Biomecânica 2017.2

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Introdução à Biomecânica
Dr. Renato B. Moraes
Disciplina: Biofísica I
Curso: Medicina
Definição de Biomecânica
CINESIOLOGIA
Kinein” (Mover) + “Logus” (Estudo) = “Estudo do Movimento Humano”
Estrutura e Função do Sistema Músculo Esquelético Humano; acrescentou-se
o estudo dos princípios mecânicos aplicados ao movimento humano
(Biomecânica);
BIOMECÂNICA
“Biomecânica é a ciência que examina as forças que agem sobre e dentro de 
uma estrutura biológica, bem como os efeitos produzidos por tais forças”
“Biomecânica é a ciência que estuda as estruturas e funções de sistemas 
biológicos, utilizando o conhecimento e os métodos da mecânica”
Interação física entre o sistema biológico e 
o meio ambiente
•Estrutura do meio ambiente – forma e estabilidade.
• Forças externas – orientação em função da gravidade, 
velocidade do movimento etc.
• Estrutura do sistema – disposição óssea, atividade 
muscular resultante, organização segmentar do corpo, 
escala ou tamanho, integração motora.
• Estado psicológico – atenção, motivação.
• Tarefa – estrutura para a organização do movimento.
Assuntos mais freqüentemente 
abordados
• Função dos músculos, ligamentos, tendões, cartilagens
• Forças atuantes sobre estruturas específicas dos 
sistemas biológicos
• Movimentos do corpo e dos segmentos corporais
• Fatores que influenciam o desempenho do corpo 
humano
Um pouco de história
Em todos os períodos da história da
humanidade, pensadores se preocuparam em
entender o funcionamento e o movimento
dos corpos biológicos:
Hipócrates (V a.C.), Aristóteles (IV a.C.), Arquimedes (VI
a.C.), Galeno (II a.C.), Da Vinci (XV), Vesalius (XVI), Galileu
(XVII), Descartes (XVII), Borelli (XVII)
Borelli (1608-
1679)
“Pai” da 
Biomecânica
Sec XVIII e XIX – Fundamentos da mecânica, 
do cálculo e do método experimental
Newton, Leibenitz, Lagrange, Hamilton, 
Sec XIX – Análise cinemática da marcha, 
bioeletricidade
Sec XX – Biomecânica como disciplina 
universitária, aplicações práticas, modelagem 
matemática, instrumentação, simulação 
computacional
MÉTODOS E TÉCNICAS
– QUALITATIVA
– QUANTITATIVA
– PREDITIVA 
Abordagens para a análise
“Observação sistemática e julgamento da qualidade do
movimento humano, com o propósito de melhorar o
desempenho”
(Knudson e Morrison, 1997)
observação
avaliação
Análise qualitativa
• “Sistema Dartfish”
sobreposição de
imagens
acompanhamento
dos movimentos
– aquisição de dados para avaliação
– Descrição prévia ou enquadramento lógico
– Aplicação do “modelo determinístico”
Análise quantitativa
Célula de carga
Dinamômetro 
isocinético
Plataforma de 
força
Dinamometria
Eletromiografia
Ultrassonografia
Cinemetria
Grandes áreas da Biomecânica
Sistemas músculo-esqueléticos
- Estática
- Cinemática
- Dinâmica
- Cálculo de forças internas no aparelho 
locomotor
- Estudo da geometria do aparelho locomotor
- Mecânica muscular
Controle de movimento
- Interação do sistema nervoso com o 
aparelho locomotor
- Estratégias de controle do SNC
- Controle em malha aberta / malha 
fechada
Reabilitação
- Diagnóstico e reabilitação de pacientes
- Subsídios para indicação de tratamentos 
cirúrgicos e fisioterápicos
- Estimulação Elétrica Neuro-muscular
- Dispositivos de auxílio sensorial
- Biofeedback 
Análise de Marcha
- Reabilitação da marcha.
- Próteses, órteses
- Teste de calçados
Biomecânica ortopédica
- Propriedades mecânicas dos materiais 
biológicos
- Biomecânica da fratura
- Biomecânica articular
- Implantes de fixação óssea
Biomecânica esportiva
- Desempenho atlético
- Fortalecimento e alongamento
- Fisiologia do exercício e gasto energético
- Calçados e equipamentos esportivos
Biomecânica computacional
- Simulção do sistema músculo-esquelético
- Neuromecânica
- Teoria da elasticidade aplicada (grandes 
deformações, envelhecimento, cirurgia 
plástica)
Anybody, Opensim
Outros tópicos
- Ergonomia
- Segurança veicular
- Interação dinâmica homem-máquina
- Robótica de reabilitação
- Interações com a fisiologia muscular
• Resistência de um corpo à variação de velocidade;
• Tendência a manter-se em repouso ou em movimento constante;
• Depende da quantidade de matéria (massa).
Inércia
• Medida de velocidade dos corpos
• Movimento e velocidade são indissociáveis 
Movimento
Q = m x V
Momentum de um corpo
(quantidade de movimento)
• Influência externa que rompe a inércia - Isaac Newton
(século 17);
• 1ª lei de Newton: Todo corpo tende a manter sua
velocidade constante.
Força
• Grandeza escalar: Apenas valor numérico (intensidade
ou módulo);
• Grandeza vetorial: intensidade, direção e sentido.
Grandeza escalar x grandeza vetorial
Força resultante
Um corpo só é capaz de se acelerar quando 
a força resultante for diferente de zero.
2ª lei de Newton
3ª lei de Newton
A toda ação, corresponde uma reação, com 
mesma direção, porém com sentido contrário.
Tipos de força
•Força de campo
•Força de contato
•Força nuclear
Força nos fluidos
Tem inercia
Conteúdo x Continente
Grau de Fluidez
Fatores extrínsecos a natureza da matéria
Grau de entropia
Tensão
•Força que tende a produzir ruptura
•Força de reação a uma tração
•Depende da natureza do continente ou de uma estrutura
Tensão e Pressão
• Determinantes da função dos sistemas
• Elasticidade
• Complacência ou Capacitância 
Movimentos
Simples – Reflexo Miotático
Mais Complexos
Forças que atuam sobre o corpo
• Gravitacionais
• Eletromagnética
• Nucleares fortes
• Nucleares fracas
Forças derivadas
• Elástica
• De contato
• Musculares
• Moleculares 
Força de Atrito
• Força de contato
• Força de atrito estático
• Força de atrito dinâmico
Forças Elásticas: Osso
• Esforços deformantes
– Tração
– Compressão
– Flexão
– Torção
Ossos
• Forças Intrínsecas x Forças Extrínsecas
• Resistência Física x Resistencia Fisiológica
– Matriz Inorgânica
– Matriz Orgânica 
Matriz Inorgânica 
• Rigidez
• Resistencia 
compressiva
• Carbonato de cálcio
• Fosfato de Cálcio
• Cristais de 
hydroxiapatita
Matriz Orgânica 
• Fibras de colágeno
• Água 
Propriedade Viscoelástica dos 
ossos
• Presença de cristais de hydroxiapatita
– Resistência a compressão
• Colágeno
– Resistência a tração
• Arranjo das laminas trabeculares
– Resistência física
Linhas de Tensão e Compressão
• Estruturas ósseas
• Resistência dos ossos
• Esforços de tração e compressão
Força necessária para quebrar
• Resistência do osso
• Aplicação da força
• Energia elástica
Osso Compacto
• Densidade
• Resistência
• Forças de Compressão x Tração x Torção
Força Muscular: Tecido Muscular 
Esquelético
• Converte energia em movimento
• Capazes de crescer com os exercícios
Energia Química = Energia Mecânica + Energia Térmica
Efeitos do alinhamento das Fibras
• Gerar potência e movimento
• Manter a postura
Exercício em sala(dissertação)
• 1) Diferencie Cinesiologia de Biomecânica.
• 2) Quais as principais propriedades mecânicas dos ossos?
• 3) Explique a propriedade anisotrópica dos ossos.
• 4) Qual a relação existente entre zona elástica, zona plástica e 
fraturas?
• 5) Numa fratura, que forças podem ser aplicadas sobre os 
ossos? Cite e explique.
• 6) Como podem ser classificadas as fraturas?
Exercício em sala
"Artigo: Análise Biomecânica das fraturas do fémur: Um estudo preliminar de umahaste intramedular bloqueada."
1)O que são fraturas? Como elas ocorrem?
2)Qual o efeito mecânico da fratura?
3)Cite e explique os tipos de fraturas, de acordo com o sistema 
de classificação de fraturas discutido no artigo.
4)Qual a vantagem biomecânica da haste intramedular?
5)O que foi concluído sobre a biomecânica da haste 
intramedular?
6) Diferencie cinesiologia de biomecânica.
Exercício II
Artigo: Propriedades mecânicas do tecido ósseo: Uma revisão bibliográfica.
1) Defina Biomecânica.
2) De que trata a lei de Wolff?
3) Defina o que é força e como ela age nos tecidos biológicos.
4) O que é força máxima e qual a sua relação com a força de rompimento?
5) Diferencie sobrecarga, tensão e estresse de compressão e distensão.
6)Qual a relação entre amplitude elástica e limite elástico?
7)Explique como ocorre hipertrofia óssea.
8)Qual a relação entre estímulos mecânicos e osteoporose?
• AMADIO, Alberto Carlos; BARBANTI, Valdir J. A biodinâmica do movimento 
humano e suas relações interdisciplinares. In: A biodinâmica do 
movimento humano e suas relações interdisciplinares. Escola de Educ. 
Física/USP, 2000.