitatile osoase- la randul lor se clasifica in:

A. Articulatii cu un grad de mobilitateB. Articulatii cu doua grade de mobilitateC. Articulatii cu trei grade de mobilitate

● ARTICULATII

A. Articulatii cu un grad de mobilitate

A1 ARTRODII – sunt articulatii plane, cu suprafete articularecongruente, cu miscari numai de alunecare

A. Articulatii cu un grad de mobilitate

A2 CILINDROIDE – sunt articulatii ce perimit o miscare de rotatie

Articulatie trohleana

Asemanatoare cu o balama

Articulatie trohoida

Sub forma unui pivot in jurul caruiaare loc miscarea

B. Articulatii cu doua grade de mobilitate

B1 Articulatie elipsiodala – permite doua rotatii in jurul a doua axe perpendiculare

B. Articulatii cu doua grade de mobilitate

B2 Articulatie selara – permite doua rotatii in jurul a doua axe perpendiculare

C. Articulatii cu trei grade de mobilitate

Articulatie sferoide (ENARTROZE) – permite trei rotatii in jurul a trei axe perpendiculare

- Sunt alcatuite dintr-un cap articular globulos, mai mare sau mai mic decat o jumatate de sferasi o cavitate

Prezentare carte 4-8:

Zamora, E., Ciocoi-Pop, R., Artrologie si biomecanicaumana, Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2006

AFORISM:

Este de o mie de ori mai bine sa fii optimist si sa te inseli, decat sa fii pesimist si sa ai dreptate

Jack Penn

● Exemple de subiecte la evaluare

I. Specificaţi care din următoarele propoziţii sunt adevărate (A) sau false (F):

Planurile sagitale sunt paralele cu fruntea şi dispuse vertical, latero-lateral. A F

Conţinutul de apă din oase scade odată cu înaintarea în vârstă. A F

Oasele au curbură în două plane, ceea ce le conferă rezistenţă mecanică crescută

A F

La pronaţie-supinaţie, segmentul descrie un con cu vârful în centrul articulaţiei

A F

● Exemple de subiecte la evaluare

Cunoscând forţa exercitata de muschi 450 N, masa braţului, antebraţului şi a mâinii 8 kg, să se determine valoarea greutăţiiţinute în mână. Se cunosc: d1 = 0,04 m, de = 0,20 m şi d3 = 0,30 m

● ARTICULATII

DIARTROZE – articulatii mobile- caracterizate prin prezenta unei cavitati intre extremitatile osoase- la randul lor se clasifica in:

A. Articulatii cu un grad de mobilitateB. Articulatii cu doua grade de mobilitateC. Articulatii cu trei grade de mobilitate

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

1. EXTREMITATILE OSTEOARTICULARE

- Forma lor este direct legata de gradul de libertate a miscarilor;(insertia muschilor periarticulari determina modelarea functionala a extremitatilor)

- Suprafetele se adapteaza una pe cealalta (principiul congruentei articulare)(in caz de incongruenta articulara, transmiterea fortelor se realizeazadefectuos si neuniform, aparand leziuni ale cartilajelor articulare, ceea ceconduce la ARTROZE = stari patologice articulare, cu caracter progresivdegenerativ)

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

2. CARTILAJELE ARTICULARE

- Au aspect lucios, de culoare galbuie pe margini si albastruie la centru

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

2. CARTILAJELE ARTICULARE

- Au aspect lucios, de culoare galbuie pe margini si albastruie la centru

- Grosimea nu este egala pe toata intinderea suprafetelor articulare• este mai gros in punctele de maxima presiune (6 mm)• legea repartizarii inverse a grosimii cartilajului

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

2. CARTILAJELE ARTICULARE

- Cartilajul este mai gros la tineri si se subtiaza treptat cu varsta;

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

2. CARTILAJELE ARTICULARE

- Cartilajul este mai gros la tineri si se subtiaza treptat cu varsta;

- Cartilajul articular este avascular, deci nu are posibilitati de cicatrizare sauregenerare (este un tesut cu un metabolism foarte scazut);

- Cartilajul articular este lipsit de inervatie, ca urmare agresiunile nudetermina senzatii dureroase;

- Miscarile normale sunt necesare intretinerii si mentinerii cartilajului pentru ca ajuta difuzia lichidului sinovial pe suprafata acestui tesut;

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

2. CARTILAJELE ARTICULARE

- Are urmatoarele trei proprietati mecanice• compresibil• elastic• poros

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

2. CARTILAJELE ARTICULARE

• compresibilitate

- Joaca rol de amortizor pentru tesutul osos subiacentO presiune relativ mare si indelungata, exercitata prin intermediulcartilajului nu are efecte nocive asupra osului

- Unele articulatii pot suporta sarcini ridicate, chiar si peste 350 kgf

Dupa o zi in postura bipeda, talia scade cu 1-2 cm ca urmare a compresiunii discurilor intervetrtebrale si a cartilajelor membrlorinferioare.

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

2. CARTILAJELE ARTICULARE

• elasticitatea

- Pana la o anumita presiune, deformarea cartilajului este reversibila;

- Cartilajul este mai elastic la centru decat la periferie, in concordanta cu structura lui;

- Elasticitatea depinde si de continutul de apa, deshidratatrea duce la scaderea elasticitatii cartilajului

• porozitatea

- Cartilajul se imbiba cu lichid sinovial, ca un burete;

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

3. BURELETUL FIBROCARTILAGINOS

- Daca suprafetele articulare nu sunt egale (de ex. Sfera plina are o suprafata articulara mai intinsa decat sfera scobita), margineacavitatilor este prelungita de acest tesut;

- Este circular, ca si marginea cavitatilor, in sectiune transversala estetriunghiular

- Mareste suprafata articulara si mentine suprafetele in contact

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

4. DISCURILE SI MENISCURILE

- Formatiuni fibrocartilaginoase ce apar in articulatiile in care suprafeteleosoase nu se adapteaza perfect, pentru mentinerea congruenteiarticulare

- Discuri: in articulatiile dintre corpii vertebrali si in articulatiiletemporomandibulare, uneori in articulatiile acromioclaviculare

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

4. DISCURILE SI MENISCURILE

- Meniscuri: in articulatiilegenunchilor

Prin compresabilitatea sielasticitatea lor actioneaza ca siniste arcuri, cu rol in amortizareasocurilor si marirea suprafeteiarticulatiilor

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

5. CAPSULA ARTICULARA

- Este o formatiune conjunctiva, cecontinua periostul celor doua segmenteosoase;

-Este ca un manson, inserat in jurulepifizelor, la marginea cartilajelorarticulare

- Alaturi de ligamentele articulare, reprezinta un mijloc de legatura intrepiesele osoase

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

6. LIGAMENTE ARTICULARE

-Ligamentele limiteaza miscarile de lateralitate;

-Ligamentele maresc siguranta miscarilor

-Ligamentele ajutatoare consolideazalegatura dintre oase iar cele frenatoare– franeaza miscarile pana la o anumitalimita;

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

7. MUSCHI PERIARTICULARI

- au rol in mentinerea contactului dintre suprafetele articulare;

- functioneaza ca si ligamente active, tonice;

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

8. MEMBRANA SINOVIALA

- este stratul intern al capsulei articulare;

- joaca rolul unui element plastic deoareceumple spatiile care se formeaza in anumitemiscari intre extremitatile articulare

-Mentine in spatiul articular conditiile favorabilefunctiei articulare

-Regleaza temperatura si presiunea, indeplineste functia de resorbtie a lichiduluisinovial si a deseurilor articulare in suspensie

● ARTICULATII

Elementele componente ale diartrozelor

9. Lichidul sinovial

- este de culoare galbuie, vascos, transparent;

- are triplu rol:

De nutritie

De curatire

De lubrifiere.

Miscarea constituie factorul principal al producerii de lichid sinovial

Prof.Dr.Ing. Dan MândruDepartamentul de Mecatronica si Dinamica Masinilor

Facultatea de MecanicaUniversitatea Tehnica din Cluj-Napoca

B-dul Muncii, nr. 103-105 Cluj-Napoca

Tel. 0264-401645; Fax:0264-415490

email: mandrud@yahoo.com