Zakład Biomechaniki

Zakład Biomechaniki - Treści programowe
Prowadzone przedmioty:
•
•
•
biomechanika
biomechanika kliniczna
biomechanika sportu
Biomechanika (przedmiot prowadzony na kierunkach - wychowanie fizyczne, fizjoterapia, odnowa
psychosomatyczna).
Wykłady:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Układ bierny ruchu człowieka; podstawowe funkcje biomechaniczne szkieletu kostnego i jego połączeń.
System dźwigni biomechanicznych; warunki równowagi dźwigni.
System amortyzacyjny w układzie ruchowym; stopa jako amortyzator, staw kolanowy i jego
zabezpieczenia, amortyzacyjna funkcja kręgosłupa.
Charakterystyka połączeń międzykostnych; połączenia ścisłe i luzy, pary biokinematyczne i ich
klasyfikacja.
Ruchliwość biomechanizmu; schemat strukturalny kończyny górnej i kończyny dolnej.
Zakres ruchu par biokinematycznych, czynniki wewnętrzne (anatomiczne) i zewnętrzne wpływające na
zakres ruchu. Ćwiczenia zwiększające zakres ruchu.
Struktura i funkcje mięśni szkieletowych; tkanka mięśniowa i elementy sprężyste mięśnia. Siła a
parametry geometryczne mięśnia. Jednostki motoryczne mięśni i ich wielkość. Proces skracania
mięśnia.
Charakterystyka biomechaniczna włókna mięśniowego; długość spoczynkowa, zależność między
długością włókna mięśniowego i rozwijaną przezeń siłą; siła a prędkość skracania włókna.
Zależność "siła długość" dla mięśnia pobudzonego, siła a prędkość skracania grupy funkcjonalnej
mięśni.
Parametry charakteryzujące działanie sił w układach kostno - stawowych; kąt działania mięśnia i jego
zmienność, składowe siły mięśnia w zależności od kąta działania, elementy zwiększające kąt działania
mięśnia. 10. Formy działania mięśni; skurcz izometryczny, działanie koncentryczne, działanie
ekscentryczne mięśni. 11. Topografia sił mięśniowych człowieka. Proporcje sił antagonistycznych grup
mięśniowych. Wpływ specjalistycznych czynności ruchowych na zmiany w topografii sił mięśni kończyn.
Biomechaniczne założenia treningu siły mięśniowej u sportowców i osób niepełnosprawnych.
Układy sił działających na człowieka; siły wewnętrzne i zewnętrzne.Siła ciężkości i jej wpływ na ruchy.
Siły reakcji (reakcja podłoża w ruchach lokomocyjnych człowieka). Tarcie w stawach i tarcie między
stopami a podłożem podczas chodu i biegu. Opór ośrodka.
Ruch człowieka pod wpływem układu sił; tor ruchu, przemieszczenie, prędkość, przyspieszenie.
Ćwiczenia:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Określenie mas i środków mas dla poszczególnych części ciała ludzkiego. Wyznaczanie ogólnego
środka ciężkości ciała ludzkiego.
Równowaga ciała człowieka w warunkach statyki. Wpływ położenia środka ciężkości ciała na parametry
charakteryzujące stabilność pozycji.
Obliczanie momentów sił ciężkości kończyn względem osi obrotu stawów. Zmiany wartości momentów
sił ciężkości w trakcie ruchu.
Pomiary maksymalnych momentów sił mięśniowych człowieka w warunkach statyki. Technika
pomiarów. Pomiar sił zginaczy i prostowników mięśni kończyn i tułowia. Wielkości maksymalne (Mmax
) i względne (Mw).
Spadek siły mięśniowej przy realizacji długotrwałego skurcz izometrycznego o wielkości maksymalnej.
Zmiany siły reakcji podłoża podczas wybranych ruchów człowieka. Zapis i analiza przebiegu siły reakcji
podczas wyskoku z platformy dynamograficznej. Obliczanie popędu siły, prędkości wylotu ciała i
wysokości uniesienia środka ciężkości ciała. Obliczanie pracy i mocy podczas wyskoku pionowego
Charakterystyka biomechaniczna szybkiego skurczu izometrycznego; czas uzyskania maksymalnej
wartości siły dla grupy mięśniowej, prędkość zmian siły w różnych fazach skurczu, przebieg pochodnej
siły względem czasu.
Metody badania parametrów kinematycznych ruchu; rejestracja prędkości chodu i biegu, metody
analizy filmowej ruchu, złożone systemy trójwymiarowej analizy ruchu .
Elektromiografia globalna w badaniach czynności ruchowych; rejestracja prądów czynnościowych
mięśni wybranych ruchach człowieka.
2. Biomechanika kliniczna (dla studentów fizjoterapii)
Wykłady:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Wybrane zagadnienia z wytrzymałości materiałów; materiały izotropowe i anizotropowe, materiały
jednorodne i niejednorodne, ciało idealnie sprężyste i idealnie plastyczne, anizotropowość i
niejednorodność materiałów (tkanek) biologicznych.
Przypadki wytrzymałościowe: ściskanie, rozciąganie, zginanie, skręcanie, wyboczenie, ścinanie.
Przykłady przypadków wytrzymałościowych w odniesieniu do aparatu ruchowego człowieka.
Prawo Hooka, sprężystość i wytrzymałość kości, mięśni, ścięgien i powięzi, moduł Younga, granica
sprężystości i granica wytrzymałości.
Twardość kości i jej zmiany z wiekiem; badanie twardości kości, przygotowanie preparatu do badań,
zmiany twardości próbek kostnych leżących w różnych strefach względem kanału szpikowego.
Prawo Wolfa i obserwacje Joresa. Zmiany adaptacyjne kości. Złamania kości. Praca mechaniczna
podczas złamań statycznych i dynamicznych.
Struktura chrząstek stawowych i śródstawowych; tarcie w połączeniach maziowych - teoria
"wyżymania", parametry charakteryzujące odporność tkanki chrzęstnej na działanie sił ze szczególnym
uwzględnieniem chrząstek stawowych, siły nacisku na chrząstki stawowe powodujące zanik
smarowania i nekrozę chrząstki.
Kończyna dolna jako narząd lokomocyjny. Oś biomechaniczna kończyny dolnej. Szpotawość i
koślawość stawów biodrowych, kolanowych i skokowych. Działanie sił ściskających i rozciągających w
obrębie rdzenia przekroju kości i poza strefą rdzenia
Charakterystyka biomechaniczna podstawowych form lokomocyjnych tj. chodu i biegu. Energetyka
chodu i biegu. Działanie siły reakcji w fazie kontaktu stopy z podłożem. Zmiany kątowe w stawach
kończyn dolnych podczas ruchów lokomocyjnych Fazy chodu i biegu. Chód patologiczny i jego
odmiany.
Siły działające na powierzchnie stawowe w obrębie kończyn dolnych podczas ruchów lokomocyjnych
Obciążenia łąkotek , łąkotki jako elementy amortyzujące. Obciążenia głównych stawów kończyn
dolnych podczas stania oraz chodu i biegu z różnymi prędkościami.
Kończyna górna i jej funkcje mechaniczne. Ogólna budowa kończyny i jej ruchliwość. Staw łokciowy szpotawość i koślawość. Kończyna górna jako wysięgnik (dysfunkcje stawu ramiennego), funkcje
manipulacyjne - chwyty, zmiany patologiczne ręki ludzkiej a jakość i wartość chwytu.
Kręgosłup i jego funkcje mechaniczne. Równowaga sił w obrebie kręgosłupa. Ruchomość kręgosłupa.
Krzywizny fizjologiczne a wytrzymałość kręgosłupa na ściskanie. Patobiomechanika bocznych
skrzywień kręgosłupa.
Ortezy i protezy. Sztuczne stawy . Zastosowanie biomateriałów przy konstrukcji endoprotez. Zmiany
parametrów chodu u osób z endoprotezami stawów biodrowych oraz u ludzi z amputacją podudzia i
stopy.
Ćwiczenia:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Dynamometryczna ocena siły chwytu ręki.
Ocena wytrzymałości chwytu ręki; pomiar czasu utrzymania siły o wartościach 25, 50 i 75 % siły
maksymalnej.
Chód fizjologiczny; parametry biomechaniczne chodu - częstotliwość kroków i długość kroków w
zależności od prędkości chodu, fazy chodu i ich zmiany zależności od prędkości.
Chód w terenie płaskim i nachylonym, charakterystyka przebiegu ruchów obrotowych w głównych
stawach kończyn dolnych.
Optymalna częstotliwość chodu i długości kroków; zmiany mocy przy zwiększaniu częstotliwości lub
długości kroków
Chód patologiczny, obserwacja chodu osób z amputacją podudzia i stopy oraz osób ze schorzeniami
stawów biodrowych (przed i po zabiegach wszczepienia endoprotez)
Zapoznanie się z możliwościami badania chodu fizjologicznego i chodów patologicznych przy użyciu
systemu trójwymiarowej analizy ruchu - Vicon.
Badanie przebiegu reakcji podłoża podczas chodu fizjologicznego; zmiany nacisku na podłoże w
zależności od prędkości chodu; indywidualne cechy w obrazie zmian składowej pionowej siły reakcji
podłoża.
Reakcja podłoża i jej przebieg podczas chodów patologicznych na przykładzie chodu pacjenta z
usztywnionym stawem kolanowym.
3. Biomechanika sportu (dla studentów kierunku wychowanie fizyczne - studia uzupełniające
magisterskie).
Wykłady:
•
•
•
•
Charakterystyka statyczna biernego i czynnego układu ruchu człowieka; podstawowe funkcje spełniane
przez układ ruchowy, działanie sił zewnętrznych i wewnętrznych - przypadki wytrzymałościowe,
wielkości przeciążeń w różnych miejscach układu ruchowego (stawy, mięśnie, chrząstki), odporność
poszczególnych tkanek tworzących układ ruchowy na działanie sił - parametry wytrzymałościowe,
mechanizmy zabezpieczające układ ruchowy sportowca przed przeciążeniami.
Właściwości dynamiczne układu ruchu człowieka w typowych działaniach ruchowych; wielkości
rozwijanych sił mięśniowych w różnych dyscyplinach sportowych w zależności od prędkości ruchu
(zależność siła - prędkość), energia i moc dostarczane przez mięśnie, parametry kinematyczne ruchów
sportowych - chodu, biegu, skoków (prędkości i przyspieszenia w biegach, rzutach, skokach
lekkoatletycznych, skokach narciarskich).
Technika sportowa; kryteria efektywności techniki, rozwój techniki sportowej w różnych dyscyplinach.
Trening siły i mocy w ujęciu biomechanicznym.
Ćwiczenia:
•
•
•
•
•
Ocena statycznych możliwości siłowych człowieka - dynamometria.
Pomiar pracy, mocy, prędkości ruchu na platformie dynamograficznej; konstrukcja platformy i jej
możliwości badawcze, reakcja podłoża podczas chodu i skoków.
Rejestracja wyskoku na platformie z równoczesnym zapisem zmian kątowych w stawie kolanowym.
Obliczanie wysokości wyskoku na podstawie czasu lotu.
Pomiar siły reakcji, pracy, mocy , prędkości i wysokości uniesienia OSC na platformie zaopatrzonej w
specjalistyczny program badawczy.
Fotorejestracja ruchu i analiza zapisu video. Obliczanie toru ruchu OSC oraz prędkości i przyspieszenia
przy zastosowaniu specjalnego programu komputerowego