Biomecânica - Aula 12 biomec musculos e ossos parte 2

Biomecânica - Felipe Carpes – www.ufsm.br/gepec/biomec
Felipe P Carpes
Biomecânica de tendões, ligamentos e
músculo esquelético

Ossos
Articulações
Tendões
-Ligamentos
Músculos
SNC

Objetivos da aula
Discutir as propriedades mecânicas de ossos, músculos,
articulações, tendões e ligamento;
Apresentar conceitos básicos referentes ao sistema músculo-
esquelético e suas características biomecânicas;
Descrever mecanismos de interação entre os tecidos ósseo,
muscular e nervoso com base na neuromecânica;
Apresentar fatores selecionados que influenciam as propriedades
mecânicas destes tecidos.

• Estruturas passivas
• Ligamento: aumenta estabilidade, guia o
movimento, limita a amplitude de movimento
• Tendão: transmite cargas do músculo ao osso,
permite o movimento
Tendões e ligamentos

Diferença nos feixes da arquitetura
Tendões Ligamentos
Ligam o músculo ao osso Ligam duas estruturas ósseas
99% colágeno tipo I – mais denso
1% colágeno do tipo II
90% colágeno do tipo I
10 % colágeno do tipo II
Fibras ordenadas paralelamente Fibras paralelas e outras oblíquas
Cargas tensionais unidirecionais Cargas tensionais em uma direção
principal e em direções
secundárias

Tendão (T) x Ligamento (L)
T L

Quanto maior a
AST do
ligamento/tendão,
maior a
resistência a
ruptura

com carga
sem carga
Deformaçã
o
Tensão
Comportamento mecânico de um tendão
Histerese
tendência de um material ou sistema de conservar suas propriedades na ausência de um estímulo que as gerou

Noyes et al, 1977

Entorses de tornozelo
Grau I (leve) estiramento da região
Grau II (moderado) estiramento e ruptura parcial (pode gerar edema)
Grau III (grave) estiramento e ruptura total com possível avulsão
do osso (envolve edema)
Relação entre a AST do músculo e AST
do tendão => força muscular transferida

Coelhos – o tendão é
responsável por boa
parte do estiramento
do SO em tensões
que correspondem ao
repouso fisiológico

Tendão de Aquiles livre (sem
aponeurose) suportou uma
deformação de 8% enquanto a
aponeurose suportou 1,4%.
O tendão pareceu ser mais “elástico”
do que a aponeurose.
Os aspectos mecânicdos do tendão e
aponeurose do tríceps sural são de
grande importância devido a sua
participação na locomoção, onde
cargas de até 11kN/cm2 são
observadas (Komi et al 1987, 1992).
As diferenças entre a aponeurose e o
tendão, e os alto risco que ambos
apresentam de lesão (junção
músculo-tendínea) permanecem
sendo desafios para os estudos
clínicos.

LCP - Função normal

LCP - ruptura LCP – avulsão da tíbia
VIDEOS lesão joelho

Envelhecimento

Imobilização
Mesmo após 8 semanas de
imobilização o tendão tenha
perdido rigidez, o principal efeito
da imobilização foi sobre o
tendão em si, mas sobre a
ocorrência de osteoporose na
inserção.

Músculo Esquelético

Involuntário
órgãos internos
núcleo central
Involuntário
estriado
núcleo central
Voluntário
estriado
multinucleado
Tipos de tecido muscular
Músculo esquelético Músculo cardíaco Músculo liso

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

O diâmetro das fibras musculares varia entre 10 e
80 μm, sendo que o maior músculo humano (em relação
a área transversa) é o glúteo.
No andar, se utiliza cerca de 200 músculos, sendo
que o corpo humano possui mais de 600 músculos, o
andar envolve atividade de cerca de 40% da nossa
musculatura.
O músculo capaz de realizar o movimento mais
rápido no corpo humano é aquele responsável pelo
movimento das pálpebras.

Organização
espacial dos
músculos

Posteriores
Mediais
Anteriores
Femur
BB
FF
SS
TT
SS
MM
VLVL
VMVM
RR
FF
AMAM
ALAL
SASA
Gr.Gr.
VL vastus lateralis
VM vastus medialis
RF rectus femoris
SA sartorius
AM adductor magnus
AL adductor lateralis
GR gracilis
BF biceps femoris
SM semitendinosus
SM semimembranus
Organização espacial dos músculos - coxa
Ucalgary, HPL

posteriores
Posteriores
profundos
anteriores
laterais
tibia
fibula
soleussoleus
FHLFHL
TT
PP
EDL
EDL
EHLEHLTATA
PLPL
PBPB
gastrocnemiusgastrocnemius
FDL
FDL
Organização espacial dos músculos - perna
GM gastroc medialis
SO soleous
FHL flex hallucis long
PB peroneous brevis
PL peroneous longus
EDL ext digit long
EHL ext hallucis long
FDL flex digitorium long
TA tibialis anterior
Ucalgary,HPL

Locomoção
Músculos e ossos: forças e alavancas
Posicionamento do corpo
Movimentos rápidos, lentos, acelerações,
desacelerações
Postura
Mantém posturas (boas e más),
estabilidade articular
Funções primárias relacionadas
ao movimento

Controle postural

Músculo
Fascículos
Fibras
musculares
Miofibrila
Sarcômero
Fibras
musculares

Vídeos contração muscular

Duchenne - estimulação de músculos da face
Eletromiografia

Vídeos EMG profundidade
Matheus
Vídeos EMG superfície

EMG – como isso funciona?

Força / EMG

Vídeo EMG força-velocidade isocinético
Vídeos
Superfície e wire-EMG

Eficiência
neuromuscular

iEMG
Força
antes
depois
Aumento na ativação
Sem mudanças na razão EMG/F
iEMG
Força
Sem mudanças na ativação
Aumento na razão EMG/F
Figura 1 (A) Figura 1 (B)
=
≠
Ganho de força por fatores neurais Ganho de força por fatores hipertróficos
Avaliação da participação de fatores neurais e hipertróficos
Moritani & Devries, 1979

Tipos de fibra
Lentas - I (“vermelhas”)
Rápidas – IIa, IIb (“brancas”)

Recrutamento em uma contração
voluntária máxima
Níveldacontração(%CVM)
Participação de cada tipo de fibra (%)
Tipo I
Tipo IIa
Tipo IIb

Recrutamento de acordo com a força
requerida

Johnson et al 1973

unipenado
multipenado
bipenado
fusiforme
Arquitetura muscular

Secção transversaSecção transversa
anatômicaanatômica
Secção fisiológicaSecção fisiológica
Perpendicular as fibras
Arquitetura muscular
Perpendicular ao músculo

Muscle Nerve 23: 1647–1666, 2000
Músculos com maior área de seção transversa produzem mais força
Por quê?

Knee Surg Sports Traumatol Arthrose 14:310-17, 2006

A força total é proporcional aos número de
sarcômeros em paralelo
A velocidade é proporcional a quantidade de
sarcômeros em série

O treinamento físico faz aumentar o ângulo
de penação das fibras musculares

Vídeo arquitetura
muscular

Músculos monoarticulares x biarticulares
Monoarticulares
Cruzam uma articulação
Produtores de força
Estabilização articular
Controle de movimento
Penados na maioria
Biarticulares
Músculos longos
Fusiformes na maioria
Controle e direcionamento de
grandes amplitudes de movimento
Mais propensos a lesões

Membro inferior humano
Cinemática de 3 segmentos (coxa, perna e pé);
pé no solo.
A ação muscular cria um vetor de força F.

(a) Extensores do quadril, monoarticulares (psoas)
(b) Extensores do joelho, monorticulares (grupo vastus)
(c) Extensores do tornozelo, monoarticular (soleus)

(d) biarticular, rectus femoris, (flexor do quadril e extensor do joelho)
(e) biarticulares, posteriores da coxa (extensor do quadril e flexor do joelho)
(f) biarticular, gastrocnemius (flexor do joelho e extensor do tornozelo)

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

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)

Fatores (selecionados) que
influenciam a produção de força

Zatsiorsky, 1996
Sexo e idade
Idade
(anos)
Força(N)
Homens
Mulheres

2,17 µ
22
2,00 µ
3
1,70 µ
4
3,60 µ
11
1,27 µ
5
Força(%máxima)Força(%máxima)
Comprimento (µm)Comprimento (µm)
123
4
0
1,27 2,00 3,60
5
2,171,70
Força x Comprimento
100
Gordon et al., 1966
Fibra de sapo

Adaptação funcional do músculo-esquelético
Herzog et al, MSSE, 1991

comprimento
momento

Vaz et al., 2003
Jogadores de vôlei e bailarinas clássicas apresentam adaptações
específicas para músculos flexores e extensores plantares
Encurtado Alongado

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)
Unidade fundamental – neurônio
http://www.utexas.edu/neuroscience/Neurobiology/WesThompson/images/1nmj.jpg

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 intermediários 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

Recrutamento de acordo com a força
requerida
(I)
Percentualdefibrasmuscularesrecrutadas
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?

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
Adaptado de Lent (2003)

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 α 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. John Wiley & Sons: New
York, 1990.

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