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Introdução

Os seres humanos são capazes de produzir uma variedade de posturas e movimentos e têm a capacidade de se mover de um lugar para outro, i.e. a função locomotiva. O facilitador destas funções é o nosso sistema músculo-esquelético que suporta as cargas e movimentos dos segmentos do corpo. Esta função está embutida nos princípios da biomecânica humana. A biomecânica tem a sua principal aplicação nas áreas de melhoria do desempenho do movimento, redução do comprometimento do movimento ou intervenção em lesões ou condições relacionadas com o movimento. Na prática da fisioterapia, conceitos de Biomecânica como princípios de amplitude de movimento, insuficiência ativa e passiva, regra côncavo-convexa, lei das forças, movimento e máquinas são aplicados em exercícios terapêuticos, Além disso, o treinamento ergonômico e o design de dispositivos ortopédicos modernos, como auxiliares de marcha avançados, são baseados na aplicação do conceito de biomecânica. Portanto, a biomecânica é considerada como um dos conhecimentos básicos na prática da fisioterapia para proporcionar cuidados ideais para várias lesões ou condições relacionadas com o movimento. Assim, vou começar por nos apresentar alguns destes conceitos de biomecânica.

Como Resolvemos Problemas em Biomecânica?

Sabendo que o princípio biomecânico tem o seu papel principal na prática da fisioterapia é importante para nós saber como resolvemos problemas em biomecânica. Existem duas formas de abordar os problemas biomecânicos, que são a análise quantitativa e qualitativa. Na análise quantitativa, precisamos armazenar as variáveis biomecânicas do problema desejado para resolver e fazer uma análise numérica das variáveis geradas. Knudson e Morrison descrevem a análise qualitativa da biomecânica como utilizando a observação sistemática e a avaliação introspectiva da qualidade dos movimentos humanos com o objetivo de proporcionar a intervenção mais apropriada para melhorar o desempenho”

Basic Biomechanics Terminology

Mechanics é um ramo da ciência que lida com as forças e os efeitos produzidos por essas forças. A aplicação desta ciência ao sistema biológico é referida como biomecânica. A biomecânica humana centra-se na forma como as forças actuam sobre o sistema músculo-esquelético e como o tecido corporal responde a essas forças. Usando as forças envolvidas na produção do movimento e postura, a biomecânica pode ser discutida no contexto da biomecânica externa ou interna.

• A biomecânica externa descreve as forças externas no segmento do corpo e seu efeito no movimento corporal,
• A biomecânica interna são forças geradas pelos tecidos do corpo e seu efeito no movimento. “Isto inclui as forças musculares e as forças nos ossos e articulações que resultam da transmissão das forças musculares através do esqueleto”.

Forças Externas (Biomecânica Externa)

Mecânica Domínio

Existem dois domínios da mecânica (biomecânica) nomeadamente estático e dinâmico.

• Estática é um ramo da mecânica que analisa os corpos em repouso ou movimento uniforme
• Dinâmica trata do estudo das condições em que um objecto se move. O conceito de dinâmica pode ser discutido mais detalhadamente em cinemática e cinética.
  • O conceito de cinemática trata do movimento do corpo e da força que o faz mover-se.
  • A cinemática descreve o movimento do corpo sem considerar as forças que o produzem. Na cinemática, há cinco variáveis de interesse: tipo de movimento ou deslocamento, a localização, a direção, a magnitude e a taxa do movimento ou deslocamento.

Variáveis cinemáticas

Tipo de movimento

O movimento humano é descrito como movimento geral, ou seja, uma combinação complexa de componentes lineares e angulares do movimento. E na maioria das vezes, o movimento humano é analisado como movimento linear ou angular, uma vez que estes dois tipos de movimento são basicamente considerados movimento “puro”.

• O movimento linear também é conhecido como movimento translatório ou translacional. No movimento linear, todas as partes do corpo estão se movendo na mesma direção e na mesma velocidade e se este movimento ocorre ao longo de uma linha reta, é chamado de linear. O movimento retilíneo é quando o movimento linear ocorre em linha reta, o movimento curvilíneo é quando o movimento ocorre ao longo de um caminho curvo.
• O movimento angular é descrito como uma rotação que ocorre ao redor de uma linha imaginária central conhecida como eixo de rotação.

Movimento linear puro em humanos, como na caminhada, corrida e natação raramente ocorre à medida que a orientação dos segmentos do corpo uns para os outros muda continuamente. Em actividades como patinar e saltar de esqui pode haver breves momentos de puro movimento linear.

Em humanos, os movimentos de corpo inteiro são descritos como movimento geral, como explicado nos exemplos seguintes. Quando uma pessoa anda, os movimentos da cabeça e do tronco são bastante lineares, mas os movimentos das pernas e dos braços são lineares e angulares simultaneamente à medida que o corpo da pessoa se desloca para a frente. O mesmo é verdade no ciclismo, a cabeça, o tronco e os braços movem-se de forma bastante linear, mas as pernas movimentam-se simultaneamente num movimento linear e angular. O movimento de um corpo multi-segmentado, como o corpo humano, que envolve o movimento simultâneo linear e angular dos segmentos, é geralmente referido como movimento geral.

Magnitude de movimento

Para o movimento angular, sua magnitude pode ser medida em radianos ou graus com o uso de um goniômetro. Enquanto o movimento linear de um segmento é medido pela distância linear que o objeto coberto e isto pode ser avaliado com ferramentas de avaliação de caminhada como o teste de caminhada de 6 minutos.

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Taxa de movimento

Velocidade ou velocidade é usada para medir a taxa de movimento e mudança na velocidade é aceleração.

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Localização do movimento articular no espaço

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Um sistema de referência comum para o movimento articular de localização é o dos planos e eixos anatômicos. Um plano de movimento pode ser descrito como uma dimensão particular do movimento que percorre uma superfície plana imaginária do corpo e um eixo é uma linha imaginária sobre a qual o segmento do corpo está girando. Existem três planos de movimento no corpo, nomeadamente os planos sagital, frontal e transversal.

• Um plano sagital tem os seus eixos como mediolateral e mediolateral e é também conhecido como eixos transversais
• Os planos frontal (coronal) e transversal têm os seus eixos como anteroposterior e longitudinal respectivamente.

Direcção do movimento

A direcção do movimento pode ser descrita em termos de como o movimento ocorre ao longo do plano e do eixo. Quando um movimento reduz o ângulo da articulação no plano sagital é chamado de flexão e o movimento de “extensão” aumenta o ângulo da articulação. Outras direções comuns de movimento no plano sagital são dorsiflexão e flexão-planta-flexão. O movimento para os extremos do alcance do movimento é frequentemente referido como “hiper”, como é o caso da hiperextensão, e isto também ocorre no plano sagital. O movimento de um segmento afastado da linha média no plano frontal é chamado de “abdução”, enquanto o movimento de volta para a linha média é chamado de “adução”. Outra direção de movimento que é comum neste plano inclui a eversão e inversão. O movimento comum ao longo do plano transversal é a rotação interna e a rotação externa, pronação e supinação também são movimentos comuns ao longo do plano transversal. Existem outros termos direccionais para ajudar a descrever a posição do segmento do corpo em relação à posição anatómica, isto inclui o superior e o inferior, que descrevem a posição do corpo em direcção à cabeça e aos pés, respectivamente. Também anterior e posterior podem ser usados para descrever objetos relacionados com o corpo como a orientação frontal ou posterior ao corpo, respectivamente. Partes ou movimento em direção à linha média do corpo é chamado medial, enquanto o movimento ou posição em direção aos lados do corpo é lateral.

Cadeia cinemática

A cadeia cinemática também é referida como a cadeia cinemática na literatura. Em uma corrente cinemática aberta, o grau de liberdade descreve o número de direções que uma articulação permite que um segmento do corpo se mova e é o número de coordenadas independentes que é usado para especificar com precisão a posição do objeto no espaço. A combinação do grau de liberdade forma uma cadeia cinemática e uma cadeia cinemática pode ser aberta ou fechada. uma articulação pode mover-se independentemente das outras, enquanto que numa cadeia cinemática fechada uma extremidade da cadeia permanece fixa. Levangie e Norkin, elucidaram que o conceito de posição de parque aberto e fechado ajuda a descrever os movimentos que ocorrem sob condições de peso e sem peso e é importante tomar nota destes quando o exercício tem como alvo uma única ou múltiplas articulações.

Uma ordem de cadeia cinemática natural envolve nas extremidades superior e inferior uma tarefa biomecânica integrada que, quando prejudicada, resulta em saída biomecânica disfuncional levando à dor e/ou lesão. Por exemplo, no ombro, quando existem déficits nos elos anteriores, eles podem afetar negativamente o ombro. Portanto, ao manejar o ombro, deve-se tentar restaurar todos os déficits da cadeia cinética e as sessões terapêuticas devem seguir exercícios integrados de propriocepção, flexibilidade, força e resistência com ordem de cadeia cinética.

Conceito Cinético em Análise do Movimento

Conceito cinemático descreve um segmento do movimento de um corpo, o conceito de cinética nos dá uma idéia das forças associadas a esse movimento. E isso nos levará ao conceito cinemático da análise do movimento, e vou começar por definir qual é a força na biomecânica. A força é uma forma simples de representar a carga na biomecânica e pode ser definida como uma ação de um objeto para outro. A força pode ser externa ou interna.

Forças externas são forças que puxam ou empurram o corpo que ocorrem de fontes externas ao corpo e forças internas são aquelas forças que agem sobre as estruturas do corpo e são geradas pelo tecido do corpo. A força pode mudar a forma de um objeto e pode mudar o estado de movimento do objeto. A força também é caracterizada pela magnitude, direção e ponto de aplicação. Todos estes fatores determinam o efeito da força sobre um objeto. Existem múltiplas forças que actuam sobre um objecto e é possível resolver essas forças numa única força ‘resultante’ que tem o mesmo efeito que todas as outras forças que actuam em conjunto. O processo de combinar estas duas ou mais forças numa única força resultante é conhecido como a composição das forças. Tendo compreendido o que é força, é essencial analisar algumas das leis que orientam a aplicação da força.

Levangie e Norkin, reiteraram que existem três regras primárias de forças: 1. Uma força que atua sobre um segmento deve vir de algo , 2. qualquer coisa que contacta um segmento deve criar uma força sobre esse segmento e 3. a gravidade é considerada como tendo efeito de força sobre todos os objetos.

Lei do Movimento de Newton

Lei do Movimento de Newton descreve o efeito da força e do movimento. A primeira lei do movimento de Newton também conhecida como lei da inércia (inércia é a resistência do corpo a mudar seu estado de movimento), declara que um objeto permanecerá em repouso ou movimento uniforme a menos que uma força líquida desequilibrada atue sobre ele. O conceito na lei de Newton da inércia mostra que quanto maior a massa de um objeto, maior a força para movê-lo. Por exemplo, para rodar um homem endomorfo (alguém com uma alta percentagem de gordura corporal) numa cadeira de rodas será necessária uma maior quantidade de força do que para rodar um homem ectomorfo (esguio). Outra área na qual a primeira lei do movimento é aplicada é na análise estática. A análise estática é um método de engenharia para a análise das forças e momentos produzidos quando os objetos interagem. Este conceito é aplicado em biomecânica para a estimativa de forças desconhecidas de reação muscular e articular no sistema músculo-esquelético.

A segunda lei de Newton afirma que uma força líquida atuará sobre um objeto para mudar seu momento fazendo com que o objeto acelere ou desacelere. A terceira lei de Newton afirma que para cada ação, há uma reação igual e oposta. Uma aplicação deste conceito é que um atleta será capaz de correr mais rápido em superfície de concreto em comparação com uma superfície arenosa devido às forças opostas de reação ao solo que são necessárias para impulsionar o corpo.

Conceito Cinético em Análise do Movimento

Conceito Cinemático descreve um segmento do movimento de um corpo, o conceito de cinemática nos dá uma idéia das forças associadas a esse movimento. Ao discutir o conceito cinemático da análise do movimento, precisamos definir a força na biomecânica. A força é uma forma simples de representar a carga na biomecânica e pode ser definida como a acção de um objecto sobre outro. A força pode ser externa ou interna.

• Forças externas são aquelas forças que puxam ou empurram o corpo que ocorrem de fontes externas ao corpo
• Forças internas são aquelas forças que agem sobre as estruturas do corpo e são geradas pelo tecido do corpo.

Force pode mudar a forma de um objeto e pode mudar o estado de movimento do objeto. A força também é caracterizada pela magnitude, direção e ponto de aplicação. Todos estes fatores determinam o efeito da força sobre um objeto. Existem múltiplas forças que agem sobre um objeto e é possível resolver essas forças em uma única força ‘resultante’ que tem o mesmo efeito que todas as outras forças agindo em conjunto. O processo de combinar estas duas ou mais forças numa única força resultante é conhecido como a composição das forças. Tendo entendido o que é força, é essencial analisar algumas das leis que orientam a aplicação da força.

Levangie e Norkin, reiteraram que existem três regras primárias de forças:

1. Uma força que atua sobre um segmento deve vir de algo
2. Qualquer coisa que entre em contato com um segmento deve criar uma força sobre esse segmento
3. A gravidade é considerada como tendo um efeito de força sobre todos os objetos.

O princípio da compreensão da biomecânica do movimento é uma compreensão profunda da força, das leis do movimento, trabalho e energia de Newton.

A lei do movimento de Newton

A lei do movimento de Newton descreve o efeito da força e do movimento.

A primeira lei do movimento de Newton também conhecida como lei da inércia (inércia é a resistência do corpo a mudar seu estado de movimento), declara que um objeto permanecerá em repouso ou movimento uniforme a menos que uma força líquida desequilibrada atue sobre ele. O conceito na lei da inércia de Newton mostra que quanto maior a massa de um objeto, maior a força para movê-lo. Isto significa que uma mudança na força resultante é necessária para criar uma mudança no movimento. Exemplos:

• Para rodar um homem endomorfo (alguém com uma alta percentagem de gordura corporal) numa cadeira de rodas irá requerer uma maior quantidade de força do que para rodar um homem ectomorfo (esguio).
• Quando um jogador de futebol chuta a bola de futebol, ele muda a força resultante na bola, para que ela se mova.
• Um passageiro num carro move-se à mesma velocidade que o carro se move e quando o carro trava de repente, o passageiro, se não usar o cinto de segurança, continuará a avançar à mesma velocidade que antes de o carro travar.
• Para levantar um objecto pesado, a pessoa que levanta deve produzir uma força ascendente superior ao peso do objecto, caso contrário, este não se moverá.

Outra área em que a primeira lei do movimento é aplicada está em análise estática. A análise estática é um método de engenharia para a análise das forças e momentos produzidos quando os objetos interagem. Este conceito é aplicado em biomecânica para a estimativa de forças desconhecidas da reação muscular e articular no sistema músculo-esquelético.

A segunda lei do movimento de Newton relaciona-se com o impulso de uma força. Esta lei afirma que uma força líquida actuará sobre um objecto para alterar o seu impulso fazendo com que o objecto acelere ou desacelere. Ela também é chamada de princípio do impulso-momento e tem uma série de aplicações no esporte. O desempenho desportivo preocupa-se em aumentar e diminuir a velocidade de movimento do corpo humano ou do equipamento desportivo. Este princípio leva ao aperfeiçoamento da técnica esportiva sobre como a quantidade de força pode ser aplicada por mais tempo, por exemplo, em shot put.

A terceira lei de Newton afirma que para cada acção, há uma reacção igual e oposta. Uma aplicação deste conceito é que um atleta será capaz de correr mais rápido em uma superfície de concreto comparado a uma superfície arenosa devido às forças opostas de reação ao solo que são necessárias para impulsionar o corpo.

Força de contato

Força de contato é outro tipo de força. Ela ocorre quando dois objetos estão em contato um com o outro. Estas forças entre eles podem ser resolvidas em reações de força e atrito normais.

• Força normal – a força é perpendicular à superfície na qual dois objetos estão interagindo. Assista ao vídeo abaixo para saber mais.
• Fricção – a força que actua em superfícies paralelas.

O conhecimento das forças de contacto, por exemplo, é essencial na concepção de calçado desportivo ou de treino, através da introdução de uma força de fricção para melhorar as forças de reacção no solo.

Momento de força ou torque

Uma área importante da biomecânica é o momento de força ou torque, que é a força que actua sobre um objecto que pode provocar a sua rotação. O momento de força é um produto de força e distância, e também se refere à força de rotação de um segmento. A importância deste conceito é que o momento de força é importante para que o músculo funcione eficazmente na manutenção do peso. Por exemplo, no joelho, a rótula cria um momento efetivo com os quadríceps em torno do centro de rotação do joelho, de modo que a extensão do joelho seja mantida o suficiente para carregar peso.

Máquina simples

Elevando em consideração algumas das forças externas isoladamente, é importante ver como essas forças se combinam para uma determinada função na forma de uma máquina. Uma máquina converte energia de uma forma para outra, e essa energia é a capacidade de fazer trabalho. O trabalho ocorre quando uma força move um objeto. Na mecânica, as máquinas convertem energia de uma forma para outra realizando trabalho, ou seja, gerando movimento. O sistema músculo-esquelético é um conjunto de máquinas simples que trabalham em conjunto para suportar cargas e gerar movimento.

Existem apenas três máquinas simples no sistema músculo-esquelético humano, a alavanca, a roda e o eixo, e a polia. Esta máquina simples permite três funções, incluindo a amplificação da força e do movimento e uma mudança na direcção da força aplicada. No entanto, a maioria destas máquinas simples no sistema músculo-esquelético, são concebidas para amplificar o movimento e não a força.

Sistema de alavanca

Quando os músculos desenvolvem tensão, puxa sobre o osso quer para suportar quer para mover a resistência da carga aplicada a um segmento do corpo. Os músculos e o osso funcionam mecanicamente como uma alavanca.

• Uma alavanca é qualquer segmento rígido que gira em torno de um fulcro.
• Um fulcro é um ponto de apoio, ou eixo, em torno do qual gira uma alavanca.
• Um sistema de alavanca existe sempre que duas forças são aplicadas de forma a produzir momentos opostos.
• A força que está produzindo o momento resultante é chamada força de esforço (EF).
• A outra força que está a criar um momento oposto, é conhecida como força de resistência (RF).

Baseada na disposição de carga, esforço e alavanca de fulcro, pode ser classificada em primeira a terceira classe. A alavanca anatômica comum no corpo humano é de terceira classe e a razão é que a inserção muscular é normalmente próxima à articulação de ação, portanto o esforço é normalmente entre o fulcro e a resistência, que é uma alavanca de terceira classe. Este design ajuda o corpo a ganhar movimento e velocidade e assim o sistema músculo-esquelético humano é projetado para a velocidade e amplitude de movimento em detrimento da força.

Rodas & eixo

No sistema músculo-esquelético, a roda e a disposição dos eixos proporcionam amplificação tanto da força como do movimento. Um exemplo disso é a rotação medial e lateral da articulação do ombro. O conceito também é aplicado no desenho da cadeira de rodas e sua propulsão manual

Pulley

A polia anatômica é uma forma modificada de roda e eixo. A função principal da polia é redirecionar uma força para facilitar uma tarefa. A “tarefa” no movimento humano é girar um segmento do corpo. As polias anatômicas facilitam esta tarefa desviando a linha de ação do músculo do eixo da articulação, aumentando assim a vantagem mecânica da força muscular. Vantagem Mecânica (MA) é uma medida da eficiência mecânica da alavanca e é uma função da eficácia da força de esforço à força de resistência.

Existem quatro classes de polias anatômicas, classe I à classe IV, que podem ser de interesse para fisioterapeutas.

• As polias da classe 1 são de apoio externo. Ela melhora a ação muscular que vem do suporte externo atuando como uma polia. Um exemplo disso é a patela agindo como uma polia para melhorar a função do quadríceps.
• A polia Classe II é formada pelo osso, cartilagem e tendão. Um exemplo disto é quando um osso age como uma polia, isto é ilustrado pelo maléolo lateral da fíbula que age como uma polia para o músculo perônio longo.
• Polia Classe III é quando a articulação age como uma polia. Um exemplo é o epicôndilo femoral que dá ao tendão gracilis um ângulo de inserção favorável à medida que o tendão se insere na tíbia.
• Classe IV é quando os músculos actuam como uma roldana. Um exemplo é o músculo bíceps, que aumenta de tamanho à medida que o seu ângulo de inserção aumenta. A aplicação de polias em fisioterapia inclui o exercício da polia para melhorar a amplitude de movimento e coordenação, especialmente na condição de artrite do ombro.

Conclusão

Os conceitos cinético e cinemático são importantes na compreensão do movimento humano e da implicação da força nos segmentos do corpo durante o movimento. Na concepção de dispositivos e equipamentos de apoio e adaptação é necessário considerar o conceito biomecânico de força, atrito e máquinas para o dispositivo auxiliar ou melhorar o movimento humano.

1. 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 Levangie PK, Norkin CC. Estrutura e função conjunta: uma análise abrangente. 4ª. Filadélfia: FA. Davis Company. 2005.
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