Biologický základ biomechaniky Funkční složky pohybového systému funkční složky pohybového systému Pasivní subsystémy §kosterní soustava (více než 200 kostí) §+ mezilehlé prvky (šlachy, vazy, chrupavky, klouby) § §Hlavní funkce pasivního systému: §slouží jako konstrukční prvky, §vytvářejí mechanickou podporu, §umožňují přenos mechanické energie, §akumulují mechanickou energii, §chrání vnitřní orgány před mechanickým poškozením. Mechanické vlastnosti kostí §Mechanická impedance (odolnost) tkání vůči mechanickému namáhání: pevnost, tvrdost, tuhost, pružnost §Kosti: nehomogenní, anizotropní Namáhání kostní tkáně skenovat0106 Stehenní kost: Tlak ve směru podélné osy – 187 MPa Tah ve směru podélné osy – 132 MPa Smyk – 58 MPa Pružnost §Youngův modul pružnosti §Mez pružnosti §Mez pevnosti graf_deformace2 § § Tkáň Mez pevnosti [MPa] Diafýza femuru – podélně Diafýza femuru - krut 170 – 209 (tlak) (7500 N) 132 – 133 (tah) 133 Tibie 195 – 204 (tlak) (5000 N) 157 (tah) Fibula 125 (tlak) Humerus 136 (tlak) (6000 N) Radius 117 (tlak) Ulna 126 (tlak) Šlachy §Fce – přenos síly ze svalu na kost a uložení elastické energie §Nelineární elastické struktury §Pružnost – protažení o 10% své původní délky §Pevnost - čtyřnásobně vyšší, než je maximální izometrický tah odpovídajícího svalu (mez pevnosti asi 100 MPa) §Tuhost – fce prodloužení (malé Δl – nízká tuhost, s rostoucí Δl roste tuhost, v lineární části tuhost konst.) § graf_deformace Vazy §Fce – stabilizace kloubů, usměrnění pohybu kloubů, vymezení jeho pohyblivosti §Elastinová vlákna (pružná – Δl až 150%, nízká pevnost – 3 MPa) §Kolagenní vlákna (nehomogenní, pružnost 4 - 10%, mez pevnosti 50 – 100 MPa) §Tuhost vazu se mění nelineárně v závislosti na velikosti síly §Typická závislost síla – protažení kosterního vazu s rovnoběžnými vlákny § §Po vyrovnání kolagenních vláken dochází ke zpevnění vazu (lineární část, oblast II). Poté dochází k přetržení jednotlivých vláken (oblast III), síla je přerozdělena na zbývající vlákna a dochází k postupnému šíření trhliny a k přetržení vazu. graf_protazeni Kloubní spojení §Nepřerušovaná (nepohyblivá) – polopevné spojení vazivovou tkání §Přerušovaná (pohyblivá) – kloub, vazivové kloubní pouzdro, na vnitřní straně pouzdra synoviální vrstva (kloubní maz – synovie) – minimalizace tření mezi hlavicí a jamkou §Styčné plochy – fce chrupavky: tlumení nárazů, přenos tlaku z jedné kosti na druhou, rozložení působících sil a svojí plasticitou vyrovnává nerovnosti dotykových kloubních ploch § (zatížení x odlehčení chrupavky – proudění kloubního mazu) skenovat0126 Aktivní svalový subsystém §Asi 600 svalů §Muži – 36 % hmotnosti, ženy - 32 % hmotnosti, sportovci až 45 % hmotnosti §Svaly zpeřené x nezpeřené – vliv na svalovou sílu skenovat0028 Svalová kontrakce §K. anizometrická - Koncentrická §zrychlující účinek na segment, §Δl 30 – 50 – 70 %, průměrně 57 %. Menší, než max. izometrická síla. §Vztah mezi silou a rychlostí kontrakce: (optimum na 30%) graf_sily §K. anizometrická – excentrická §brzdící účinek (amortizační) §Příčina – antagonista či vnější síla §Svaly energii absorbují, ukládají se ve formě deformační energie (potenciální energie pružnosti) – následné využití při koncentrické kontrakci § § graf_koncentrace §K. izometrická - statická činnost §K. izotonická - nemění se napětí, může být izometrická i anizometrická § §Síla svalového stahu: §plocha fyziologického příčného řezu, §délka svalového vlákna, §celková svalová masa §jsou základní morfologické determinanty maximální síly, rychlosti a výkonu svalu. § §(1 cm² - 25 N, neboli sval o tloušťce tužky zvedne asi 800 g.) § Mechanické vlastnosti svalů §Pevnost svalu v tahu v klidu - 0,26 až 0,90 MPa §K nevratným změnám ve svalu dochází po protažení o 40 - 50% klidové (fyziologické) délky (mez pružnosti) §Přetržení svalu nastává až po změně klidové délky svalu na 1,5 až dvojnásobek (mez pevnosti maximálně kontrahovaného svalu – asi 1,25 MPa, tedy 50 – 100 méně než u šlach) §Účinnost svalové práce je asi 20%, 80% energie se mění na teplo. § Řídící subsystém §Sval je inervovaný pomocí nervových vláken, které jsou trojího druhu: motorické, senzitivní a autonomní. §Senzitivní (dostředivé, aferentní) – impulsy z receptorů (šlachy, svaly, kůže) do CNS §Motorické (odstředivé, eferentní) – impulsy z CNS, motorická jednotka – svalová vlákna inervovaná jedním motneuronem §Autonomní končí ve stěnách svalových tepének, zabezpečují průtok krve.