CENNI DI BIOMECCANICA

L’applicazione dei principi che governano la meccanica classica, applicati allo studio del corpo degli organismi viventi sia animali che vegetali, prende il nome di biomeccanica.
La biomeccanica è strettamente correlata alla bioingegneria, alla posturologia, alla chinesiologia, all’ingegneria tissutale e all’ortoprotesica. La biomeccanica trova applicazione nello sport allo scopo di migliorare le prestazioni degli atleti, mentre in ortopedia si utilizza per studiare le cause delle lesioni sportive.
La biomeccanica comprende al suo interno la meccanica dei fluidi e la meccanica dei corpi rigidi.
Pertanto oggetto di studio della biomeccanica potrà essere:

• il movimento delle articolazioni del corpo umano;
• biomeccanica cardiovascolare;
• biomeccanica respiratoria;
• proprietà meccaniche dei materiali viventi;
• etc.

CINEMATICA

La cinematica è, invece, quella scienza che studia il movimento senza curarsi delle forze implicate. Lo studio del movimento viene effettuato attraverso l’analisi di tre grandezze vettoriali e le relazione che hanno tra di loro:

• spostamento;
• velocità;
• accelerazione.

La maggior parte delle articolazioni del corpo umano eseguono un movimento di tipo roto-traslatorio, vale a dire che il corpo ruota intorno ad un asse che si sposta nello spazio. Lo studio del movimento delle articolazioni del corpo umano si effettua attraverso il cosiddetto modello meccanico, utilizzando invece delle assi anatomiche, le assi meccaniche (segmento compreso tra l’asse dell’articolazione prossimale e l’asse dell’articolazione distale).
Più segmenti che si articolano tra loro possono costituire catene cinetiche aperte (CC aperte) o CC chiuse.
Nelle prime, gli estremi della catena sono liberi ed i segmenti possono muoversi in maniera indipendente.
Nelle CC chiuse, invece, l’ultimo segmento si articola con il primo ed i segmenti non possono muoversi in maniera indipendente.
Nel corpo umano esistono pochissime CC chiuse, ma a volte vincoli esterni e/o vincoli 20 www.esercizio-funzionale.com che possiamo imporre a un segmento trasformano, di fatto, una CC aperta in una CC chiusa.

LEVE

Una leva è una macchina semplice che trasforma il movimento e rappresenta un’applicazione del principio di equilibrio dei momenti.
La leva viene rappresentata come un asta rigida capace di ruotare attorno ad un punto fisso chiamato fulcro (F).
Alla leva si possono applicare due forze:

– Resistenza (R), che rappresenta la forza che si vuol vincere;

– Potenza (P), forza applicata per vincere la resistenza.

La distanza tra il F e il punto in cui si applica la resistenza prende il nome di braccio della resistenza (br).
La distanza tra il fulcro e il punto in cui si applica la potenza è detto braccio della potenza (br).

Anche i muscoli ed i segmenti ossei possono essere considerati come leve in cui:

• F è l’asse articolare;
• P è l’inserzione muscolare;
• R è il centro di gravità.

Le leve, in base al rapporto tra P e R, possono essere distinte in:

• svantaggiose (quando la PR ovvero il braccio R è più corto di quello P);
• indifferenti (quando la P=R ovvero il braccio R è uguale al braccio P).

Inoltre, in base alla posizione del F, P, R le leve si distinguono in:

• leve di primo genere, dove il fulcro si trova tra le due forze (possono essere vantaggiose, svantaggiose o indifferenti);

• leve di secondo genere, la resistenza è tra fulcro e potenza (sempre vantaggiose);

• leve di terzo genere, la potenza è tra fulcro e resistenza (sempre svantaggiose).

Solitamente le leve nel corpo umano sono di terzo tipo, dunuqe quasi tutte svantaggiose.

FORZE IMPLICATE NEL MOVIMENTO DEL CORPO UMANO

Interazione tra muscolo articolazione e segmento.
In base alla direzione della forza muscolare rispetto al segmento, soltanto una percentuale X della forza avrà effetti sul movimento del segmento; la rimanente parte di X concorrerà o ad aumentare la stabilità articolare, oppure a ridurla.
Per evitare, dunque, l’effettuazione di esercizi che potrebbero causare un rischio elevato di danni anziché benefici, è necessario conoscere l’angolo di trazione muscolare.

CURVA MOMENTO/ANGOLO

I muscoli in vivo per muovere le articolazioni devono esercitare un momento (torque) che dipenda dalla forza e dal braccio (M = F x b).
E’ importante, quindi, studiare come varia il momento massimo esercitato al variare dell’angolo articolare.
Cambiando l’angolo articolare cambia la lunghezza del muscolo e, quindi, cambia la sua forza in base alla relazione lunghezza-tensione.
Cambia però anche il braccio e questo può compensare (se il braccio aumenta) o aggravare (se il braccio diminuisce) la perdita di forza dovuta all’accorciamento.
Poiché le variazioni del braccio non avvengono allo stesso modo per tutti i muscoli, che dipendono dalla forma della leva ossea e dal punto di inserzione, la curva torque/angolo non ha, contrariamente alla curva lunghezza-tensione, lo stesso andamento per tutti i muscoli.

Riferendoci a ciò che avviene realmente, gli svariati gesti motori non possono essere scomposti e spiegati singolarmente nei vari campi che compongono le scienze motorie, infatti, è necessario considerare il gesto motorio come la sinergia tra anatomia, fisiologia, biomeccanica ecc. che agiscono contemporaneamente in quel determinato movimento.