Biomecánica

Desarrollo humano. Técnologías biológicas. Ingeniería médica. Biónica. Sensores. Estimuladores. Prótesis. Cibernética. Retroalimentación. Fuerzas

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25 de agosto de 2001.

Biomecánica. UNIDAD 1

Introducción.

Él termino Biología se deriva de las voces griegas Bioc = vida y Logos = tratado.

Da nombre a la disciplina ciencia que se ocupa de los organismos vivos, animales vegetales, cualquiera que sea su categoría taxonómica: desde el más pequeño solo visible por el microscopio electrónico como los fagos hasta los más grandes como los animales y las plantas en general.

La biología estudia la forma y las funciones de los organismos vivos y las interacciones de cada uno de ellos con los otros y con el ambiente que los rodea.

La Biología se subdivide en muchas otras disciplinas algunas de ellas son:

Morfología estudia la estructura y la forma de los organismos.

Fisiología las funciones.

Embriología el desarrollo en sus primeros estadios.

Citología la célula.

Bioquímica la composición química, como las reacciones en los niveles

Moleculares.

Genética la herencia de los caracteres y su variabilidad.

Uno de los grandes matemáticos como Descartes definió lo siguiente:

< Cogito ero sun > < pienso, luego soy >, < existo > y definió al hombre como “sustancia pensante”, el ser humano poseedor del razonamiento coordinador del conocimiento, de hecho hoy los investigadores se dan cuenta de que las ciencias matemáticas se han desdoblado indiscutiblemente en las leyes física, así como todo fenómeno biológico. La vida es analizada como una sucesión de concatenaciones de reacciones y de metamorfosis físicas y matemáticamente demostrables con extremos numéricos previstos de tiempo y de espacio.

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El hombre ha desarrollado la ciencia imitando a la naturaleza ya sea para bien o para mal. Por un lado la fuerza física, de los motores, de la velocidad, de la reacción producida por la desintegración del átomo, imitando los fenómenos de la materia bruta, de los sismos a las tempestades, por otro lado el trabajo en la lucha contra las enfermedades, para mitigar el hambre, lograr cosechas fértiles y abundantes, de la luz, del calor que proceden del sol, de todos los bienes que la tierra otorga.

El ser humano envanecido por mil experiencias en las que su inteligencia ha triunfado,

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No piensa que fuera de su ser, fuerzas tremendas e irrefrenables que al desencadenarse nunca podrá dominar, son capaces de destruirlo en un instante y pueden destruir cualquier célula viva que se encuentre en el radio del cataclismo EL SER HUMANO TRANSFORMADOR DE SUSTANCIAS.

Por poner un ejemplo de lo que la naturaleza realiza, en el caso de algunas bacterias y basándose en datos comprobados, los bacteriólogos afirman que la célula es capas de dividirse aproximadamente una vez cada media hora: en 24 horas, podría dar lugar a una cantidad cercana a 2^28 lo que equivaldría en la practica a cerca de 30 gramos de sustancia seca en términos de laboratorio, por consiguiente al cabo de dos días las células producidas ascenderían a 2^96 o lo que es igual a, UNOS DIES MIL MILLONES DE TONELADAS DE SUSTANCIA SECA.

Tal manipulación a logrado ayudar a que las carencias de tipo nutricional y alimentario, ya que todo ser vivo necesita de alimento el hombre no se excluye de esta necesidad. El ser humano ofrece el máximo ejemplo de adaptación alimentaría. Es bien sabido que incluso se adapta ha vivir en ambientes no naturales, al menos con particulares recursos y un breve periodo de tiempo, como es el caso de los astronautas y los submarinistas.

Por lo que la ciencia Medica - Biológica tiene un sector reservado a la investigación de las vitaminas “ la vitaminología ” que con ayuda de la ingeniería pueda ser aplicada para cubrir una de las grandes necesidades que sufren los continentes como el Africano y el Asiático.

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Cristales de vitamina B al microscopio de luz polarizada.

Dicha ciencia no podría ser desarrollada si no contase con los instrumentos necesarios para desarrollarla, por lo que la labor de la ingeniería es fundamental para ello en cualquier ciencia.

CIRUGÍA DE CIENCIA-FICCIÓN.

La medicina moderna corrige disfunciones y sana enfermedades, ya sea corrigiendo dietas o bien añadiendo a los productos que se ingieren cotidianamente sustancias químicas diversas que pueden ser inorgánicas como las sales y los óxidos u orgánicas como las vitaminas. Pero más singular es la forma de curar los males, ya que se puede dar por la ingestión de sustancias vivas que son administradas por vía oral, intramuscular, intravenosa, o rectal.

Las investigaciones analíticas y quirúrgicas avanzan paralelamente a las químicas los métodos de diagnosis directa e indirecta se valen de metodologías extraordinariamente eficientes y perfeccionadas. El diagnostico en fin se sirve para cuya realización se HA IDO PERFECCIONANDO UNA AUTENTICA INGENIERIA MEDICA, por ejemplo los aparatos para el registro del metabolismo basal, los electrocardiógrafos, los monitores cardiografitos o encéfalo grafos, la estratigrafía de un órgano( tomografía axial computarizada o TAC), los ultrasonidos (ecografía) y el electromagnetismo( resonancia magnética nuclear RMN. También interviene la física con todas sus especialidades, la radioterapia utiliza los rayos X, los emitidos por el radio, los de la más reciente bomba de cobalto y del betatrón que sirven para la terapia de detener procesos tumorales o las fisioterapias basadas en el uso de radiaciones (ultravioleta, infrarrojas) o terapias con calor ( diatermia), él frió (crioterapia) sin dejar de considerar los transplantes de órganos que requieren de los elementos mas sofisticados de tecnología. Pero la comunidad científica no se rinde en ello radica toda la maravilla de la ciencia medica que es con el único fin de salvar la vida, por eso la QUÍMICA, FÍSICA, MECANIA, ELECTRICA, ELECTRÓNICA, y muchas disciplinas mas han entrado en el campo medico quirúrgico con plenos derechos y su suma es la INGENIERIA MEDICA.

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La cirugía se vale de técnicas habilísimas y aparatos muy especializados, la grafica muestra una operación de reconstrucción vascular en el cerebro.

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La química la física, la mecánica y la electrónica han favorecido el desarrollo de la ingeniería medica, como el Láser que ha alcanzado resultados inesperados.

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Para estudiar con detalle la estructura de los órganos celulares, de las bacterias y de los virus, se debe recurrir a microscopios electrónicos.

LA BIOINGENIERÍA.

Esta ciencia esta íntimamente ligada a la biónica y utiliza algunos de sus principios ha tenido un gran desarrollo en relación con las aplicaciones de la ingeniería a la medicina, la bioquímica y el medio ambiente, tanto a través de modelos matemáticos para el conocimiento de los sistemas biológicos como en lo que respecta a la realización de partes u órganos del cuerpo humano y también en la utilización de nuevos métodos diagnósticos.

Una gran variedad de aplicaciones incorporadas a la practica medica (desde la clásica pata de palo) a las sofisticadas prótesis ortopédicas con mando mioelectrico y de las válvulas cardiacas a los modernos marcapasos existe toda una tradición he implantación de órganos artificiales.

Hoy en día es posible aplicar con éxito, en los procesos que intervienen en la regulación de los sistemas modelos matemáticos que permiten simular fenómenos muy complejos en potentes ordenadores, con el control de un gran numero de parámetros o con la repetición de su comportamiento.

Los modelos que expresan el funcionamiento de órganos complejos en el campo ana tomo - funcional deben ser sometidos a simplificaciones para poder ser utilizados. ES PRECISO HACERLOS LINEALES DISTINGUIR LOS FENÓMENOS DINAMICOS Y EN GENERAL HACER APROXIMACIONES OMITIENDO LO QUE NO ES FUNCIONAL.

ORGANOS ARTIFICIALES.

Análisis de un órgano artificial, debe considerarse en la construcción de estos aspectos tales como MATERIALES que requieren unas particulares características para poder ser implantados e incorporados al organismo vivo. Además de las características físicas y químicas de resistencia mecánica, se necesita fiabilidad, duración y compatibilidad en un ambiente biológico que siempre tiene una elevada agresividad. El mayor problema que se plantea la construcción de una prótesis se refiere a la relación entre el bio material y el tejido vital en el que se inserta ya que es muy importante el control de las reacciones químicas de superficie y micro estructura, el tejido crece y tiende a incorporar incluso a nivel de los poros de la rugosidad superficial, el material implantado . La adherencia y la amplia superficie de contacto que se derivan de ello pueden facilitar la corrección del material artificial y por tanto este debe de tener una elevada resistencia e inercia química. Por este motivo las prótesis óseas se fabrican con aleaciones caracterizadas por la resistencia mecánica y la resistencia a la fatiga ,ya que resulta esencial que no se propaguen micro fisuras ante la carga repetida.

Es necesario el empleo de materiales resistentes en el caso de una válvula cardiaca que en condiciones normales se activa mecánicamente unas 70 veces por minuto, es decir, mas de 50 MILLONES DE VECES AL AÑO. Las válvulas se realizan con materiales metálicos (acero) y plásticos (silicona, fibra de carbono) combinados mediante técnicas muy particulares, los materiales metálicos, determinadas moléculas orgánicas y cerámica para construcción de prótesis sustitutivas de partes óseas ,articulaciones o dientes también para sustitución de venas, arterias.

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En este esquema se ilustran algunas prótesis artificiales, son prótesis mecánicas y auténticos órganos complejos sustitutivos como ojo y oídos artificiales.

SENSORES.

Para intervenir sobre cualquier órgano, se requiere el control y la medición continua de la intensidad del fenómeno.

Los sensores que constituyen el primer elemento del sistema, son dispositivos que permiten detectar los fenómenos físicos y químicos, ofreciendo seriales de salida proporcionales a la intensidad de las entradas. Las señales de entrada de muy diversos tipos y convertidas en la mayoría de los casos en magnitudes eléctricas ( ejemplo, variaciones de presión y variaciones de resistencia eléctrica ) corresponden a variaciones de temperatura, de deformación muscular en los esfuerzos, de presión venosa o arterial, etc.

Los sensores pueden ser electrodos directos capaces de captar las señales procedentes de actividades celulares, o pueden consistir en detectores de concentraciones de sustancias químicas.

ESTIMULADORES.

Los estimuladores artificiales son utilizados para activar ciertos órganos o funciones que, aun estando sanos no funcionan como es debido a causa de lesiones del sistema nervioso central, por ejemplo los activadores musculares

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sistema de estimulación cardiaca de reducidas dimensiones formado por marcapasos Orión 40 con electrodo de platino - iridio y programador. El estimulador pequeño y ligero, esta realizado con conceptos ergonómicos y dotado de funciones de telemetría que permiten conocer en el exterior los parámetros fundamentales indicativos del estado del sistema.

permiten el movimiento de la pierna a quien esta afectado por una hemiparesia, ya que pueden estimular los músculos que intervienen en la de ambulación a través de electrodos aplicados a los mismos músculos. Cuando el paciente apoya el pie, se cierra un circuito que transmite la orden directamente a los músculos, permitiendo así la deambulación.

Otra función extremadamente mas delicada ,es la que se lleva a cabo para estimular el músculo cardiaco a través de un aparato marca pasos, que permite regular los latidos cardiacos al proporcionar desde el exterior impulsos de corriente y que resulta vital en algunos casos de arritmias cardiacas.

El marca pasos consta de una batería, un generador y un modulador de impulsos eléctricos y un electrodo que transmite los impulsos al tejido cardiaco. Existen muy diversos tipos de marcapasos( en la actualidad se cuenta con mas de 200 tipos diferentes) Los impulsos eléctricos generados por el aparato pueden ser se frecuencia fija, es decir producidos a una frecuencia predeterminada, sin ninguna relación con la actividad del corazón, pero en la actualidad se emplean mas los marcapasos a demanda, o sea, mediante impulsos desencadenados cuando el propio aparato reconoce un fallo en el ritmo cardiaco normal.

Se están desarrollando marca pasos capaces de regular la actividad cardiaca en relación con el esfuerzo muscular que se realiza en cada momento, la frecuencia respiratoria, la temperatura corporal, etc.

Las baterías que se emplean hoy en día tienen una duración muy prolongada, de cinco a diez años y la miniaturización electrónica de los circuitos permite una notable compactación del aparato, cuya utilización esta cada vez mas extendida.

PRÓTESIS.

La sustitución de órganos por otros artificiales, constituye la frontera avanzada de la bioingeniería biónica. Dejando aparte las prótesis ortopédicas cuyo empleo ha tenido un enorme desarrollo gracias a la aplicación de nuevos materiales y técnicas de calculo, así como a los avances en las técnicas de implantación por lo que cada día es mas amplia la gama de posibilidades de sustitución de órganos conocidos y menos conocido, lo cual resulta de gran ayuda para pacientes y médicos un ejemplo de esto es la fabricación de bombas de insulina para emplear en personas diabéticas.

El objetivo de estos estudios es obtener un pequeño sensor de los niveles de glucosa, que implantado en el cuerpo del diabético detecte su incremento excesivo y active una bomba miniaturizada, capaz de suministrar insulina en dosis calculadas adecuadamente. El sistema se regula , pues mediante un mecanismo de retroalimentación que permite su funcionamiento totalmente autónomo, ya se han efectuado experiencias positivas en perros, lo que permite empezar la fase de aplicación en humanos.

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Prótesis ortopédica con mecanismos electrónicos.

Las estrategia de la investigación de la visión artificial es la de salvar el ojo, pero prescindiendo del nervio óptico que normalmente conecta y controla los impulsos de la retina al cerebro y comunicando directamente aquel con la corteza visual a través de micro electrodos que, adecuadamente activados, permiten la visualización directa de puntos luminosos en el cerebro.

Los primeros resultados son alentadores a pesar de las dificultades( entre las cuales cabe considerar el potencial perjuicio que puede provocar la interacción de los electrodos y las células nerviosas)lo que permite quizás alentar la posibilidad de contar en un futuro próximo con este tipo de prótesis.

REGULACIÓN.

Hay que profundizar en un aspecto concreto: el modo en que los sentidos actúan sobre los organismos, es decir como se produce la regulación de un acto, voluntario o no del animal.

Por ello resulta de utilidad una esquematización de tipo mecanicista, que tal vez simplificara demasiado los fenómenos en cuestión, pero que hace mas fácil su exposición y asegura la correspondencia con fenómenos simulados mediante mecanismo.

LA CIBERNÉTICA. Es la ciencia que estudia los sistemas de control y la regulación de procesos los cuales se desarrollan en diferentes sistemas.

Cada sistema puede funcionar correctamente solo entonces si se le controla continuamente.

La cibernética se divide en :

Cibernética técnica 1.- TEORIA DE CONTROL Y REGULACION

2.- TEORIA DE SISTEMAS.

Cibernética teórica 1.- TEORIA DE LA INFORMACIÓN

2.- TEORIA DE LOS ALGORITMOS

3.- TEORIA DE LOS JUEGOS.

La producción y fabricación ha pasado por varias etapas: una de ellas es la mecanización es el procesos en el que con medios de producción, se perfecciona , se utilizan instalaciones auxiliares , eventualmente con arreglos en el propio proceso tecnológico.

Otra es la Automatización es el proceso mediante el cual la función de dirección del hombre es substituida por diferentes aparatos e instalaciones en esta fase , la actividad del hombre se concentra en la construcción ,diseño, producción y mantenimiento de los medios automatizadores.

Por lo que es necesario estar familiarizado con ciertos términos.

Comando es un tipo de control el cual no se compara el efecto inmediato del mismo , con el resultado esperado.

Control Es una acción conciente en la que se valora y elabora la información sobre el proceso y de acuerdo con ella se accionan las instalaciones correspondientes de tal manera que se obtenga un fin predeterminado.

Regulación Es el mantenimiento de ciertos parámetros físicos en valores predeterminados de ante, mano. En el transcurso de la regulación se miden las variables reguladas y se compara con los valores que debe tener, según los errores detectados, que son la medida de la precisión de dicha regulación, se actúa sobre el proceso de regulación de tal manera que los errores se mantengan al mínimo.

Un sistema es un arreglo de componentes físicos conectados o relacionados de tal manera que forman una unidad completa o que puede actuar como tal.

Un sistema de control.

Es un arreglo de componentes físicos conectados de tal manera que el arreglo se puede comandar, dirigir o regular así mismo o a otro sistema.

La entrada es el estimulo o excitación que se aplica a un sistema de control desde una fuente de energía externa , generalmente con el fin de producir, de parte del sistema de control una respuesta especifica.

La salida es la respuesta obtenida del sistema de control. Puede ser o no igual a la respuesta especificada que la entrada implica.

Tipos básicos de control:

A.- Hecho por el hombre.

B.- Los biológicos o naturales p.e. la presión la temperatura, etc.

c.- Hechos por el hombre y biológicos.

Clasificación de sistemas de Control.

1.- Sistema de control de lazo abierto.

Es aquel en el cual la acción del control es independiente de la salida. Los rasgos sobresalientes de este sistema es la habilidad que estos tienen para ejecutar una acción con exactitud dicha exactitud esta determinada por su calibración.

Mientras que la calibración es el establecimiento o restablecimiento entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada ,referido este a una normal este sistema es estable.

2.- Sistema de control de lazo cerrado.

Es aquel en el cual la acción de control es en cierto modo dependiente de la salida a este sistema se le conoce como control de retroalimentación ,considerado inestable.

RETROALIMENTACIÓN.

Es esta propiedad de los sistemas de control de lazo cerrado que permite que la salida sea comparada con la entrada al sistema de tal manera que se puede establecer la acción de control apropiada como función de la entrada y la salida.

Características de la retroalimentación.

1.- Aumenta la exactitud.

2.- Sensibilidad reducida de la razón de la salida a la entrada.

3.- Efectos reducios de la linealidad y de la distorsión.

4.- tendencia a la oscilación o a la inestabilidad.

5.- Aumento del a ancho de la banda, el ancho de la banda de un sistema es ese intervalo de frecuencia (de la entrada) por sobre el cual el sistema responde satisfactoriamente

En el mundo biológico este fenómeno se da, por ejemplo en el crecimiento célular: el numero de células tiende a aumentar según una progresión geométricas sin embargo tal fenómeno esta limitado por otros factores que bloquean desde el exterior el crecimiento, superponiendo así una regulación de retracción negativa.

La regulación interna de cada organismo y de cada elemento del organismo vivo se produce merced a la aplicación de estos principios, aunque no siempre es posible realizar una distinción clara de los elementos funcionales, tal como es habitual en los esquemas mecánicos. Esta capacidad de regulación en los seres humanos se llama Homeostasis y a través de ella por ejemplo se mantiene constante la temperatura corporal o la presión de la sangre. El sistema nervioso supervisa el funcionamiento del conjunto de estos fenómenos.

Un ejemplo de lo anterior es el ojo de la rana , el ojo no es solo un órgano sensorial que maneja imágenes de tipo fotográfico al cerebro del animal, sino que desarrolla una autentica elaboración de datos y es el mismo una parte del cerebro.

La rana se alimenta de pequeños insectos que captura al vuelo, pero no detecta su presencia cuando los mismos están inmóviles, a su ves la rana es cazada por culebras, ratas o aves , depredadores de los que huye, saltando hasta encontrar un lugar poco iluminado o hasta sumergirse en el agua. La llegada de una sombra de mayores dimensiones como una nube deja indiferente al animal. El conjunto de estas informaciones es elaborado directamente en el ojo del batracio y enviado al cerebro como orden de comportamiento de salto para alcanzar la presa y para la fuga.

Existen cuatro tipos de receptores, conectados con otros tantos tipos de neuronas que relacionan al ojo con el cerebro, que proporcionan al animal los cuatro comportamientos elementales.

1.- Un primer tipo los detectores de contorno, revelan las diferencias de color y luminosidad que delimitan los objetos.

2.- Los detectores de movimiento advierten cuerpos de pequeñas dimensiones.

3.- Un tercer tipo los detectores de vibraciones de contraste luminoso

4.- Un cuarto tipo los detectores de oscurecimiento

Biochip.

El mayor esfuerzo de investigación teórica y aplicado en el campo de la tecnología electrónica corresponde a la miniaturización de los componentes y de los circuitos electrónicos, se trata de un desafió de gran relevancia estratégica, ya que a través de la mejora de la presentación de micro componentes, se obtienen mejoras cualitativas en la presentación de los ordenadores y dispositivos electrónicos.

Los elementos básicos de estos circuitos llamados Chips, consisten en placas de silicio de gran pureza a nivel atómico, en las que se practican incisiones que, al modificar su retículo constituyen transistores en su masa

En 1960 una placa de silicio de1 cm. de lado contenía un solo transistor, mientras que ahora puede contener mas de 100 000.Tal compatibilidad ha permitido reducir proporcionalmente las dimensiones de los circuitos lógicos y de las computadoras ,aumentando de forma sorprendente las potencialidades de calculo y el numero de componentes

En resumen.

Algunas definiciones de la BIOMECÁNICA son:

1.- La Biomecánica estudia las fuerzas y aceleraciones que actúan sobre los organismos vivos. esta relacionada íntimamente con su formal de manera que se puede hablar de una morfología funcional.

2.- Conjunto de conocimientos interdisciplinarios generados a partir de utilizar ,con el apoyo de otras ciencias biomédicas ,los conocimientos de la mecanica y distintas tecnologías :

a.- el estudio del comportamiento de los sistemas biológicos y en particular del cuerpo humano.

b.- resolver los problemas que le provocan las distintas condiciones a las que puede verse sometido.

3.- La aplicación de los principios mecánicos a los cuerpos humanos y animales en movimiento y en reposo esto es un intento por combinar la ingeniería con la anatomía y la fisiología .

La Biomecánica se ha desarrollado principalmente en tres áreas:

a.- Medico analizando las patologías que aquejan al cuerpo humano y establecer soluciones capaces de resolver dichas patologías.

b.- Deportivo Analizando la practica deportiva para lograr un mejorar rendimiento, así como el desarrollo de técnicas de entrenamiento capaces de imitar a otros organismos que en la naturaleza son superiores al hombre, desarrollar nuevos

materiales para que tanto uniformes como equipos sean el sustento para romper nuevos record.

c.- Ocupacional Analizando la relación mecánica que el cuerpo humano sostiene con los elementos con que interactúa en distintos ambientes - el laboral, el docente, el domestico y el de descanso, con el único fin de adaptarlo a sus necesidades y capacidades para lograr una vida mejor.

Las posibilidades que la biomecánica ofrece al plantear y resolver problemas relacionados con la mejora de la salud y de la calidad de vida, la han consolidado como un campo de conocimientos en continua expansión capaz de aportar soluciones de índole científico y tecnológico.

UNIDAD II.

FÍSICA Y BIOLOGÍA DEL CUERPO HUMANO EN EL TRABAJO.

La mecánica es el estudio de las fuerzas y sus efectos

La aplicación de los principios mecánicos al cuerpo humano y animal en movimiento y en reposo es la biomecánica.

Desde el punto de vista mecánico es importante recordar :

1.- Estática.

Es el estudio de los cuerpos que permanecen en reposo o en equilibrio como resultados de las fuerzas que actúan sobre ellos.

2.- Dinámica

Es el estudio de los cuerpos en movimiento y esta se divide en:

a.- Cinemática Estudia las relaciones que existen entre los desplazamientos, velocidades y aceleraciones en el movimiento traslacional o rotacional. No se interesa en las fuerzas que intervienen sino solo en la descripción de los movimientos por si mismos.

b.- Cinética trata de los cuerpos en movimiento y las fuerzas que actúan para producirlo.

EN 1954 se desarrollo un tratado acerca de la locomoción humana donde se trato primeramente la cinemática de la marcha y se describieron los desplazamientos de los segmentos corporales en tres planos, cubriendo la flexión y extensión del músculo y la pierna, la rotación pélvica, y así sucesivamente; después consideraron la cinética de la marcha, analizando las fuerzas del músculo, así como las de la gravedad y de reacciones del piso, todas las cuales son necesarias para la propulsión del cuerpo y el control del desplazamiento de los segmentos.

Analizando otro de los términos mas importantes en la mecánica es el de la FUERZA definiendo esta como un impulso o una tracción, en mecánica se analizan fuerzas EXTERNAS , llanadas cargas ajenas a la estructura son p.e. La fuerza de gravedad, la resistencia del aire, resistencia del agua, inercia, acción muscular y reacción del piso. Las fuerzas internas que reaccionan a estas cargas son llamadas tensiones. TENSIÓN es la resistencia interna de un material que reacciona a una carga aplicada externamente, los cuatro factores que caracterizan a una fuerza son:

1.- Magnitud.

2.- Línea de acción.

3.- Dirección.

4.- Punto de aplicación.

Para establecer un punto en el espacio es necesario trazar un plano contres coordenadas X, Y, Z. En este sistema coordenado se describe el movimiento humano, es conveniente colocar el origen en el centro de masa del cuerpo humano, que se encuentra aproximadamente por delante de la segunda vértebra sacra.

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Una vez que se ha establecido el plano con las coordenadas X , Y , Z.

1.- El plano frontal o coronal , que divide al cuerpo en porciones anterior y posterior ( plano x, y ).

2.- El plano el plano sagital que divide al cuerpo en mitades derecha e izquierda

( plano y, z ) .

3.- Y el transverso u horizontal que divide al cuerpo en porciones superior e inferior ( plano x, z ).

Este sistema de coordenadas y planos de referencia facilita la descripción del movimiento de los segmentos corporales y permite la localización exacta de cualquier punto en el espacio.

Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio, en Biomecánica es necesario manejar un concepto muy importante como lo es la materia o masa sobre la cual se aplica la fuerza de gravedad, esta masa puede ser un objeto como una pesa de ejercicio, o puede ser todo el cuerpo o un segmento del mismo.

Con el objeto de aplicar los principios de mecánica al movimiento humano, el concepto de centro de masa de un objeto debe ser usado constantemente.

El centro de masa , por definición, es aquel punto que se encuentra exactamente en el centro de la masa de un objeto, este es llamado frecuentemente centro de gravedad.

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El centro de masa del cuerpo humano con las extremidades extendidas, como en la posición ordinaria de pie se encuentra dentro de la pelvis. Este punto puede variar su posición de una persona a otra dependiendo de la constitución, la edad y el sexo, también varia en una persona dada cuando la disposición de los segmentos cambia, como al caminar, al corre o sentarse. Cg este punto representa el centro de la masa total, se desplazara al agregar o sustraer peso de alguna parte del cuerpo, como sucede al colocar un aparato de yeso o una ortesis o después de la amputación de una extremidad.

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Peso no es lo mismo que la masa, el peso de un cuerpo es la atracción que ejerce la fuerza de gravedad sobre su masa. La fuerza de gravedad que actúa siempre sobre los objetos se dirige verticalmente hacia el centro de la tierra, esto establece la dirección y la línea de acción para la fuerza de gravedad, esta línea de fuerza se denomina frecuentemente línea de gravedad.

La presión que es un aspecto importante de la fuerza , indica como esta distribuida la fuerza dentro de una área.

Uno de los principios fundamentales en los que interviene la presión es : en general para evitar el dolor y la posible lesión, las fuerzas deben de soportarse sobre la mayor área de superficie corporal posible. Las lesiones de la piel y de las ulcera de presión son complicaciones clínicas serias que pueden evitarse fácilmente con la aplicación del principio mencionado anteriormente.

La posición de los pacientes encamados debe cambiarse frecuentemente con el objeto de alternar las áreas de la piel que están bajo presión.

Esto es particularmente cierto en la presencia de deterioro circulatorio o sensorial.

La presión es un factor critico en el ajuste de aparatos protésicos para amputados del miembro inferior, especialmente aquellos con apoyo isquiático o con apoyo terminal.

Para el desarrollo de esta materia se hará uso de la A.- Primera ley de Newton llamada la ley de la inercia la cual establece que un cuerpo permanece en reposo o movimiento uniforme hasta que actúa sobre el un juego externo de fuerzas B.- La segunda ley de Newton o ley de la aceleración, la cual establece que la aceleración de una partícula es directamente proporcional a la fuerza desequilibrada que actúa sobre ella e inversamente proporcional a la masa de la partícula. C.- La tercera ley de Newton, la ley de reacción, establece que para cada acción existe una reacción igual y opuesta.

COMPOSICIÓN Y RESOLUCIO DE FUERZAS.

Al resolver problemas de biomecánica debemos tomar en cuenta todas las fuerzas que actuan sobre el objeto. El problema puede consistir en analizar un solo sistema de fuerzas o una combinación de sistemas de fuerzas para hacer este análisis se pueden utilizar los procedimientos conocidos como:

a.- composición de fuerzas. Se tienen dos o mas fuerzas que actuan en un mismo plano( coplanare ) y sobre un mismo punto ( concurrentes ) de discho sitema se obtiene una fuerza resultante.

b.- resolución de fuerzas. Este sistema sirve para remplazar una fuerza por sus componentes.

Los dos sistemas se pueden resolver por medio de el metodo grafico o el algebraico.

proceso

entrada

salida

Frontal

Centro de masa de objetos simétricos y asimétricos.

Centro de masa de todo el cuerpo humano