Aula 1 - introducao a cinesiologia

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Introdução à cinesiologia

Prof. Dr. Felipe P Carpes

Website de apoio

http://sites.google.com/site/cinesiounipampa

Objetivos da aula

Apresentar conceitos básicos referentes ao sistema musculoesquelético e suas características biomecânicas;

Descrever mecanismos de interação entre os tecidos ósseo, muscular e nervoso com base na neuromecânica;

Introduzir temas futuros na disciplina de cinesiologia

• Estrutura óssea e suas funções; características biomecânicas dos ossos; características biomecânicas de articulações móveis;

• Estrutura do músculo esquelético e suas funções; contração muscular; ações musculares; fatores determinantes da força muscular;

• Produção e controle de movimentos; unidade motora; motoneurônios e neurônios sensoriais; geração e controle de ações musculares voluntárias.

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Tecido ósseo

Matriz orgânica (cálcio, fosfato, colágeno): 60 a 70%

Água: 25 a 30%

Funções

–Suporte mecânico

–Locomoção

–Proteção para órgãos internos

–Ponto para fixação muscular

–Medula óssea – vértebras, fêmur e crista ilíaca

Você sabia? Os ossos constituem cerca de

16% da massa corporal total

Anatomia óssea

Diferentes Diferentes Diferentes Diferentes formasformasformasformas Diferentes Diferentes Diferentes Diferentes tamanhostamanhostamanhostamanhos

Forma Forma Forma

Forma eeee tamanhotamanhotamanhotamanho sãosãosão determinadassãodeterminadas pelasdeterminadasdeterminadaspelaspelaspelas cargascargascargas mecânicascargasmecânicasmecânicasmecânicas

Ossos Ossos Ossos

Ossos longoslongoslongoslongos eeee “ocos”“ocos”“ocos”“ocos” Ossos

Ossos Ossos

Ossos curtoscurtoscurtoscurtos eeee “sólidos”“sólidos”“sólidos”“sólidos”

Ossos Ossos Ossos

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Basicamente, as características de sobrecarga

e uso definem o formato dos ossos

Cortical ou compacto

-córtex do osso - estrutura densa - similar ao marfim

Trabecular ou esponjoso

-interno ao cortical - estrutura de malha frouxa - espaços intersticiais preenchidos com medula óssea

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Perfuração / Canais de Volkmann

Central / Canais Haversianos

Características biomecânicas do tecido ósseo

Força

Força e

e

e dureza

dureza

(cortical mais(cortical(cortical(corticalmaismais resistente)maisresistente)resistente)resistente)

Anisotropia

(diferentes(diferentes(diferentes respostas(diferentesrespostasrespostasrespostas aaaa cargascargas emcargascargasememem diferentesdiferentesdiferentes direções)diferentesdireções)direções)direções)

Viscoelasticidade

(diferentes(diferentes respostas(diferentes(diferentesrespostasrespostasrespostas dededede acordoacordo comacordoacordocomcom acomaaa velocidade)velocidade)velocidade)velocidade)

Resposta

Resposta elástica

elástica

(absorção(absorção do(absorção(absorçãodo impactododoimpactoimpacto –impacto––– deformação)deformação)deformação)deformação)

Resposta

Resposta plástica

plástica

(mudança(mudança(mudança(mudança nananana formaforma –formaforma––– micromicromicromicro----rupturas)rupturas)rupturas)rupturas)

Piezoeletricidade

(campo(campo(campo elétrico(campo elétricoelétricoelétrico atraiatraiatraiatrai ouou repeleouou repelerepelerepele moléculasmoléculasmoléculas domoléculasdododo plasma,

plasma,plasma,

plasma, oooo quequequeque participaparticipaparticipaparticipa nononono fortalecimentofortalecimentofortalecimentofortalecimento da

da da da estrutura)estrutura)estrutura)estrutura)

COMPORTAMENTO MECÂNICO

– Lei de Hooke –” Tensão é

proporcional à deformação”

– Não-Hookeano – não

responde de forma linear à

aplicação de carga.

c

a

rg

a

deformação

inclin = módulo de

elasticidade

Displacement (strain) F or ce (s tr es s) Elastic material Displacement (strain) Non elastic material F or ce (s tr es s) Robert Hooke (1635-1703)

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RESPOSTA ELÁSTICA

Quando submetido a uma carga, o osso deforma-se na busca de absorção de impacto e energia

Essa deformação atinge cerca de 3% do comprimento

Deformação Ca rga

Região elástica

Deformação

RESPOSTA PLÁSTICA

Após o ponto de deformação, ocorrem micro-rupturas no tecido e o osso experimenta uma fase plástica Com isso, ao remover-se a carga, o osso não retorna mais a sua forma original

Deformação E st re ss e (c a rga ) Fratura / falha

Região plástica

C o m p re ss ão Te n sã o C is al h a E st re ss e (M p a) 200 150 100 50 Te n sã o C o m p re ss ão

Força e dureza do tecido ósseo

Cortical Trabecular

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Sobrecargas mecânicas

Efeito Poisson

Simeón Poisson foi estudante de Doutorado de Joseph Lagrange

Você sabia?

Sem carga

Comprimento Diâmetro

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Modelação e remodelação óssea

Remodelagem e depósito ósseo

Cargas mecânicas Intermitentes

Reabsorção > depósito: osteoporose Miosite ossificante ~ calcificação precoce

Ação de:

Osteócitos - mineralização Osteoclastos – digerem matriz Osteoblastos - reconstroem

movimento

Quais as características da terminação óssea?

20/58

Cartilagem articular (CA)

5% células

95% matriz

65 – 80% água

Espessura de 1 a 7 mm

↑ quadril e joelho ↓ tornozelo e cotovelo

Anisotrópica

Você sabia?

Que a CA da patela tem ~ 5mm de

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Líquido Sinovial

Produzido pela membrana sinovial Nutrição da cartilagem Proteção

Discos fibrocartilaginosos Otimiza a função da cartilagem Estabiliza a articulação

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Conexão entre ossos – formando

segmentos: articulações

Imóveis (sinartroses)

Semi-móveis (anfiartroses)

Móveis (diartroses)

Bola e soquete, pivô, sela, dobradiça, elipsóide, plana

TENDÃO E LIGAMENTO

• Estruturas passivas

• Ligamento: aumenta estabilidade, guia o

movimento, limita a amplitude de movimento

• Tendão: transmite cargas do músculo ao osso,

permite o movimento

Ligamento (L) x Tendão (T)

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Involuntário órgãos internos núcleo central Involuntário estriado núcleo central Voluntário estriado multinucleado

Tipos de tecido muscular

Músculo esquelético Músculo cardíaco Músculo liso

Músculo Fascículos Fibras musculares Miofibrila Sarcômero Fibras musculares

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COMPONENTES DO MÚSCULO

COMPONENTES ELÁSTICOS

São aqueles que retornam a sua forma original após o relaxamento. Exemplo:

Miofilamentos e o tecido conjuntivo.

COMPONENTES PLÁSTICOS

São aqueles que não retornam à forma original cessada a contração, se não houver influência externa. Exemplo:

Mitocôndrias Retículo Sarcoplasmático Sistema Tubular

Funções primárias relacionadas ao movimento

Locomoção

Músculos e ossos: forças e alavancas

Posicionamento do corpo

Movimentos rápidos, lentos, acelerações,

desacelerações

Postura

Mantém posturas (boas e más),

estabilidade articular

Organização

espacial dos

músculos

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unipenado

multipenado

bipenado

fusiforme

Arquitetura muscular

Tipos de fibra

Lentas - I

Rápidas – IIa, IIb

Recrutamento de acordo com a força

requerida

(tipo I)

P e rc e n tu a l d e f ib ra s m u s c u la re s r e c ru ta d a s Força muscular

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Agonistas ou motores primários

músculos responsáveis diretamente pelo movimento.

Perfazem a maior parte do esforço.

Antagonistas

músculos que se opõem ao movimento. Desempenham

importante papel, pois desaceleram o movimento.

Sinergistas

atuam auxiliando o movimento, são responsáveis pela

coordenação motora fina na atividade minimizando

movimentos indesejados.

Classificação quanto à tarefa

Ações musculares

Concêntrica: músculo gera tensão enquanto seu comprimento diminui. Torque int > torque ext

Isométrica: músculo gera tensão mas não ocorre movimento

Excêntrica: músculo gera tensão enquanto seu comprimento aumenta. Torque int < torque ext

2,17 µ 2 2,00 µ

3

1,70 µ

4

3,60 µ 1 1,27 µ

5

Comprimento (µm) 1 2 3 4 0 1,27 2,00 3,60 5 2,17 1,70

Força x Comprimento

100 Gordon et al., 1966 Fibra de sapo

(14)

Adaptação funcional do músculo-esquelético

Herzog et al, MSSE, 1991

40/58 comprimento m o m e n to Vaz et al., 2003

Jogadores de vôlei e bailarinas clássicas apresentam adaptações específicas para músculos flexores e extensores plantares

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Relação Força x Velocidade – Hill (1938)

Músculos longos – efeito em série predomina aumentando a VELOCIDADE

Músculos curtos– Efeito em paralelo, maior ASTF e predomina a FORÇA

Baseado em Herzog et al (2007)

Sistema musculoesquelético

“Biomecanicamente...” Ossos (O) – suporte e alavancas Músculos (M) – produção de força

Articulações (A) – permitem a movimentação dos segmentos Interação entre O, M e A gera movimento ou manutenção de posturas

Diversos aspectos influenciam esta relação atividade física efeitos positivos uso reduzido efeitos negativos treinamento adaptação funcional

Qual o mecanismo de controle dessa(s) interação(ões)?

Sistema Nervoso Central (SNC)

(16)

Neurônios motores: função de transmitir o sinal desde o SNC ao órgão efetor, para que este realize a ação que foi ordenada pelo comando central. Neurônios sensores: são os neurônios que reagem a estímulos exteriores e que disparam a reação a esses estímulos, se necessário.

Interneurônios: mais numeroso. Conecta os neurônios motores e sensoriais.

Sistema Nervoso Central (SNC)

Unidade fundamental – neurônio

Neurônio + fibras musculares inervadas = unidade motora (UM)

Proporção entre nervos e fibras – determina precisão

menores – movimentos finos

maiores – movimentos grosseiros

UM de contração lentas

UM de contração rápida (IIa, IIB)

Princípio do tamanho (Elwood Henneman)

Motoneurônios de menor diâmetro inervam fibras lentas (oxid)

Motoneurônios intermediárias inervam fibras IIa (oxid/glicolit)

Motoneurônios de grande diâmetro inervam fibras IIb (glicol)

Motoneurônios de menor diâmetro são mais facilmente excitados

Logo:

Fibras lentas são estimuladas com limiares de excitação mais baixos Fibras rápidas são estimuladas com limiares de excitação mais altos

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Recrutamento de acordo com a força

requerida

(I)

P e rc e n tu a l d e f ib ra s m u s c u la re s r e c ru ta d a s Força muscular

Leve Moderada Máxima

Unidade Motora

Ação

Regulação

M a s . . .

medula espinhal nervo espinhal nervo espinhal (axônio) Corpo celular do neurônio fibra muscular Representação de uma UM (modificado de Basmajian, 1955)

50/58

Ação

Regulação

Como saber

‘quando’ e

‘como’

recrutar?

(18)

VIAS = AFERENTES (“que aferem”) E EFERENTES (“que executam”)

Das teorias de controle e

aprendizagem motora

temos que o processamento

de informação baseia-se

em experiências prévias,

mas também depende da

interação dinâmica com o

ambiente

(19)

O que detectam os ÓRGAO TENDINOSOS DE GOLGI?

Variação da tensão mecânica sobre os tendões. Estão em série

com às Fibras Extrafusais

O que detectam os ÓRGAO TENDINOSOS DE GOLGI?

Variação da tensão mecânica sobre os tendões. Estão em série

com às Fibras Extrafusais

O que detectam os FUSOS MUSCULARES?

Variação de comprimento das fibras musculares. Estão paralelos às Fibras

Extrafusais

O que detectam os FUSOS MUSCULARES?

Variação de comprimento das fibras musculares. Estão paralelos às Fibras

Extrafusais

Receptores proprioceptivos musculares

Motoneurônios αααα_{recebem uma cópia da informação proprioceptiva e realizam} ajustes automáticos reflexos necessários. As unidades ordenadoras (os motonêuronios) recebem informações a cerca da tensão e da variação do comprimento das fibras musculares.

Referências básicas

• Hamill J, Knutzen KM. Bases biomecânicas do movimento humano. Manole: São Paulo, 1999.

• Enoka RM. Bases neuromecânicas da cinesiologia. 2.ed. Manole: São Paulo, 2000.

• Hall S. Basic biomechanics. 5.ed. McGrow Hill: Boston, 2007. • Winter D.A. Biomechanics and motor control of human movement. 2.ed.