CURS BIOMECANICA

1. BIOFIZICA CONTRACBIOFIZICA CONTRACŢŢIEI MUSCULAREIEI MUSCULARE
Proprietăți mecanice ale corpurilor solide
Elemente de structură a muşchiului striat
Etapele contracţiei musculare
Manifestările mecanice ale contracţiei musculare
Aplicarea principiului I al termodinamicii în cazul
contracţiei musculare
Efecte biologice ale unor factori mecanici

2. Proprietăți elastice ale corpurilor
Deformarea corpurilor rigide se poate face prin:
întindere
comprimare
încovoiere
forfecare
torsiune
Deformare elastică:
dacă este direct proporțională cu mărimea forței deformatoare
dispare după încetarea acțiunii forței
Legea lui Hooke F = k ∆l
Limită de elasticitate
Limită de rupere

3. sistem osos
articulaţii
muşchi
Aparatul locomotor
Sistemul osos
creșterea rezistenței globale a osului

4. orientarea formaţiunilor trabeculare se face de-a lungul
traiectoriilor pe care se exercită tensiunea maximă
Orientarea trabeculelor pe
direcţia efortului maxim
Curbe de tracţiune şi compresie ale
extremităţii superioare a femurului

5. pe osteocite se separă sarcini
electrice sub efectul exercitării unei
presiuni mecanice.
efect piezoelectric
mineralizarea osoasă ar fi ghidată
de procese ionice legate de
metabolismul fosfo-calcic
exemplu de combinare a
proceselor biofizice şi biochimice.
Stâlpii de rezistență (v1, v2, v3) și
grinzile de susținere (o1, o2, o3) din
craniu

6. Articulaţia sinovială
Lichidul sinovial dintre cartilaje - rol de
lubrifiant
Vâscozitatea lichidului sinovial variază la efort
Există diferite modele ale mecanismului de
lubrifiere

7. ElementeElemente dede structurstructurăă aa mumuşşchiuluichiului striatstriat
mănunchi de fibre musculare (celule
polinucleate)
sarcolemă:
înveleşte fascicule de miofibrile separate
între ele de un sistem de tubuli şi cisterne
membranoase care aparţin reticulului
sarcoplasmic
Extremitatea unei fibre musculare (M – miofibrile, liniile Z care delimitează sarcomerele,
TT – tubii transversali, SNM – sinapsa neuromusculară, S – sarcolema, N – nucleii)

8. FibraFibra muscularmuscularăă

9. SarcomerulSarcomerul
LiniiLinii ZZ –– separseparăă sarcomerelesarcomerele
Filamente subFilamente subţţiriiri ((∼∼5050 ÅÅ))
FilamenteFilamente groasegroase ((∼∼100100ÅÅ))

10. Filamente subFilamente subţţiriiri ((∼∼5050 ÅÅ))
actinaactina globularglobularăă ((actinaactina G) (42G) (42 kDakDa))
ttropomiozinaropomiozina (70(70 kDakDa))
troponinatroponina (50(50 kDakDa))

11. FilamenteFilamente groasegroase ((∼∼100100ÅÅ))
Molecule de miozinMolecule de miozinăă (500(500 kDakDa))
Partea fibrilarPartea fibrilarăă -- MeromiozinMeromiozinăă uuşşoaroarăă (MMU)(MMU)
Partea globularPartea globularăă -- MeromiozinMeromiozinăă grea (MMG)grea (MMG)
SS11 -- solubilsolubilăă îînn apapăă
SS22 -- leglegăăturatura cucu ceacea uuşşoaroarăă

12. PPununţţii transversaletransversale miozinicemiozinice
PrinPrin legarealegarea actinactineiei şşii miozinmiozineiei sese formeazformeazăă complexulcomplexul
actomiozinicactomiozinic carecare amplificamplificăă activitateaactivitatea ATPATP--azicazicăă aa miozineimiozinei dede
250250 dede oriori

13. MuMuşşchiulchiul relaxatrelaxat
CCCa++Ca++ ∼∼1010--77
MM
locurilelocurile dede legarelegare aleale actineiactinei cucu miozinamiozina mascatemascate
dede tropomiozintropomiozinăă
ppununţţileile transversaletransversale MMGMMG nunu suntsunt legate delegate de actinactinăă
miozinamiozina -- activitateactivitate ATPATP--azicazicăă scscăăzutzutăă
produproduşşiiii dede scindarescindare suntsunt eliberaeliberaţţii îînn sarcoplasmsarcoplasmăă

14. EtapeleEtapele contraccontracţţieiiei muscularemusculare
1.1. ExcitaExcitaţţiaia fibreifibrei
2.2. CuplajulCuplajul excitaexcitaţţieie –– contraccontracţţieie
3.3. ContracContracţţiaia propriupropriu--ziszisăă aa fibreifibrei

15. ExcitaExcitaţţiaia
îîncepencepe lala nivelulnivelul sinapselorsinapselor neuroneuro--muscularemusculare prinprin eliberareaeliberarea
acetilcolinacetilcolineiei ACAC
mmoleculeleoleculele ACAC sese fixeazfixeazăă pepe moleculelemoleculele receptoarereceptoare aleale
membraneimembranei postsinapticepostsinaptice
deschidereadeschiderea canalelorcanalelor cationicecationice
ccationiiationii intrintrăă îînn fibrfibrăă
produceproducerearea PAPA
PAPA sese deplaseazdeplaseazăă
prinprin sarcolemsarcolemăă îînn lungullungul fibreifibrei
prinprin membranamembrana tubilortubilor transversalitransversali îînn profunzimeprofunzime

17. CuplajulCuplajul excitaexcitaţţieie-- contraccontracţţieie
ddepolarizareaepolarizarea tubulilortubulilor
deschidereadeschiderea canalelorcanalelor de Cade Ca++++
CaCa++++
esteeste eliberateliberat dindin cisternecisterne,,
concentraconcentraţţiaia lluiui îînn sarcoplasmsarcoplasmăă
crecreşştete de la ~ 0,1de la ~ 0,1 µµM la 10M la 10 µµMM
ttroponinaroponina fixeazfixeazăă CaCa++++
şşii
deplaseazdeplaseazăă moleculelemoleculele dede
tropomiozintropomiozinăă

18. ContracContracţţiaia
miozinmiozinaa sese fixeafixeazzăă pepe locullocul dede legarelegare actinicactinic
complexulcomplexul actomiozinicactomiozinic crecreşştete activitateaactivitatea ATPATP--azicazicăă de 250de 250 oriori
produproduşşiiii dede scindarescindare suntsunt eliberaeliberaţţii rapidrapid
eliberareaeliberarea PPii induce oinduce o modificaremodificare conformaconformaţţionalionalăă,, punteapuntea sese îînclinnclinăă
cu 45cu 4500
fafaţţăă de filamentde filament,, deplasândudeplasându--ll axial cu 7,5 nmaxial cu 7,5 nm
sarcomerulsarcomerul esteeste scurtatscurtat
FORFORŢŢĂĂ

19. ataataşşarea uneiarea unei nnoioi moleculmoleculee de ATP (de ATP (dupdupăă 1010--33 s)s) carecare
comandcomandăă desprindereadesprinderea punpunţţiiii dede filamentulfilamentul subsubţţireire
ciclul se reiaciclul se reia

20. Scurtarea sarcomeruluiScurtarea sarcomerului
ÎÎnn lipslipsaa ATPATP ((dupdupăă moartemoarte, de ex.), de ex.)
ciclulciclul sese îîntrerupentrerupe îînn fazafaza îînn
carecare punteapuntea esteeste legatlegatăă dede
filamentulfilamentul subsubţţireire,, fiindfiind
îînclinatnclinatăă la 45la 4500
leglegăăturatura actomiozinicactomiozinicăă
devdevineine permanentpermanentăă
aaparepare rigor mortisrigor mortis
((rigiditatearigiditatea cadavericcadavericăă))
TeoriaTeoria glisglisăăriirii

21. CicluriCicluri biochimicebiochimice

22. RelaxareaRelaxareasese îînchidnchid canalelecanalele dede
CaCa++++ dindin cisternecisterne
sese refacereface concentraconcentraţţiaia
de 10de 1033 oriori mai maremai mare îînn
cisternecisterne decâtdecât îînn
sarcoplasmsarcoplasmăă
troponinatroponina îîsisi reiareia
conformaconformaţţiaia,,
tropomiozinatropomiozina
mascheazmascheazăă locurilelocurile dede
legarelegare cu miozinacu miozina

23. MeMecanismele de refacere a rezervei de ATPcanismele de refacere a rezervei de ATP
GlicolizGlicolizăă anaerobanaerobăă
Fosforilare oxidativFosforilare oxidativăă
ReacReacţţia creatinia creatin--chinazei (Lohmann):chinazei (Lohmann):
ADP + CPADP + CP →→ ATP + CATP + C
ReacReacţţia miochinazei:ia miochinazei:
ADP + ADPADP + ADP →→ ATP + AMPATP + AMP

24. MuMuşşchiul glicerinatchiul glicerinat
⇓
parţial sau total lipsit de sarcolemă, tubi transversali şi
reticul sarcoplasmic
se pot desfăşura cele 2 cicluri prin modificarea
concentraţiei de ioni de Ca++ şi ATP în soluţia în care se
află fibra:
În soluţie lipsită de ATP -rigor mortis
La adăugare de ATP - relaxare
La adăugarea Ca++ se produce contracţia
La îndepărtarea Ca++ (cu chelatori) se produce relaxarea sau
rigor mortis

25. ManifestManifestăările mecanice ale contracrile mecanice ale contracţţieiiei
muscularemusculare
ContracContracţţieie izotonicizotonicăă -- forforţţăă exterioarexterioarăă constantconstantăă
ContracContracţţieie neizotonicneizotonicăă -- forforţţăă exterioarexterioarăă variabilvariabilăă
ContracContracţţieie izometricizometricăă -- lungimealungimea mumuşşchiuluichiului
constantconstantăă,, tensiuneatensiunea crecreşştete
ContracContracţţiaia tetanictetanicăă --
stimulatstimulat cu uncu un impulsimpuls
unicunic,, mumuşşchiulchiul sese
contractcontractăă sub formasub forma
uneiunei secusesecuse uniceunice

26. RelaRelaţţiaia forforţţăă -- lungimelungime
forţa generată depinde de lungimea sarcomerelor
valoarea maximă pentru o lungime iniţială a fibrei (în repaus)
forţa nulă: muşchiul întins peste o lungime a sarcomerelor de 3,6mm
forţa MAXIMĂ: toate punţile sunt implicate în interacţiunea
actomiozinică
RelaRelaţţia dintre foria dintre forţţa de contraca de contracţţieie şşi lungimea mui lungimea muşşchiuluichiului

27. RelaRelaţţiaia forforţţăă -- vitezvitezăă
dede scurtarescurtare (Hill)(Hill)
(F +(F + a)(va)(v + b) = (+ b) = (FFmaxmax ++ a)ba)b
PutereaPuterea dezvoltatdezvoltatăă dede
mumuşşchichi
( )
( )aF
bFFF
vFP
+
−
=⋅= max

28. Lucrul mecanic efectuat de muşchi
dFL
rr
⋅=
Muşchi de formă cilindrică
Lmax = Fmax ⋅ Cmax
Fmax = kS
C max = k1l
L max = kS k1l
L max = k2 V Lucrul mecanic efectuat de muşchi
depinde direct de volumul muşchiului

29. AplicareaAplicarea
principiuluiprincipiului II îînn
cazulcazul contraccontracţţieiiei
muscularemusculare
căldura de repaus Q1
căldura de contracţie: căldura de menţinere a forţei de contracţie Q2
căldura de scurtare Q3 (proporţională cu gradul scurtării)
căldura de relaxare Q4 se produce imediat după încetarea stimulării
căldura de restabilire Q5 se produce în urma reacţiilor chimice de
regenerare a ATP

30. BiofiBiofizzicaica mecanorecepmecanorecepţţieiiei
atingereatingere –– corpusculiicorpusculii MeissnerMeissner
apapăăsaresare –– corpusculiicorpusculii PaciniPacini
tensiunetensiune –– corpusculiicorpusculii GolgiGolgi
îîntinderentindere –– fusurilefusurile neuroneuro--muscularemusculare
ReceptoriReceptori
tactilitactili
MecanoMecano--
receptorireceptori

31. CorpusculiiCorpusculii MeissnerMeissner
Atingerea pieliiAtingerea pielii
Generarea potenGenerarea potenţţialelor de acialelor de acţţiuneiune

32. Corpusculul PaciniCorpusculul Pacini
sesizeazsesizeazăă schimbschimbăările de presiunerile de presiunebrubruşştete

33. Corpusculul GolgiCorpusculul Golgi
Tensiunea mecanicTensiunea mecanicăă din tendoanedin tendoane
prinprin
MMăăsurarea forsurarea forţţei de contracei de contracţţieie

34. FusurileFusurile
neuroneuro--
muscularemusculare
MMăăsoarsoarăă gradul degradul de
scurtare sau descurtare sau de
alungire a mualungire a muşşchiuluichiului

35. Efectele biologice ale presiunilorEfectele biologice ale presiunilor
hidrostatice marihidrostatice mari
diviziunea celulară este blocată
forţa şi viteza contracţiei musculare scad
excitabilitatea nervoasă creşte, până la autoexcitabilitate
Efectele biologice ale gravitaEfectele biologice ale gravitaţţieiiei
imponderabilitate
Efectele biologice ale acceleraEfectele biologice ale acceleraţţiiloriilor
apare riscul redistribuirii sângelui în patul vascular, ducând la
pierderea temporară a vederii în hipotensiunea cerebrală
acumularea sângelui în extremitatea cefalică

36. ForForţţa gravitaa gravitaţţionalionalăă
Legea graviaLegea graviaţţiei a lui Newtoniei a lui Newton:: orice particulorice particulăă dede
materie din Univers atrage orice altmaterie din Univers atrage orice altăă particulparticulăă cu ocu o
forforţţăă care este direct proporcare este direct proporţţionalionalăă cu produsulcu produsul
maselor particulelormaselor particulelor şşi invers propori invers proporţţionalionalăă cucu
ppăătratul distantratul distanţţei dintre eleei dintre ele..
2
'
r
mm
KFg =

37. ConsiderândConsiderând PPăământulmântul o sfero sferăă omogenomogenăă dede
razrazăă RR şşi masi masăă mmPP, greutatea, greutatea GG a unui corp dea unui corp de
masmasăă mm aflat la suprafaaflat la suprafaţţa Pa Păământului estemântului este
2
R
Kmm
FG P
g ==
2
R
Km
g P
=

38. CentrulCentrul dede greutategreutate (CG)(CG) alal corpuluicorpului umanuman
formformăă neregulatneregulatăă şşi oi o
structurstructurăă neomogenneomogenăă
şşii nerigidnerigidăă
CGCG al corpului uman seal corpului uman se
modificmodificăă îînn
permanenpermanenţţăă
CGCG alal corpuluicorpului umanuman sese
aflaflăă lala intersecintersecţţiaia aa
treitrei planeplane reciprocreciproc
perpendiculareperpendiculare

39. StaticaStatica
Studiul echilibruluiStudiul echilibrului
0
1
=∑=
n
i
iF
r
0
1
=∑=
n
i
iM
r
Suma forţelor să fie nulă Suma momentelor să fie nulă

40. Momentul forMomentul forţţeiei

41. PoziPoziţţii anormale ale corpului umanii anormale ale corpului uman
poziţa momentană datorată purtării unei greutăţi;
atitudini patologice datorate flexiei sau extensiei anormale a
diferitelor segmente;
poziţii vicioase:
scolioza
(deformare a coloanei
vertebrale)

42. cifoza - exagerare a curburii
dorsale, pentru a cărei
compensare se produce o
aplificare a curburii lombare
cu convexitatea anterioară -
lordoza;
piciorul plat - datorat
discordanţei dintre
apăsarea puternică şi
continuă a corpului celui
care stă mult timp în
picioare şi este
supraîncărcat cu greutăţi şi
rezistenţa oaselor şi a
ligamentelor

43. Echilibrul corpuluiEchilibrul corpului îînn şşedereedere

44. Echilibrul corpuluiEchilibrul corpului îîn pozin poziţţie culcatie culcatăă
echilibrul cel mai stabil
CG are poziţia cea mai joasă;
poligonul convex de sprijin are aria cea mai mare
echilibru instabil - subiectul este culcat pe o parte
acest lucru poate fi îndepărtat prin îndoirea membrelor aflate în
contact cu planul de sprijin
efortul muscular minim, toţi muşchii fiind relaxaţi

45. de echilibru
de forţă
de deplasare
Pârghiile

46. Pârghiile în medicină
Pîrghii de gradul I în organism
trunchiul pe picioare
capul pe atlas
antebraţul în extensie

47. Pârghiile de gradul al II-lea
incisivii şi caninii
piciorul are ca rezistenţă
greutatea corpului
transmisă prin tibie şi
aplicată la nivelul
articulaţiei tibio-tarsiene
instrumente medicale
(bisturiu, daltă, lanţetă)

48. Pârghii de gradul al III-lea
Sunt elemente de deplasare
antebraţul în flexie funcţionează ca o pârghie de gradul al
III-lea când muşchii flexori se contractă pentru a-l ridica

49. Pârghii umane multiplePârghii umane multiple
grupe de pârghii acţionate de un singur muşchi
ex: falangele care au extensorii şi flexorii comuni
suma rotaţiilor diverselor pârghii osoase mişcate de
un singur muşchi = cu rotaţia pe care ar determina-o
acest muşchi, acţionând asupra unei singure pârghii
umane, muşchiul contractându-se cu aceeaşi
lungime

50. Pârghii asociatePârghii asociate