7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

1/73

Curs 11:Noiuni fundamentale de mecanic, noiunide biomecanic, biofizica locomoiei umane.

Elemente de biofizic a contracieimusculare.

Disciplina de Biofizic

UMFCarol Davila,Bucuresti

Dr. Magda Mocanu

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

2/73

2

Cuprins

1. Noiuni fundamentale de mecanic

2. Noiuni de biomecanic

3. Biofizica locomoiei umane

4. Elemente de biofizic a contracieimusculare

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

3/73

3

Bibliografie curs

www.biofizica-umfcd.ro

CursuriFMSeriile 1-4,9

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

4/73

4

1. Noiuni fundamentale de mecanic

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

5/73

5

Mrimi fundamentale

= mrimi fizice ce nu pot fi definite nraport cu alte mrimi

3 mrimi fundamentalenmecanic:

1. Spaiul caracterizeazpoziia corpurilori ntinderea

lor2. Timpul caracterizeaz

durata i succesiuneafenomenelor/ proceselor

3. Masa reflect proprietile deinerie i gravitaie ale materiei

mx SI

st SI

kgm SI

1960, SI al UM

2009, Vuille/Serway, College Physics

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

6/73

6

Mrimi fizice scalare i vectoriale

Mrimi fizice scalare

Lungime, arie, volum,mas, presiune,

temperatur, energie,lucru mecanic

Mrimi fizice vectoriale

Deplasare, vitez

,acceleraie, greutate,

fora

http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/vectors.html

volum

O mrime fizic scalar este caracterizat de valoare.

O mrime fizic vectorial este caracterizat de valoare i direcie.

viteza

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

7/73

7

Definiii

Mecanica = tiina care studiazmicarea sau echilibrulcorpurilor sub aciunea forelorexercitate asupra lor

Clasificarea mecanicii: Cinematica (lb. gr. kinema micare; descrierea

micrilor)

Dinamica (lb. gr. dynamis for; cauzele micrilor)

Statica (lb. gr. statikos care stn echilibru; echilibrulcorpurilor)

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

8/73

8

Elemente de cinematic

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

9/73

9

Deplasarea

= modificarea poziiei unuiobiect (x)

if xxx

xi= poziia iniialxf= poziia final

mx SI

2009, Vuille/Serway, College Physics

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

10/73

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

11/73

11

Viteza

= ct de repede i n cedirecie se deplaseazun obiect

= raportul dintre deplasarei intervalul de timp

smv SI /

t

x

tt

xxv

12

12

= viteza medie

= deplasare

= interval de timp

v

x

t

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

12/73

12

Acceleraia

= variaia vitezei n raport cutimpul

este o mrime vectorial

Ex: acceleraia

gravitaional aPmntului

g = 9,8 m/s2

t

va

2/ sma SI

= acceleraia

= variaia vitezei

= interval de timp

av

t

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

13/73

13

Elemente de dinamic

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

14/73

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

15/73

15

Principiile mecanicii Newtoniene

1. Principiul ineriei

2. Principiul fundamentalal dinamicii

3. Principiul aciunii

i al

reaciunii

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

16/73

16

1. Principiul ineriei

Ineria = este rezistena obiectelor de a-i schimbastarea de micare

Masa = cantitatea de materie a unui corp care defineterezistena acestuia la micare

= un obiect se deplaseaz cu o vitez constant

ca valoare i direcie, dac asupra acestuia

nu se acioneaz cu o for din exterior

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

17/73

17

2. Principiul fundamental al dinamicii

= acceleraia unui obiect este direct proporionalcu fora ce acioneaz asupra obiectuluii invers

proporional cu masa acestuia

m

Fa

amF

Ns

mkgF SI 1

1

2

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

18/73

18

Fora gravitaional

= fora de atracie dintre dou obiectedin Univers

L. gravitaiei Newton= orice particul din Universatrage orice alt particul,

cu o for care este directproporional cu produsul

maselorparticulelori inversproporional cu ptratuldistanelordintre ele

2

21

r

mmKFg

gmG

Fg= fora gravitaional

K = constant universal (gravitaional)(6,67 x 10-11 N m2/kg2)

G = greutatea

g = acceleraia gravitaional

= 9,8 m/s2

2

21

r

mmKFG g

2

2

r

Kmg

Un corp este lsat s cad liber:

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

19/73

19

3. Principiul aciunii i reaciunii

= dac un corp acioneaz asupra altui corp cu o for(aciune), cel de-al doilea corp acioneaz asupraprimului cu o for egal n moduli de sens opus

(reaciune)

2009, Vuille/Serway, College Physics

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

20/73

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

21/73

21

Lucrul mecanic

xFL

= produsul scalar dintre fora care produce o anumit deplasare ivaloarea acelei deplasri

Obs:

Vectorii fori deplasare sunt ndreptai n aceeai direcie

)(JouleJmNL SI

2009, Vuille/Serway, College Physics

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

22/73

22

Energia

= capacitatea unui corp de a efectua lucru mecanic

Energia cinetic

Energia potenial gravitaional

Energia mecanic total se conserv:

E = Ec + Ep = constant

2

2mv

Ec

mghEp

h = nlimea la care se afl obiectul

h

hi

hf

)(JouleJE SI 2009, Vuille/Serway, College Physics

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

23/73

23

Puterea mecanic

t

LP

)(WattWs

JP SI

2009, Vuille/Serway, College Physics

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

24/73

24

Elemente de static

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

25/73

25

Centrul de greutate (CG)

= punctul de aplicaie algreutii

1. Corpuri omogene, cu formgeometric regulat: CGcoincide cu centrul geometrical corpului

2. Corpuri neomogene, cu formeneregulate (ex: corpul uman):CG se afl la intersecia a 3plane reciproc perpendiculare(orizontal, frontal, medial/

antero-posterior)

http://www.answers.com/topic/center-of-gravity

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

26/73

26

Condiii de echilibru

Instabil baza de sprijin mic CG ct mai sus

Indiferent CG la aceeai nlime

Stabil baza de sprijin are arie mare CG ct mai jos

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

27/73

27

Prghiile

Prghie de echilibru

Prghie de for

Prghie de deplasare

F punct de aplicaie al fortei

R punct de aplicaie al rezistenteiS punct de sprijin

(rezultanta fortelor aplicate)

2010, D. Ionescu, J. Vinersan, Biofizic Medical

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

28/73

28

Prghii speciale scripeii

Scripetele= disc cilindric cu o scobitur sub

form de an care permitecircularea unui cablu

Caracteristici: Se pote roti n jurul unei axe de

simetrie Funcioneaz ca o prghie de

gradul I (scripete simplu)

Aplicaii: Ortopedie ex: reducerea

fracturilor diafizei femurale,scripeii asigur extensia continua piciorului pn la formareacalusului

2010, D. Ionescu, J. Vinersan, Biofizic Medical

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

29/73

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

30/73

30

Elemente de cinematic uman

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

31/73

31

Legile pailor

tienne-Jules Marey

(1830 1903) fiziolog francez

a studiat micrile membrelor,trunchiului, corpului uman

1. Lungimea medie a pasului normal:120 cm, 100 cm

2. Pasul drept mai mare dect cel stng

3. Deprtarea lateral a picioarelor ntimpul mersului: 12-13 cm, 11-12cm

4. Lungimea pasului crete cu frecvenapn la 75 pai/min; la o frecven maimare lungimea pasului scade

5. Viteza mersului crete cu frecvenapailor pn la 85 pai/min; la o

frecven mai mare, viteza descrete

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

32/73

32

Forme ale locomoiei umane

Mersul= succesiune de perioade desprijin unilateral desprite deperioade de sprijin dublu

Alergarea= succesiune de perioade desprijin unilateral desprite de

perioade de suspensie; niciun moment picioarele nu segsesc simultan pe sol

Sritura= are dou faze: ambelepicioare sunt pe sol sau naer

https://reader009.{domain}/reader009/html5/0406/5ac76ae47c68a/5ac76af1de723.jpg.html

http://www.freeclipartnow.com/science/human-locomotion-running.jpg.html

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

33/73

33

Elemente de static uman

Postura corpului umanCentrul de greutate al corpului uman

Poligonul de susinere al corpului uman

Echilibrul corpului umanPrghiile din organismul uman

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

34/73

34

Postura corpului uman

Postur = meninerea nechilibru a corpului ntr-o

anumit poziie(ex: ortostatic)

2007, D. Knudson, Fundamentals of Biomechanics

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

35/73

35

Centrul de greutate al corpului uman

Poziia CG la intersecia planului vertical cu cel orizontal i cel sagital Se modific n permanen (i n timpul micrilor respiratorii)

2008, D. Ionescu, J. Vinersan, Biofizic Medical

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

36/73

36

Baza (poligonul) de susinere

= un trapez ce rezult prin unirea punctelor de sprijin pe sol

= suprafaa poligonal obinut prin unirea punctelor extreme decontact ale corpului cu suprafaa pe care se sprijin

2007, D. Knudson, Fundamentals of Biomechanics

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

37/73

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

38/73

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

39/73

39

Echilibrul corpului n poziie vertical(2)

Exagerarea

curburiilombare

Exagerarea

curburiidorsale

Coloana normal Cifoza Coloana normal Lordoza

2008, D. Ionescu, J. Vinersan, Biofizic Medical

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

40/73

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

41/73

41

Echilibrul corpuluin poziie culcat

cel mai stabil CG poziia cea mai joas

aria de susinere cea mai

mare

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

42/73

42

Prghii osoase (1)

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

43/73

43

Prghii osoase (2)

For DeplasareEchilibru

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

44/73

44

Prghii n practica medical

Prghii gr II Prghii gr IIIPrghii gr I

FoarfecePensa hemostatic

BisturiuDepresor de limb

Pense anatomicePense chirurgicale

2008, D. Ionescu, J. Vinersan, Biofizic Medical

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

45/73

45

3. Biofizica locomoiei umane

Si t l

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

46/73

46

Sistemul osos

2012, Principles of human anatomy, Tortora & Nielsen

A ti l iil ti l i i i l

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

47/73

47

Articulaiile articulaia sinovial

2012, Principles of human anatomy, Tortora & Nielsen

Si t l l

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

48/73

48

Sistemul muscular

2012, Principles of human anatomy, Tortora & Nielsen

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

49/73

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

50/73

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

51/73

51

4. Elemente de biofizic a contracieimusculare

Structura muchiului striat

Contracia muscular

Manifestri mecanice i termice ale contraciemusculare

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

52/73

52

Structura muchiului striat

Muchiul striat

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

53/73

53

2008, Gyton and Hall, Medical Physiology

Fibra muscular:1. sarcolem

2. sarcoplasm:miofibrile, RS, mt3. polinucleat

lb. gr. sarx, -kos

= carne, muchi

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

54/73

Sarcomerul:it t f f i l i fib il i

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

55/73

55

unitatea morfofuncional a miofibrilei

2012, Principles of human anatomy, Tortora & Nielsen

Sarcomerul

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

56/73

56

Sarcomerul

2,2 m

Aparatul contractil:Filamente subiri = 50

Filamente groase = 100

2012, Principles of human anatomy, Tortora & Nielsen

Filamentele subiri

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

57/73

57

Filamentele subiri

Actina globular (G-actina), 42 kDa 2 lanuritorsionate, 150-200 molecule = F-actina (actinafibrilar)

Tropomiozina, 70 kDa Troponina, 50 kDa (3 proteine)

2012, Principles of human anatomy, Tortora & Nielsen

Filamentele groase

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

58/73

58

Filamentele groase

Miozin, 500 kDa, 300-400 molecule Alctuire:

Meromiozin uoar (reg. fibrilar)

Meromiozin grea (reg. globular)

2012, Principles of human anatomy, Tortora & Nielsen

Reele de canalicule

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

59/73

59

Reele de canalicule

1. Canalicule longitudinale(cisternele reticululuisarcoplasmatic)

Str bat ntreaga

sarcoplasm Sunt n contact cumiofibrilele

Se dilat la nivelul liniei Z= cisterne terminale

Rezervoare pt ionii decalciu

2. Canalicule transversale(canalicule T)

Se deschid la suprafaacelulelor printr-un por n vecintatea liniei Z

2008, Gyton and Hall, Medical Physiology

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

60/73

60

Contracia muscular

Etapele contraciei musculare

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

61/73

61

tape e co t ac e uscu a e

1. Excitaia fibrei musculare

2. Cuplajul excitaie contracie

3. Contracia propriu-zis a fibrei musculare--

Relaxarea fibrei musculare

1. Excitaia fibrei musculare

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

62/73

62

2012, Principles of human anatomy, Tortora & Nielsen

2. Cuplajul excitaie contracie

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

63/73

63

p j

[Ca2+] = 10 mM[Ca2+] = 0,1 mM

2012, Principles of human anatomy, Tortora & Nielsen

3. Contracia (1)

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

64/73

64

( )

2012, Principles of human anatomy, Tortora & Nielsen

3. Contracia (2)

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

65/73

65

( )

Contracia implic:

Eliberarea de energie chimic necesarcontraciei

Fenomenele mecanice ce conduc la

scurtarea fibrei musculare

3. Contracia (3)

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

66/73

66

In lipsa ATP (dup moarte) = legtura actomiozinic devine permanent= rigor mortis

2012, Principles of human anatomy, Tortora & Nielsen

Relaxarea fibrei musculare

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

67/73

67

Se nchid canalele de Ca2+ din cisternele RS

Se reface concentraia de Ca2+ din cisternele RS

Troponina i reia conformaia

Tropomiozina mascheaz locurile de legare pentru miozin

Att contracia ct i meninerea strii de repaus necesit energie.

Mecanismele de refacere a rezervei de ATP: Glicoliz anaerob

Fosforilare oxidativ

Reacia creatinkinazei

Reacia miokinazei

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

68/73

68

Manifestri mecanice ale contracieimusculare

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

69/73

Tipuri de contracii (2)

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

70/73

70

3. Contracie tetanicStimularea muchiului cu un

impuls unic, contraciemuscular = secus

Stimularea repetitiv, cu oanumit frecven, pestevaloarea prag = contraciileindividuale fuzioneaz ntr-ocontracie unic = contracietetanic

4. Alungirea muchiului= dac fora exterioar e maimare dect fora pe care opoate dezvolta muchiul,acesta se alungete(cu toate c se contract activ)

2008, Gyton and Hall, Medical Physiology

Relaia for lungime

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

71/73

71

2008, Gyton and Hall, Medical Physiology

Fibr muscular individual

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

72/73

72

Manifestri termice ale contraciei

Cldura degajat de muchi

7/28/2019 2012-2013_curs11_loc_web[1]

73/73

73

Q1 cldura de repaus

Q2 cldura de contracieQ3 cldura de scurtare a muchiuluiQ4 cldura de relaxare (dup ncetarea stimulrii muchiului)Q5 cldura de restabilire (n urma reaciilor chimice de regenerare a

ATP)

Curs Biofizic, Prof. univ. dr. Constana Ganea