Biomecânica

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Rafaella Monteiro 
Educação Física - Noite 2 
 Professor André Matos
Síntese Biomecânica
 A Biomecânica contribui para o entendimento do movimento humano realizado pelo aparelho locomotor como um todo. Isso significa que é também necessário compreender, sob a ótica da Biomecânica, como a estrutura anatômica interfere na capacidade do aparelho locomotor de realizar movimento. De forma a facilitar o estudo, o aparelho locomotor foi didaticamente dividido em: extremidade superior, extremidade inferior e coluna vertebral.
A extremidade superior apresenta ampla variedade e interessantes possibilidades de realização de tarefas motoras, com incríveis capacidades de realização de movimento. Primeiramente, devemos lembrar que a extremidade superior é composta de algumas articulações/estruturas importantes, como: ombro, cotovelo, punho e mão/dedos. Cada uma dessas estruturas apresenta diferentes características biomecânicas que interferem em suas capacidades de realizarem movimento.
Articulação do ombro 
O ombro é o conjunto de articulações responsável por conectar a extremidade superior ao tronco, sendo formado pelas articulações glenoumeral, acromioclavicular, esternoclavicular e escapulotorácica, além dos músculos que agem sobre ele, garantindo dinamismo e mobilidalidade. 
É exatamente essa composição de quatro articulações, e seus componentes associados agindo em conjunto, que confere ao ombro mobilidade maior que a permitida por qualquer uma das articulações menores individualmente. 
Principais músculos do complexo do ombro e suas respectivas ações
O deltóide se apresenta como um importante e bastante solicitado músculo da articulação do ombro.
Um complexo composto de quatro músculos merece destaque: é o manguito rotador. Formado pelos músculos subescapular, supraespinhal, infraespinhal e redondo menor, o manguito rotador contribui de forma importante para a rotação do úmero e, ao mesmo tempo, forma uma cobertura colagenosa ao redor da articulação glenoumeral, circundando o ombro por quase todos os lados.
O peitoral maior e a porção anterior do deltóide são as musculaturas que mais contribuem para a realização da adução horizontal. Já a abdução horizontal é gerada principalmente pelos músculos infraespinhal e redondo menor e por porção posterior do deltóide.
Cada ação articular efetuada pelo complexo do ombro é caracterizada por determinada capacidade de produzir força.
O conhecimento acerca da anatomia, funcionalidade e características biomecânicas do ombro é de suma importância porque nos permite analisar e entender o movimento ou atividade de interesse; compreender os aspectos funcionais do movimento; identificar aspectos relevantes para o treinamento e fortalecimento da articulação, como os músculos mais solicitados em diferentes movimentos e a forma como trabalham; e, consequentemente, entender os riscos e mecanismos de lesão dessa articulação.
Sendo assim, apesar de apresentar a maior mobilidade do aparelho locomotor, essa característica causa ao ombro considerável instabilidade e suscetibilidade a lesões. Logo, o fortalecimento dos músculos, ligamentos e estruturas que formam o complexo do ombro é de suma importância para a sustentação, estabilização e proteção dessa articulação.
Articulação do cotovelo
O complexo do cotovelo é uma articulação consideravelmente estável, bem estruturada e com boa sustentação ligamentar e muscular. Tem como principal função viabilizar o movimento do antebraço, por intermédio de sua ligação ao braço, e é vital para auxiliar o ombro na aplicação de força e no controle do posicionamento da mão no espaço. Para cumprir seu papel, o cotovelo é formado por três articulações: a umeroulnar, a umerorradial e a radioulnar.
Diferentemente do ombro, o complexo do cotovelo possui mobilidade e amplitude de movimento mais limitada. Com apenas dois graus de liberdade, os movimentos do cotovelo restringem-se à flexão e extensão, no plano sagital, e pronação e supinação, no plano transversal.
Para que os movimentos realizados na articulação do cotovelo sejam possíveis, diversos músculos cruzam essa articulação.
Os músculos bíceps braquial, braquial e braquioradial, flexores do cotovelo, tornam-se mais efetivos no movimento à medida que a flexão do cotovelo aumenta.
A musculatura flexora do cotovelo possui grande capacidade de produzir força. Em comparação aos extensores, os músculos flexores exibem força igual ao dobro da força apresentada pelos seus antagonistas, o que os torna vocacionados à tração ao invés de impulsão.
O cotovelo é uma articulação envolvida em diversas tarefas motoras, desde movimentos do cotidiano, como apoiar-se para levantar de uma cadeira ou carregar uma sacola de compras, a gestos esportivos, como o arremesso, a rebatida no tênis ou o levantamento de peso olímpico. Para facilitar a compreensão, ilustraremos a contribuição da Biomecânica na análise do movimento tratando de uma tarefa já abordada previamente, que é o arremesso. Embora o ombro seja uma articulação muito solicitada nesse gesto, como vimos anteriormente, o movimento do arremesso também é determinado pela ação do complexo do cotovelo.
Embora seja uma articulação bastante estável e bem estruturada, o complexo do cotovelo apresenta situações de vulnerabilidade e é submetido a grandes cargas durante a realização das atividades físicas e esportivas, o que o predispõe a certos tipos de lesões.
Articulação do punho e segmento mão
A última região que compõe a extremidade superior é formada pela articulação do punho e dedos da mão. O uso das mãos está relacionado a tarefas finas e que dependem da ampla variedade das posturas dos dedos. Por sua vez, as posições adotadas pelas outras articulações que compõem o membro superior interferem nas atividades manuais. O punho é exatamente a articulação responsável por conectar a mão com o restante da extremidade superior. O punho e a mão são formados pelas seguintes articulações: radiocarpal, mediocarpal, intercarpal, carpometacarpal, metacarpofalângica e interfalângica
O complexo articular do punho e mão é responsável pela geração de uma força essencial para diferentes tipos de tarefas motoras do cotidiano e esportivas: a força de preensão.
A capacidade de produzir força de preensão pelo punho e mão é influenciada pela posição articular das estruturas envolvidas.
O punho e as mãos estão envolvidos em ampla variedade de tarefas e movimentos, tanto da vida diária como de modalidades esportivas. Em todas essas tarefas, a capacidade de produzir força e o resultante potencial lesivo disso é bastante considerável.
Extremidade inferior
Para compreender os movimentos executados pela extremidade inferior, é necessário conhecer suas características anatômicas e biomecânicas. A extremidade inferior é composta de algumas articulações/estruturas importantes, como quadril, joelho, tornozelo e pé. Embora a extremidade inferior funcione como uma cadeia, na qual uma parte influencia a outra, e que o movimento da extremidade inferior seja resultado da atuação dessas estruturas em conjunto, cada articulação será analisada separadamente.
Articulação do quadril
O complexo do quadril é um dos principais e maiores complexos articulares do nosso corpo, responsável por conectar as extremidades inferiores ao tronco. É formado pelo cíngulo do membro inferior (veja a figura a seguir), conhecido também como citura pélvica, que consiste na união fibrosa de três ossos: o ílio (parte superior), o ísquio (parte posteroinferior) e o púbis (parte anteroinferior). A conexão entre os lados direito e esquerdo da pelve é feita por intermédio da sínfise púbica.
O complexo do quadril é uma articulação capaz de realizar movimento em três direções, apresentando, assim, grande mobilidade e amplitude de movimento (veja a figura a seguir). No plano sagital, o quadril apresenta amplitude de movimento de 70º a 140º para a flexão e de 4 a 15º de hiperextensao. 
A mobilidade do complexo articular do quadril depende do esforço de ampla gama de músculos que trabalham nessa articulação.
Principais músculos do complexodo quadril
A maior capacidade de produção de força na articulação do quadril ocorre na ação de extensão, com a somatória do esforço de duas musculaturas poderosas, o glúteo máximo e os isquiotibiais.
A articulação do quadril possui fundamental importância em diversos exercícios, tarefas motoras e gestos esportivos. Contudo, sua relevância e contribuição para os movimentos de locomoção merece ser destacada.
Possivelmente devido às suas características estruturais e anatômicas, a articulação do quadril apresenta a menor incidência de lesões no membro inferior. A lesão traumática é principalmente oriunda de quedas, sendo o principal mecanismo de fraturas na articulação. A região mais afetada nesses casos é o colo do fêmur, e acometendo em grande parte os idosos devido à alta incidência de osteoporose.
Das lesões de tecidos moles, as mais comuns na articulação do quadril são as tendinites, especialmente de glúteo médio, a bursite e a distensão dos músculos isquiotibiais. 
Articulação do joelho 
A articulação do joelho é uma das mais importantes do aparelho locomotor. Ao cumprir a função de conectar a coxa à perna, a articulação do joelho cumpre também a grande responsabilidade de ser a principal articulação envolvida na sustentação do corpo e na absorção de choque mecânico, com capacidade para suportar enormes cargas. O complexo do joelho é uma articulação sinovial, com dois graus de liberdade de movimento (realiza flexão e extensão e também rotação), e que é composta de três articulações dentro de sua cápsula articular: a tibiofemoral, a patelofemoral e a tibiofibular superior.
A articulação tibiofemoral, também conhecida como articulação do joelho propriamente dita, articula os dois mais longos e fortes ossos do corpo humano: o fêmur e a tíbia.
O côndilo lateral do fêmur localiza-se basicamente alinhado com o fêmur, é mais achatado, porém, mais saliente anteriormente, a fim de manter a patela em seu devido lugar, e possui maior área de superfície. Em contrapartida, o côndilo medial é mais longo na direção anteroposterior, projeta-se num sentido longitudinal-medial, ao passo que faz angulação em afastamento do fêmur na parte posterior, e está alinhado com a tíbia.
Outra importante estrutura que compõe a articulação tibiofemoral é o menisco. Os meniscos são discos fibrocartilaginosos em formato de meia-lua que se localizam entre a tíbia e o fêmur. Mais especificamente, os meniscos situam-se aderidos firmemente à superfície dos côndilos da tíbia por intermédio dos ligamentos coronários.
Os meniscos têm o fundamental papel de distribuir melhor as cargas incidentes no joelho, ampliando a superfície de recebimento da carga, aumentar a estabilidade da articulação e auxiliar na absorção de choques mecânicos.
Muitos ligamentos cruzam a articulação do joelho de forma a garantir estabilidade à articulação.
Os ligamentos colaterais situam-se nas bordas da articulação.
Os ligamentos cruzados localizam-se no interior da articulação e executam o controle dos movimentos anteroposteriores e rotacionais da articulação. 
A segunda articulação a compor o complexo do joelho é a articulação patelofemoral.
O ângulo Q (discutido de maneira bastante breve na abordagem da articulação do quadril) é o fator determinante do posicionamento da patela e alinhamento do membro inferior no plano frontal.
Encerrando a formação do complexo do joelho, a última articulação a ser apresentada é a tibiofibular.
A flexão de joelho é acompanhada de rotação interna da tíbia com relação ao fêmur. 
Como apontado, diversos músculos cruzam a articulação do joelho, conferindo-lhe mobilidade e capacidade de absorver carga.
Principais músculos do complexo do joelho
A ativação dos flexores do joelho está relacionada à realização da flexão em tarefas motoras realizadas em cadeia cinética aberta, ou seja, sem o apoio dos pés no solo, ou ao controle da extensão de joelho em movimentos rápidos, atuando de forma excêntrica. 
Em geral, os músculos extensores do joelho possuem maior capacidade de produzir força que os flexores durante toda a amplitude de movimento, atingindo seu pico a 50-70º de flexão de joelho.
O joelho é uma articulação ativa e essencial na grande maioria dos movimentos e gestos esportivos realizados pelos membros inferiores. Para ilustrar sua contribuição na realização de movimentos e habilidades motoras, traremos a análise biomecânica de sua atuação durante a locomoção e na ação de levantar um peso do solo.
Os traumas são as principais causas de lesões nos ligamentos e geralmente ocorrem devido à aplicação de forças de torção ao membro, oriundas de movimentos de rotação. De forma simples, todo giro realizado sobre um membro que esteja participando da sustentação da carga torna o joelho vulnerável a lesões ligamentares.
Articulação do tornozelo e segmento pé
A estrutura anatômica formada pelo tornozelo e pé encerra a complexa composição da extremidade inferior do aparelho locomotor humano. São cerca de 26 ossos, 30 articulações, mais de 100 ligamentos e 30 músculos atuando, de forma harmoniosa, nesse conjunto articular para que os movimentos possam ser executados.
O tornozelo é capaz de manter-se estável quando grandes cargas são recebidas pelo membro, esteja ele parado ou em movimento.
O tornozelo apresenta movimentos em um único plano (sagital) a partir de um eixo de rotação médio-lateral que cruza os dois maléolos. Os movimentos realizados pelo tornozelo são a dorsiflexão (quando o pé se movimenta na direção da perna ou a perna se movimenta em direção ao pé) e flexão plantar (quando o pé se afasta da perna ou a perna se afasta do pé).
A segunda articulação que compõe o complexo articular do tornozelo e pé é a articulação subtalar, também conhecida como talocalcânea.
A terceira articulação principal do tornozelo e pé é a mediotarsal. Essa articulação é formada pela combinação de outras duas articulações menores: a articulação calcaneocuboidea (região lateral do pé) e a articulação talonavicular (região medial do pé).
Devido a sua complexidade estrutural e anatômica, a funcionalidade do pé pode ser alterada consideravelmente por qualquer variação no alin
hamento do membro inferior ou como resultado de movimentos anormais nesse segmento.
Em conjunto, os músculos intrínsecos do pé funcionam como importantes estabilizadores do pé e têm papel essencial na sustentação do peso corporal e de cargas externas.
A articulação do tornozelo e pé está intimamente ligada aos movimentos de locomoção e de sustentação do peso corporal.
As estruturas do tornozelo e pé estão anatomicamente interligadas, de forma que a carga se distribui uniformemente sobre o pé durante a sustentação do peso corporal e cargas externas. 
Toda tarefa realizada com os pés no solo solicita considerável esforço da articulação do tornozelo e pé, mesmo que seja apenas para a sustentação do corpo.
Coluna vertebral
O tronco se apresenta como uma importante região do aparelho locomotor composta de inúmeros ossos, articulações e músculos responsáveis por parte considerável da sustentação e estabilização do corpo e pelo elo mecânico entre a extremidade superior, extremidade inferior e cabeça. Sendo o maior segmento do corpo, desempenha papel vital tanto nos membros inferiores como nos superiores, pois sua posição determina e pode alterar significativamente a funcionalidade dos membros.
O tronco possui três junções: a cervicotorácica, a toracolombar e a lombossacral . As regiões cervical e lombar apresentam maior mobilidade, enquanto as regiões torácica e pélvica são mais rígidas.
O disco intervertebral é composto de duas estruturas funcionais: o ânulo fibroso e o núcleo pulposo.
De forma geral, o disco intervertebral funciona de três formas: de forma hidrostática quando está saudável; com flexibilidade ao ser submetido a baixas cargas; e com rigidez quando cargas mais intensas são aplicadas.
Embora a amplitude de movimento para cada região que forma a coluna seja diferente e a possibilidade de movimento entre as vértebras seja mínima, a coluna vertebral funcionando como um todo, comsuas estruturas e regiões formadoras trabalhando em conjunto, é a principal responsável pelos movimentos do tronco, garantindo-lhe grande mobilidade e três graus de liberdade de movimento.
O tronco pode executar movimentos de flexão-extensão, flexão lateral e rotação.
De forma a suportar as grandes cargas às quais é submetida, a região lombar exibe as maiores vértebras da coluna. Inclusive, a vértebra lombar é a estrutura do sistema esquelético submetida à maior carga.
Principais músculos do tronco
O tronco é uma das regiões mais suscetíveis a dores e lesões devido ao importante papel que desempenha na postura e na sustentação das cargas impostas ao aparelho locomotor.
A degeneração dos discos intervertebrais é outra causa de dores no tronco, ocorrendo de forma gradual em decorrência do processo de envelhecimento.
BIOMECÂNICA DO TECIDO MUSCULAR
Dos biomateriais mencionados até o momento, o tecido muscular é o de maior importância para proteção dos ossos e articulações por sua capacidade de resistir às forças externas. Além disso, esse é o único tecido do nosso corpo que encurta para produzir o movimento dos segmentos corporais. A capacidade de produzir força muscular ocorre por sua composição e devido à interação entre músculo e sistema nervoso, que aciona a fibra muscular por meio de impulsos elétricos para produzir encurtamento.
As proteínas que produzem o encurtamento das fibras são chamadas de proteínas contráteis; são elas o filamento de actina e a miosina.
As proteínas que produzem o relaxamento das fibras são chamadas de proteínas reguladoras, tropomiosina e troponina.
A troponina é uma proteína globular que possui três moléculas específicas: a troponina T, que se prende à tropomiosina para arrastá-la para fora do sítio de ligação da actina na presença de cálcio intramuscular; a troponina A, que se fixa à actina girando-a em torno de si também na presença de cálcio intramuscular; e a troponina I, que se conecta com as outras duas moléculas e fixa o cálcio disponível no interior do músculo no processo de contração muscular para arrastar a tropomiosina para fora do sítio de ligação da actina e favorecer a conexão entre actina e miosina. A ação de encurtar ou não o músculo é feita pelo sistema nervoso no processo de contração muscular.
O encurtamento das fibras musculares se dá pelo processo de sinapse. O neurônio motor transmite o estímulo elétrico para o músculo quando o PA alcança um canal iônico dependente de voltagem de Ca2+ no telondendro. Este canal se abre e haverá o influxo de Ca2+ no neurônio. As vesículas concentradas no telodendro se deslocarão e se fundirão com a membrana neural para liberação das glicoproteínas (neurotransmissores). No caso dos neurônios ligados ao músculo, estes sempre liberam na fenda sináptica um neurotransmissor excitatório conhecido como acetilcolina.
Para entender como o comprimento da fibra muscular interfere na produção de força, é importante lembrar quais tipos de ação (contração) o músculo executa. São elas: dinâmica excêntrica, dinâmica concêntrica e isométrica.
Quando determinado músculo usa somente as proteínas contráteis de actina e miosina para produzirem o movimento, o comprimento do sarcômero, seja alongado, encurtado ou na condição intermediária, mudará a capacidade de produção de força do tecido muscular.
A importância dos componentes elásticos para o músculo é que eles viabilizam a produção de força potente, eles acumulam e restituem a força elástica em determinado gesto motor e somam essa força à contrátil.
A arquitetura do músculo também é um fator importante para entender sua vocação quanto à produção de força ou de velocidade em um gesto motor.
Apesar das particularidades estruturais e funcionais de cada músculo, os movimentos humanos ocorrem sempre devido à ação conjunta deles. Essas ações caracterizam a função do grupamento muscular, que pode ser de agonista, antagonista, estabilizador ou neutralizador.
A análise de músculos que atuam no movimento para definir suas funções sobre as articulações em dado gesto motor é um dos objetivos da biomecânica. O entendimento dos métodos de investigação que permitem analisar os movimentos é de fundamental importância para conhecer a técnica de execução do gesto e adequar o planejamento do treino físico para aperfeiçoamento técnico.