BIOMECANICA [PDF]

Zitiervorschau

2 MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN

1. NOȚIUNI DE BAZĂ ÎN ANATOMIE .PUNCTE CHEIE ÎN BIOMECANICĂ 2. ACTIVITATE STATICĂ. ACTIVITATE DINAMICĂ. 3. ENERGIE, STRES ȘI OBOSEALĂ FIZICĂ

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Nu putem studia ergonomia fără a avea câteva cunoștințe despre om, din punct de vedere fizic. Confortul, oboseala, stresul și durerea sunt, de fapt, fenomene ce se petrec la nivel fizic și percepute de corpul nostru. Dacă ne propunem să înțelegem care este înălțimea optimă a unui scaun de birou și care este relația dimensională a sa cu masa de lucru, pe baza unor coordonate antropometrice, va trebui să ne bazăm pe cunoștințe temeinice de biomecanică. Însăși antropometria se bazează pe cunoașterea sistemelor corpului fizic și funcționarea acestuia după legile fizicii. Biomecanica permite utilizarea calculului matematic în studiul fenomenelor reale complexe datorită modelelor pe care le creaza. Astfel, cu ajutorul noțiunilor, conceptelor și metodelor din cinematică, cinetică și dinamică, pot fi determinați parametrii mișcării, unele categorii de forțe și momente, poate fi realizat bilanțul energetic al sistemului, poate fi stabilitș distribuția de tensiuni și deformații din diferitele secțiuni ale corpului analizat. 1. NOȚIUNI DE BAZĂ ÎN ANATOMIE. PUNCTE CHEIE ÎN BIOMECANICĂ Omul este un sistem complex format din subsisteme care lucrează împreună realizând cel mai impresionant organism viu. Din punct de vedere al științei ergonomiei, pentru studii și concluzii în proiectare și design ne interesează trei sisteme principale ce acționează după legile fizicii mecanice: 

sistemul nervos, care asigură comanda și controlul, pe baza informațiilor corespunzatoare;



sistemul muscular, care primește comanda si realizeaza forța motrică a mișcării;



sistemul osteo-articular, care realizează mișcarea în anumite limite, direcții și segmente determinate.

Mai precis, suntem în lumea biomecanicii. ”Biomecanica este o știință a naturii care studiază legile obiective ale mișcării, corpurilor materiale vii si ale structurilor care contribuie la aceste mișcări. Etimologic, termenul biomecanică are la origine cuvintele din limba greaca “bios”(viață) și “mekhanikos” (plin de resurse, inventiv, ingenios)1

1

www.etymonline.com – Online Etymology Dictionary.

2

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Biomecanica este o știință interdisciplinară și se bazeaza, în principal pe trei domenii de studiu: anatomia umană, fizica mecanică și fiziologia. Din punct de vedere anatomic, biomecanica pune accent pe câteva sisteme: 1. sistemul muscular 2. sistemul osos 3. sistemul de circulație sangvină 4. sistemul cardio-respirator Sistemul muscular, împreună cu sistemul osos, formează aparatul locomotor, responsabil cu mișcarea corpului uman, cu pozițiile și posturile acestuia pe baza cărăra se calculează standardele ergonomiei.

1.1. Sistemul muscular Mușchii

constituie

circa

45%

din

greutatea corpului omenesc. Fiecare mușchi se compune din fibre musculare a căror lungime poate varia de la 0,5 la 14cm. Diametrul fibrei musculare oscileaza în jurul a 1/20mm. Numarul fibrelor musculare poate varia între 100 mii la 1 mil. Fasciculul de fibre formează la capete tendoane dure și neelastice care fixează mușchiul de oase. Contractilitatea este cea mai importantă proprietate

a

mușchiului

și

este

capacitatea de a se contracta a fibrei

3

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

musculare. Contracția fibrei musculare este declanșată prin excitații nervoase pornite de la celulele nervoase motrice din creier. Forța musculară rezidă în contractarea fibrelor musculare care compun mușchii. În medie, forța absolută a mușchiului uman este de 4kg/cm2, secțiune transversală de mușchi. Adică un cmp de mușchi poate purta o greutate de până la 4 kg. Mușchiul se contractă atunci când ridicăm o greutate, de exemplu. Travaliul prestat de mușchi este direct proporțional cu lungimea mușchiului. Când vom stabili traiectoria mișcării prin care se va exercita o contractare a mușchilor, vom ține seama să acționăm mai mult mușchii mai lungi, pentru a avea o eficiență maximă. De aceea se și utilizează în practică coapsele și brațele, pentru că acolo sunt situați mușchii lungi. 1.2. Sistemul osos Funcțiunile oaselor (scheletului) sunt:  conferă corpului o formă și un suport;  reprezintă pârghiile cu rol în mișcare;  formează cavități de protecție (cutia craniană,

canalul

vertebral,

cutia

toracică, bazinul);  depozit de săruri minerale; 

loc de inserție pentru mușchi;

 conferă poziția bipedă a omului. Osul este format din 60 % - substanțe anorganice (în special fosfat de calciu) și 40 % substanțe organice (în special oseină). În corpul uman se găsesc 206 de oase.

4

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Oasele scheletului sunt împărțite în 5 grupe principale: I. oasele lungi, - alungite, cu rolul de a prelua și amortiza șocurile. Oasele lungi sunt mai compacte decât celelalte oase. Din această categorie fac parte oasele membrelor, precum femurul, tibia și falangele. II. oasele scurte, care sunt mai puțin compacte, destul de subțiri și destul de mici. Exemple sunt: oasele carpiene și metacarpiene, vertebrele. III. oasele neregulate, care au forme și dimensiuni variate cum sunt: oasele bazinului sau rotula. IV. oasele late sunt oase subțiri, curbate, de dimensiuni mici. Exemple: oasele pieptului, oasele craniului. V. oasele pneumatice sunt situate în jurul foselor nazale, frontal, maxilar, sfenoid, etnoid. Un aspect important pentru ergonomie, în studiul anatomiei umane îl au:  articulațiile- legăturile dintre oase și  ligamentele- legăturile dintre oase și mușchi

1.3. Articulațiile Oasele scheletului sunt unite prin articulații. Deși este necesară o articulare solidă, în același timp, unele oase trebuie să fie capabile de mobilitate unul în raport cu celălalt. Aceste articulații ne permit o gamă variată de mișcări și fac din schelet un sistem foarte mobil.2 Sursa: wikipedia.org

2

http://omenesc.ro/osos-articulatii.html

5

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Articulațiile sunt împarțite în două categorii principale :  mobile sau sinoviale Articulațiile sinoviale permit o gamă largă de mișcări și sunt delimitate de un înveliș numit sinovial. 

fixe sau fibroase. Mobilitatea articulațiilor fibroase este limitată de prezența țesutului fibros.

Pe lângă aceste două tipuri, unele articulații ale corpului se formează între os și cartilaj. Deoarece cartilajul este foarte flexibil, el permite un grad deosebit de mișcare în absența unei membrane sinoviale. Articulațiile dintre coaste și stern sunt exemple de articulații cartilaginoase. Înțelegerea sitemului de articulații este importantă pentru studierea ergonomică a mișcării și poziției membrelor corpului uman. De asemenea este bine de știut că aceste articulații sunt uzate în timp de mișcările executate repetat. Atunci când proiectăm un instrument de lucru sau un spațiu de lucru, unul dintre factorii la care este necesar să ne raportăm este protejarea stresului în articulații. Acesta se realizează prin conceperea unor mișcări alternative, cu grad moderat de flexibilitate și o traiectorie cât mai simplă. În general, așa cum este și ușor de imaginat, o traiectorie complicată a mișcării și o forță aplicată constant uzează articulația. Alți factori care contribuie la stresul articular sunt cei de mediu. O umiditate mare, o temperatură ne-echilibrată, o presiune nepotrivită, contribuie, alături de uzura fizică în timp și de motivații genetice, la afecțiuni articulare. Prin proiectare vor trebui înlăturați sau ameliorați și factorii care contribuie la afecțiuni osteo-articulare. 1.4. Cartilajele Cartilajele sau zgârciul constituie componenta moale, rezistentă, dar în același timp flexibilă, a scheletului corpului. La adulți se găsește mai ales articulații, acoperind extremitățile osoase și în alte puncte strategice ale scheletului, unde netezimea și flexibilitatea sunt necesare în cel mai înalt grad. Structura cartilajului nu este aceeași în tot scheletul. Aceasta variază în raport cu funcțiile specifice pe care le îndeplinește. Toate cartilajele sunt compuse dintr-o structură de bază,

6

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

sau matrice, în care sunt incluse celulele, și din fibre constituite din proteine denumite colagen și elastină. Consistent acestor fibre variază în diferite tipuri de țesut cartilaginos, dar toate se aseamăna prin faptul ca nu conțin vase sanguine. În funcție de caracteristicile fizice, țesutul cartilaginos se împarte în cartilaj hialin, cartilaj fibros și cartilaj elastic. 1.5. Ligamentele Oasele unei articulații sunt acționate de către mușchi. Aceștia se leagă de articulații prin tendoane lipsite de elasticitate. Ligamentele, care au o elasticitate redusă, conectează oasele articulare și le mențin poziția prin limitarea mișcărilor. Fără ligamente, oasele ar putea fi foarte ușor dislocate. Ligamentele se găsesc, de asemenea, la nivelul abdomenului, unde au rolul de a menține poziția unor organe cum ar fi ficatul sau uterul, în același timp permițând un grad de mobilitate necesar pentru modificările care apar în cursul alimentației, digestiei și sarcinii. Și la nivelul sânilor există ligamente constituite din fibre fine care susțin greutatea acestora. De obicei, devenim conștienți de existența unui ligament atunci când acesta este lezat. O luxație sau o entorsă de ligamente poate fi tot atât de dureroasă ca o fractura a osului. Ligamentele sunt o formă de țesut conjunctiv. Țesutul cartilaginos al ligamentelor este format, în principal, din colagen și din elastină. În majontatea ligamentelor, acest țesut este așezat ordonat în fascicule fibroase. Aceste fascicule de fibre sunt dispuse în diverse direcții, în funcție de solicitările la care sunt supuse. În ligamentele cu o formă cilindrică, fibrele sunt dispuse longitudinal și rezistă la întindere. Alte ligamente, care au rolul de a preveni mișcarea laterală a articulațiilor, sunt dispuse sub forma unei rețele încrucișate de fibre. Mușchii acționează grupat la nivel articulațiilor, unii prin contracție și alții prin relaxare, permițând mișcările oaselor. Ligamentele funcționează în concordanță cu acești mușchi, prevenind mișcări în amplitudini excesive. Ligamentele nu sunt capabile de contracție, fiind o structură statică și pasivă. Ele pot fi întinse de către mișcările articulațiilor și devin din ce în mai tensionate, până ce mișcarea nu mai este posibilă. Există ligamente inserate între două porțiuni ale aceluiași os, nefiind afectate de mișcări. Ele protejează și mențin poziția unor structuri importante, vasele sanguine și nervii. O mișcare nepotrivită, adică, prelungită în timp sau de o forță prea mare de presiune asupra membrului respectiv, poate leza ligamentul. Se poate ajunge la întindere sau chiar la rupere

7

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

de liigament. Refacerea lui durează câteva luni și presupune încetarea, în primul rând, a mișcării care l-a afectat apoi repaus ușor. Cele mai cunoscute exemple sunt întinderile de ligamente la sportivi. De asemenea un ligament afectat poate diminua forța mușchiului său ceea ce-i scade performanța. Tocmai de aceea calculul poziției și a traseului de efort va ține cont și de protejarea ligamentelor, adică de tipurile de mușchi acționate. 1.6. Coloana vertebrală  Coloana cervicală Compusă din 7 vertebre. Corpul vertebrei cervicale este mic, alungit transversal. Este regiunea care permite atat o mare stabilitate cat si o mare mobilitate cu limitarea usoara a inclinarilor laterale.

 Coloana dorsală Compusă din 12 vertebre Teoretic pentru coloana dorsala sunt posibile toate miscarile, dar practic exista o mare limitare datorita cutiei toracice.

Dintre sistemele osoase este foarte studiat

din

ergonomic

punct cel

de al

vedere coloanei

vertebrale. Coloana este cel mai important segment al aparatului locomotor de care sunt legate toate celeleate părți componente. Rolul

coloanei

vertebrale

este

crucial: 1.

Protecția maduvei învelită

de meninge se realizează anterior  Coloana lombară Compusă din 5 vertebre

de corpurile vertebrale iar posterior

Caracteristicile de compoziție permit miscari de flexie/ extensie cu o buna amplitudine, îinclinare laterală si rotatii limitate.

2.

de arcurile vertebrale. Rolul static

În ortostatism coloana vertebrală reprezită un ax ce susține capul, trunchiul și membrele superioare;

 Sacrum 1 os sacru și cocige

ea transmite apoi greutatea la bazin

și

membrele

inferioare.

Mărimea vertebrelor lombare se explică deci prin greutatea pe care trebuie să o susțina. Curburile sagitale au rolul de a mări rezistența coloanei vertebrale. Coloana vertebrală poate prezenta și curburi patologice, ca urmare a exagerării curburilor normale. Cifoza patologică se caracterizează prin accentuarea convexității posterioare, iar lordoza patologică prin accentuarea convexității anterioare.

8

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Scolioza este exagerarea curburilor în plan frontal. Curburile patologice pot fi congenitale sau dobândite, pot influența negativ dezvoltarea și funcționarea unor viscere. 3.

Rolul biomecanic

Coloana vertebrala este antrenată în mișcări numeroase și ample datorită cărora corpul are o mare mobilitate. Aceste mișcări vor fi comentate în acest capitol. Coloana vertebrală este formată dintr-un lanț de oase mici denumite vertebre (în număr de 24) și formează axul central al scheletului. Este deosebit de solidă, dar, deoarece este o tijă formată din segmente mici, în loc să fie un os unic, este, de asemenea, foarte flexibilă. Acest lucru ne face capabili să ne aplecăm înainte și să ne atingem degetele de la picioare, dar și să ne menținem poziția ortostatică. Vertebrele protejează, de asemenea, măduva spinării, dispusă în canalul vertebral. Extremitatea inferioară coloanei vertebrale este denumită coccis. La unele animale, cum ar fi câinii, pisicile, este mult mai lung și formeaz coada. Presiunile exercitate asupra corpurilor vertebrale acționează mai întâi asupra discurilor. Discurile intervertebrale ( fibrocartilaje ) au forma unor lentile biconvexe, de înălțime variabilă ( C = 3 mm, T = 5 mm, l = 9 mm ), reprezentând ¼ din înălțimea corpului vertebrei. Ele prezintă o porțiune centrală plină cu lichid ( nucleu pulpos ) și un inel fibros periferic. În regiunile cervicale și toracale, discurile sunt mai înalte în porțiunea anterioară, iar în regiunile lombare sunt mai înalte în zona posterioară. Odată cu vârsta ele se reduc prin deshidratare, de aceea se scade în înălțime. Discul vertebral este fragil și tinde să îmbătrânească prematur datorită unor condiții mecanice improprii în activitatea statică sau dinamică. Apar astfel fisuri fine prin care migrează nucleul pulpos. Simptomatologia apare mai ales în flexie, când discul este comprimat anterior și nucleul este împins posterior, comprimand elementele nervoase de la acest nivel, fenomenul putând ajunge la hernie de disc (hernia nucleului). Urmările sunt:  tensionarea cronică sau brutală a ligamentelor vertebrale longitudinale posterioare având ca echivalent clinic ″lumbago″.  compresiunea elementelor nervoase situate în canalul rahidian, în principal a nervului sciatic ale cărui rădăcini ies la nivelul lombar inferior. De aceea în transportul obiectelor grele trebuie evitată flexia vertebrală, aceasta realizânduse prin flexia coapselor și a genunchilor. De asemenea este necesară o mare atenție în flexia vertebrală lombară în cadrul diferitelor tehnici corporale.

9

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Se deosebesc cinci tipuri generale de posturi: 1. Spatele normal : prezintă curburi normale- "drepți gimnastic" Verticala din față trece prin varful nasului, împarte sternul în două părți egale, se suprapune simfizei pubiene și cade la mijlocul distanței dintre cele două plane. 2. Spatele rotund: convexitatea dorsală coboara în regiunea lombară; concavitatea lombară se micșorează. Bazinul este ușor înclinat înainte și în jos. Linia verticală a gravitației este proiectată anterior, capul e înclinat anterior. Postura este tipică celor ce au depus eforturi fizice grele de ridicare. 3. Spatele plat ( plan ) : se caracterizează prin ștergerea curburilor toracale și lombare. Linia verticală a gravitației este nemodificată. Omoplații proemină posterior. Este predispus la scolioze cu evoluție gravă. 4. Spatele concav plan: dispare curbura toracală cu accentuarea concavității, anteproiecția și anteînclinarea bazinului (postura rea). 5. Spatele concav rotund: se caracterizează prin accentuarea convexității toracale și a concavității lombare (postura foarte rea).

10

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

2. Activitate statică. Activitate dinamică Solicitările musculare sunt de două feluri: statice și dinamice. Între cele două tipuri de travalii sunt deosebiri în activitatea mușchilor, implicațiile asupra circulației sanguine și a echilibrului cardio-vascular. 

În travaliul muscular dinamic se succed ritmic stări de tensiune cu cele de relaxare a mușchiului. Țesutul mușchiului acționează ca o pompă asupra circulației sangvine. Contracția mușchilor produce pomparea sângelui. Relaxarea sa duce la umplerea mușchiului cu sânge. Prin acest proces mușchiul este irigat cu sânge de la 10 la 20 de ori decât în poziția de repaos. O activitate dinamică de intensitate normală executată în ritm corespunzător poate fi prelungită în timp.



În travaliul muscular static - mușchii se mențin în stare de contracție pentru o perioadă mai lungă. Un exemplu simplu este însăși poziția ortostatică ce solicită grupe musculare de la gambă, coapsă, șolduri, spate.

În poziția așezat, efortul static este anulat și solicitările musculare sunt reduse. În postură culcat (clinostatică) aproape toate travaliile musculare sunt anulate și de aceea este indicată pentru odihnă. Exemple de activități statice: lucrul ortostatic, ținerea îndelungată a unui obiect, rezistența opusă unei forțe, lucrul cu mâinile suspendate, mișcările foarte lente, lucrul aplecat.

2.1. Mișcarea corpului omenesc Mișcarea unui corp reprezintă acțiunea de deplasare a respectivului corp datorată interacțiunii tuturor forțelor care actioneaza asupra lui. Mișcarea corpului poate fi cuantificată prin valorile, modificate în timp, ale unor coordonate față de un sistem geometric de referință. În funcție de modul în care se desfășoară mișcarea, se disting trei planuri principale: 1. Planul sagital Planul sagital este cel care divide corpul într-o parte stangă și într-o parte dreaptă. Prin extensie numim planul sagital orice plan paralel cu cel sus menționat.

11

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

El este planul în care se execută mișcările vizibile din profil , în jurul unui ax transversal (frontal) . O mișcare în plan sagital ce duce o regiune a corpului anterior față de poziția anatomică se numeste flexie. Exemplu: flexia antebrațului Excepție fac: → anteproiecția pentru umăr(considerat complex articular) → flexia dorsală pentru picior → extensia pentru gambă . O mișcare în plan sagital ce duce o regiune a corpului posterior față de poziția anatomică se numește extensie. 2. Planul frontal Planul frontal este cel care divide corpul într-o parte anterioară și una posterioară. Este planul în care se fac mișcările vizibile din față în jurul unui ax sagital (anteroposterior). O mișcare în plan frontal care duce o regiune a corpului spre linia mediană a corpului se numeste adducție. Exemplu: adducția bratului, sau aplecarea în față. Pentru trunchi și gât o mișcare în plan frontal se numește înclinare laterală. Exemplu: înclinare laterală dreapta. Pentru degete, linia mediană dreapta a corpului este înlocuită de axa mâinii sau a piciorului. 3. Plan orizontal Planul transversal este cel care împarte corpul într-o parte superioară și una inferioară. Este planul în care se realizează mișcările vizibile de sus sau de jos în jurul unui ax vertical ( longitudinal ). O mișcare în plan transversal care duce o parte a corpului în exterior se numeste rotație externă. Exemplu: rotația externă a coapsei. O mișcare în plan transversal care duce o parte a corpului în interior se numește rotație internă. Exemplu: rotația internă a brațului. Pentru antebraț rotația externă se numește supinație, iar rotația internă pronație.

12

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Pentru trunchi rotațiile se realizează la stânga sau la dreapta. În afara acestor mișcări mai există un tip de mișcare complexă numită circumducție. În cadrul acestei mișcări, segmentul trece succesiv prin pozițiile de flexie, abducție, extensie, adducție și revine la poziția de flexie. Ea se poate executa și invers cu punct de plecare din orice poziție. Se mai descriu și mișcări speciale în cadrul cărora se înscriu mișcările de inversiune și eversiune ale piciorului. Inversiunea reprezintă mișcarea prin care se ridică marginea medială a piciorului ( flexia plantară, adducția și supinația piciorului) iar eversiunea este miscarea inversă. Protracția reprezintă mișcarea prin care o parte a corpului se deplasează spre anterior intrun plan paralel cu cel al solului, în timp ce retractia este mișcarea inversă. Un alt grup de mișcări este cel al ridicarii si coborarii unui segment al corpului (mandibula, umeri). Determinarea acestor planuri de mișcare este importantă în studierea tipului de mișcare și acțiunea ei asupra membrelor corpului. O altă coordonată a mișcării este traiectoria ei, locul geometric al pozițiilor succesive pe care le ocupă un punct material în decursul timpului, în raport cu un sistem de referință dat. Traiectoria unui punct poate fi o curbă spațială sau plană.

Rotația brațelor copilului generează o traiectorie curbă spațială.

În imagine este exemplificată traiectoria palmei care în acest caz este curbă plană.

13

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

exemple de mișcări în plan sagital: flexia piciorului și extensia brațului

abducția/adducția brațului în plan coronal

Planurile de mișcare în biomecanică, Sursa: wikipedia.com

rotirea capului definește o mișcare în plan orizontal/transversal

Gradul de confort în mișcare este determinat de: 1. Relația dintre planul în care se desfășoară mișcarea 2. Traiectoria ei 3. Viteza mișcării 4. Gradul de repetabilitate (dacă este sau nu) 5. Ritmul de repetabilitate 6. Forța care acționează în timpul mișcării în plus față de cea a greutății proprii

14

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

2.2. Mișcări specifice coloanei vertebrale Fiecare articulație intervertebrală are miscarile ei proprii, reduse. Mișcările coloanei vertebrale sunt în întregime rezultanta mișcărilor parțiale. Acestea sunt flexia, extensia, înclinarea laterală, rotirea, circumducția. 1.Flexia – mișcarea de înclinare anterioară. Discurile intervertebrale sunt comprimate anterior și se înalță posterior. Nucleul se deplasează spre posterior. Toate ligamentele situate posterior de corpul vertebral sunt puse în tensiune, cele situate anterior se relaxează. 2. Extensia – mișcarea de înclinare posterioară. Discurile intervertebrale se turtesc posterior si se înalță anterior, nucleul este împins spre anterior; ligamentele anterioare sunt tensionate iar cele posterioare relaxate. 3. Inclinarea laterala se face prin turtirea discului de aceeasi parte, înalțimea crește de partea opusă, spre care este impins și nucleul. Sunt tensionate ligamentele de partea opusă și relaxate cele din partea înclinată. În executarea acestor mișcări coloana vertebrală functionează ca o pârghie de gradul III. 4.Rotația se execută în jurul unui ax vertical ce trece prin centrul discului. Fibrele discului sunt torsionate; discul poate scadea în inaltime, poate să apară compresia nucleului. Toate ligamentele sunt torsionate. Toți acești factori combinați dau un anumit grad de confort ergonomic și ne preocupă în proiectare și design. Să luăm activitatea pe care o face o secretară ce aranjează scrisorile și cărțile pe rafturi. În proiectarea ergonomică a spațiului ei de lucru ne punem problema dimensionării corecte a câtorva obiecte de mobilier: biroul, rafturile de depozitare a obiectelor enumerate mai sus. Pentru acest lucru vom ține cont de: 

Planurile în care se execută mișcările-în cazul de față acesta este unul sagital: aplecări și ridicări în fața ei - rafturile vor fi așezate într-o poziție frontală față de ea



Traiectoria pe care o face va trebui să fie cât mai simplă, adică cu poziții cât mai lipsite de contosionări, vom avea grijă la accesul rafturilor

15

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2



De câte ori este nevoită să facă această mișcare determină înălțimea de la care se ridică și ajung rafturile, astfel încât ea să facă un numă minim de aplecări sb nivelul centrului de greutate, ceea ce ar spori stresul dat de propria greutate asupra zonei lombare.



Ce anume va ridica și va aranja secretara va determina locul unde acele obiecte să fie puse: cu cât sunt mai grele, ele vor fi asezate mai jos.

Mișcarea poate fi analizată fie:  fără a ține cont de cauze, respectiv forțe, ci doar pe baza unor considerații geometrice - cinematică, sau  ținând cont de interactiunea tuturor forțelor care acționeaza asupra corpului- analiza dinamică. În cazul corpului uman, se poate considera fie mișcarea întregului corp, privit ca un tot unitar, fie mișcarea diferențiată a diferitelor segmente sau ansambluri de segmente ale corpului. Față de o direcție dată în spațiu există doua mișcări elementare, respectiv:  mișcarea de translație; 

mișcarea de rotație.

Mișcarile corpului uman sunt, în majoritatea situațiilor, combinații ale celor două mișcări elementare față de diversele axe ale sistemului de referință geometric considerat. În biomecanică un sistem de referință mobil își are originea, în mod obișnuit, în centrul de greutate al corpului, deplasându-se odată cu mișcarea corpului. Un astfel de sistem de referință se mai numește sistem de referință relativ sau cardinal. Forțele care sunt aplicate oaselor, cartilajelor, ligamentelor, tendoanelor și mușchilor produc în interiorul acestora și stări locale de presiune, denumite și tensiuni, în funcție de care sistemul dat poate fi considerat  traumatizat,  normal sau  performant.

16

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

2.3. Posturi Postura reprezintă poziţia adoptată de operatorul uman în realizarea activităților, pentru a obţine eficienţa maximă, simultan cu un consum minim de energie. Solicitarea posturală ia în considerare toate eforturile ce apar în sistemul om-maşină-mediu, în timpul desfăşurării proceselor productive. Cele mai frecvente posturi sunt: •poziţia şezând (sedentară), •poziţia ortostatică (în picioare), • poziţia clinostatică (culcat) şi •poziţia mixtă (alternativă). Studiile asupra acestor posturi au evidenţiat că deosebirile dintre ele, sub aspect fiziologic, sunt condiţionate de: •consumul de energie reclamat, •gradul de solicitare al aparatelor circulator şi respirator, •de contribuţia aparatului osteoarticular, a sistemului muscular şi nervos la menţinerea poziţiei. Toate acestea determină şi anumite stări psihice cum sunt: • senzaţia de comoditate, • confort, destindere sau, din contră •senzaţia de tensiune psihică şi oboseală. Principala condiţie pe care trebuie să o îndeplinească poziţia de lucru este ca aceasta să fie o poziţie normală, ceea ce corespunde unei aplecări în faţă cu cel mult 10…15 grade, fără aplecare înapoi sau lateral.

Principalul obiectiv al studiului solicitării posturale este reducerea inconfortului în activitate şi creşterea productivităţii prin eliminarea pauzelor de odihnă a diferitelor segmente ale corpului omenesc, pauze ce intervin pe parcursul unei zile de muncă.

17

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Studiul solicitării posturale a determinat aprecierea acestora în cinci clase, fiecăreia corespunzându-i un nivel postural (Np), astfel: 

Np = 1 solictarea posturală foarte uşoară care cuprinde acţiuni în poziţie şezând pe scaun ergonomic, care poate alterna liber cu postura orto-comodă;



Np = 2 solicitarea posturală uşoară corespunzătoare adoptării poziţiei şezând obligatorie pe scaun ergonomic, fără posibilitatea de alternare a poziţiei în picioare; sau muncă în poziţie orto-obligatorie, fără aplecări, fără ridicări de greutăţi sau ridicări sporadice de greutăţi mici (5,8 … 13kg);



Np = 3 solicitare posturală medie corespunde unei munci în poziţie ortoobligatorie, cu aplecări sau torsiuni sporadice ale trunchiului, cu ridicarea unor greutăţi;



Np = 4 solicitare posturală ridicată în cazul unor munci în poziţie ortoobligatorie, cu aplecări, torsiuni frecvente. În acest caz apare efortul static prelungit şi ridicarea, transportul unor greutăţi mari, în limite admise;



Np = 5 solicitare posturală foarte ridicată în cazul muncii în poziţie ortostatică, cu ridicarea unor greutăţi ce depăşesc valorile limită admise (de exemplu: muncă în poziţie clinostatică în mine, urcat pe stâlpi, pe acoperiş, legat cu chingi).

2.3.1. Poziţia şezând prezintă următoarele avantaje: •

Oboseală redusă, operatorul uman putând lucra atât cu membrele superioare cât şi cu cele inferioare un timp îndelungat;

•

Stabilitatea şi echilibrul corpului sunt foarte bune, evitându-se poziţiile nefireşti;

•

Oferă posibilitatea de a acţiona simultan şi/sau succesiv cu membrele inferioare în execuţia unor comenzi;

•

Conferă membrelor superioare precizie în coordonarea mişcărilor;

•

Consumul de energie este redus;

•

Uşurează activitatea aparatului circulator. Dezavantaje poziției șezând sunt:

•

Slăbirea muşchilor abdomenului, curbarea spatelui şi apariţia unui disconfort cervical;

•

Defavorizarea organelor interne ale aparatului digestiv şi respirator, în ceea ce priveşte funcţionarea acestora;

•

Disfuncţionalităţi circulatorii la nivelul membrelor inferioare (umflarea picioarelor, furnicături, varice).

18

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Figura următoare exemplifică problemele acestei posturi.

19

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

2.3.2.

Poziţia

mixtă

sau

alternativă

dă

posibilitatea alternării solicitării statice şi dinamice a muşchilor la nivelul membrelor inferioare, datorită posibilităţii oferite operatorului uman de a schimba postura ortostatică cu cea şezând, pe toată perioada programului său de muncă. În consecinţă, operatorul realizează unele operaţii în picioare, iar apoi ocupă poziţia şezând pentru altele. Datorită alternării posturilor se minimizează efectele dezavantajelor poziţiilor şezând şi ortostatică, dar efectul avantajelor asupra corpului omenesc se amplifică.

2.3.3. Poziţia ortostatică are următoarele dezavantaje: 

Îngreunarea circulaţiei sanguine în întreg organismul şi în special la nivelul membrelor inferioare;



Greutatea corpului este repartizată pe o suprafaţă mică (baza de susţinere a organismului este redusă), menţinerea echilibrului este dificilă;



Efortul cerebral este amplificat datorită necesităţii menţinerii echilibrului întregului organism în poziţie verticală;



Îndemânarea mâinilor scade, deci şi precizia mişcărilor este mai mică;

Dacă postura este de durată poate conduce la deformaţii ale sistemului osos (osteoarticular), tulburări ale sistemului vascular şi la nivelul organelor interne. Folosirea poziţiei ortostatice este recomandată în următoarele situații: 

Amplitudinea mişcărilor de muncă este mare (în afara sferei maxime de lucru);

20

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2



Dimensiunile dispozitivelor de comandă sunt mari;



Forţa de acţionare reclamată în procesul de muncă este mare



Spaţiul de amplasare al dispozitivelor informative şi de comandă este vast, datorită numărului lor mare



Nu există un spaţiu prevăzut pentru degajarea picioarelor şi adoptarea unei poziţii şezând comodă;



Există posibilitatea de modificare a poziţiei în timpul muncii.

21

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

3. Energie, stres și oboseală fizică 3.1. Energie fizică Travaliul muscular poate avea loc în urma transformării energie chimice în energie mecanică, altfel spus, energia mecanică dezvoltată în contracția musculară, este generată de sursele și rezervele stocate în mușchi. Sursele energetice directe apar în urma unor combinații ale fosforului, glucozei și oxigenului, aduse de sânge. Datorită oxigenului glucoza este descompusă treptat, transformânsu-se în acid lactic, apă și acid carbonic, proces compplex, generator de energie, datorită căruia aportul sanguin contribuie decisiv la eficiența mecanismului muscular. În timpul efortului muscular necesitățile cantității de sânge cresc de la 10 până la 20 de ori. Factorii ce sporesc energia sunt: 

hrana bine dozată calitativ și cantitativ



durata și intensitatea normală a activității



ambianța fizică corespunzătoare



odihna și repaosul



ambianța psihică potrivită



instruirea și antrenamentul

Factorii cu influență pozitivă măresc resursele generale de energie vitală. Solicitările datorate activităților fizice, cerebrale sau nervoase, sunt canalele prin care se consumă resursele de energie. 3.2. Stres și factori de stres fizic. Oboseală fizică În corpul omului care desfășoară activități fizice se produc diferite fenomene interioare care duc la apariția, la un moment dat, a senzației de reducere temporară a facultăților fizice și psihice, tendințe spre inactivitate, fenomene manifestate prin senzația de oboseală. Prin oboseală înțelegem: ”stare de slăbiciune fizică, nervoasă sau cerebrală, exteriorizată sau interiorizată, imaginară sau reală care micșorează capacitatea de muncă a omului.” În timpul activităților organismele sunt supuse la solicitări care provoacă oboseală:

22

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2



Solicitări fizice, senzoriale



Solicitări nervoase și cerebrale

Oboseala poate fi studiată sub două aspecte: 

complexitatea și proporțiile acesteia



sursa oboselii

Relativ la complexitatea și proporțiile oboselii, fiziologia este de două feluri: musculară și generală. Oboseala musculară se regăsește în masa musculară suprasolicitată. Oboseala generală este resimțită de întregul organism și se manifestă prin creșterea continuă a tendinței spre inactivitate. Senzația de oboseală are un rol protectiv al organismului care previne suprasolicitarea organismului. Ea dă acestuia răgaz pentru a-și reface capacitatea fizică. Cercetările recente au descoperit că oboseala este o stare care apare la nivelul sistemului nervos central și acționează cu ajutorul sistemului de inhibiție. Starea de oboseală reprezintă un răspuns al organismului la intervenția sistemului nervos central care, prin reacții de inhibiție, permite organismului să se adapteze sau să-și refacă toate funcțiile sale. Organismul se reglează la stimuli conștienți și vegetativi datorită intervenției compensatorii și în funcție de preponderența sistemului de inhibiție sau de activare a creierului, fiind în stare de oboseală sau stare de acțiune, apt pentru eforul fizic sau mental. Starea de oboseală are cauze multiple cu efecte foarte diferite asupra organismului. Oboseala poate surveni în urma solicitărilor: 

consumul direct de energie în urma activităților fizice, cerebrale, solicitărilor nervoase



consumul factorial de energie apărut în urma creșterii consumului direct de energie din cauza influenței negative a unor factori cum ar fi: intensitatea și timpul de desfășurare a activității, mediul ambiental, calitatea și cantitatea necorsespunzătoare a hranei, insuficiența odihnei, ambianță psihică nefavorabilă, lipsa de instruire și antrenament.

Oricare dintre acești factori pot influența organismul, în cazul proporționării corespunzătoare cu nevoile sau limitele de toleranță ale acestuia. Ignorarea acestoi nevoi și limite conduce la creșterea direct proporțională a consumului de energie, oricare din factorii amintiți putând influența capacitatea fizică, mentală și nervoasă a omului.

23

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Oboseala este determinată de natura solicitărilor organismului, astfel încât este de trei feluri: 

fizică ce poate fi : o

dinamică ca rezultat al unui lucru mecanic efectuat îndelung

o

statică - apare în cursul unei inactivități sau a unei posturi în care mușchii sunt solicitați pentru acest efort



senzorială



cerebrală

Travaliul muscular este manifestat prin contracții musculare și este reprezentat de angajarea în efort a diferitelor grupe de mușchi. În timpul contracțiilor musculare se produc procese chimice în urma cărora rezultă energia necesară efectuării lucrului mecanic necesar. După fiecare contracție are loc relaxarea mușchiului timp în care rezervele de energie se refac. Însă, în cazul în care consumul de energie este mai mare decât posibilitatea de recuperare a cestuia, are loc un dezechilibru metabolic manifestat prin micșorarea capacității de efort a mușchiului. După solicitări intense, în mușchiul obosit rezervele energetice (zahăr, oxigen, fosfor) scad și se măresc, în schimb reziduriile (acidul lactic și bioxidul de carbon) care provoacă fenomenul de acidizare a țesutului muscular.

3.2.1. Principii pentru economia mișcărilor și reducerea oboselii

Încă de la Franck Gilbert, pionierul studiului mișcărilor și eficiențețelor acestora pentru ușurarea efortului, s-au pus la punct și utilizat o serie de principii pentru economia mișcărilor și reducerea oboselii. Principiile de economie a mișcării: 1. Mișcările mâinilor să fie simetrice, continue și simultane Omul are o construcție anatomica simetrică și de aceea este firesc să execute mișcări simetrice, deși îndemânarea și forța sa nu sunt egale la ambele părți. De aceea membrele vor executa extrem de dificil mișcări inegale ca greutate și traseu, aritmice și neconcordante.

24

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Un bun exemplu ar fi de exemplu tenisul. Chiar dacă activitatea principală este executată doar de mâna dreaptă, fiecare dintre ceilalți mușchi și membre acționează în concordanță.

Fig. x 2. Mișcările să fie cât mai ușoare, cât mai scurte și cât mai rare. Este bine să se evite schimbările bruște și repezi în cursul mișcării membrelor Mișcările sunt cu atât mai obositoare cu cât sunt utilizate grupe de mușchi importante, numeorase, ce execută trasee lungi. Cele mai ne-obositoare sunt cel scurte, de exemplu din degete sau închieturi periferice dar nici acestea nu trebuie prelungite în timp. Cele mai bune sunt cele alternative, ritmice și simetrice, care folosesc pe cât posibil forța gravitațională. În funcție de zona în care se desfășoară, mișcările pot fi grupate în două categorii: a. mișcări în zona normală de lucru- pe o distanță de max. 39 cm și un unghi închis ce depinde de activitate. Se execută activități de precizie mai mare: bijuterie, tăiere, amestecare etc. Un bun exemplu este călcatul rufelor. În această operațiune se pun multe probleme. Se utilizează greutatea mașinii de călcat care suplinește împingerea. Se calculează înălțimea blatului astfel încât omul să nu stea prea aplecat nici mâinile să nu se îndoaie de la cot. Cele două mâini se ajută reciproc firesc și involuntar. Fierul de călcat se utilizează cu mâna dreaptă care este mai îndemânatică și mai puternică. La început pare simplu să netezești doar cearceafuri dar, în timp este util schimbarea dimensiunii obiectelor și a detaliilor de netezit pentru a schimba grupele de mușchi folosite. Fig. x

b. mișcări în zona maximă de lucru- un unghi deschis, spre 180 grade, cu o amplitudine de 68cm. Se execută activități ce nu necesită așa de mare precizie cum ar fi măturatul.

25

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

3. În orice activitate se va urmări o succesiune logică a mișcărilor Ca să ne edificăm asupra acestui punct am să dau exemplu succesiunea operațiilor necesare preparării hranei: 1. Aprovizionarea 2. Depozitarea 3. Curățarea, spălarea, 4. Tranșare 5. Preparare (amestecare, tăiere, mixare, stoarcere etc) 6. Gătire la cald Este normal ca dispunerea acestor spații de lucru să urmeze un flux de circulație firesc dată de exact această ordine de operațiuni și nu intersectate. De asemeni, în aceste zone se vor așeza obicte potrivite activității. Nerespectarea acestei reguli va duce la dezordine și la o amplificare a volumului de muncă și a lungimii traseelor operaționale. 4. Se va stabili un loc exact și bine deteminat pentru instrumente și materiale de lucru. De aceea există bine-cunoscutul triunghi de lucru la blaturile de bucătărie care reprezintă legătura funcțională dintre: 

Spălător



Mașina de gătit



Frigider

Cu atenție la interacțiunea cu circulația.

Nu există un exemplu mai cunoscut decât activitățile de preparare a hranei care necesită activități diferite și cer un anumit tip de instrumente așezate în locuri

26

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

accssibile, fixe și coerente cu activitatea pe care o deservesc și cu ordinea operațiilor. 5. În activitate se va utiliza efectul gravitației pentru ușurarea efortului Se folosește efectul gravitației îndeobște la acțiunile de evacuare și aprovizionare. Instrumente specifice ar fi tobogane, pâlnii. Dar și mai sus-pomenita mașină de călcat. 6. Principiul grupării- se vor utiliza serii de instrumente care se vor grupa în locuri comprehensive pentru utilizator Tocmai în virtutea acestui principiu este necesară prezența încă din faz de planificare și concept a unui specialist, arhitect sau designer de interior care, împreună cu beneficiarul care își cunoaște procesul muncii, să planifice și organizeze spațiul de lucru după specificul său. Se vor grupa spațiile, emenentele de mobilier, lucru și instrumente după fiecare tip de activitate în parte: aprovizionare, depozitare, încărcare, tăiere, călcare, preparare. 7. Se vor lua măsuri de securitate și de prevenirea riscului de accidente, acesta fiind unul dintre principiile generale ale ergonomiei.

27

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Tabelul următor sintetizează relația dintre activitate și regulile ergonomice pentru diminuare a efortului:

GRUPA ECONOMIA DE MIȘCĂRI ÎN FOLOSIREA CORPULUI

SUBGRUPA MIȘCAREA SIMULTANĂ A MÂINILOR ȘI BRAȚELOR

REGULĂ 1. Începerea și terminarea simultană a mișcărilor pentru ambele mâini 2. Mâinile nu vor rămâne inactive în același timp decât în perioada repaosului 3. Mișcările brațelor să fie simetrice și simultane

CHELTUIELI MINIME DE ENERGIE

4. Mișcările necesare vor pune în acțiune și cele mai mici grupe de mușchi 5. Mișcările continue sunt preferate celor discontinui

UTILIZAREA FORȚEI VITALE

6. Forța vitală va fi folosită în mișcări controlate 7. Mișcările balistice sunt preferate 8. Utilizarea unui ritm repetitiv va ușura munca fizică din pricina impulsului și a mecanicii mentale 1. Toate instrumentele de lucru vor avea un loc fix și cunoscut 2. Materialele și instrumentele vor fi așezate în ordine Utilizarea greutății instrumentelor și a materialelor în activitate

RITMUL

AMENAJAREA LOCULUI DE MUNCĂ

ORDINEA ÎN ZONA DE LUCRU

FOLOSIREA GRAVITAȚIEI

EXEMPLE  Este mai facil să distribui grutatea în două părți egale pe care să le cari cu ambele brațe.  Dacă acest lucru nu se poate, mâna liberă se va mișca pe lângă corp pentru a menține echilibrul și ritmul, în mod simetric, corolat cu cealaltă ocupată Este greu să ridicăm ceva dar este ușor să împingem mousul cu mâna. Este dificil să executăm cu mous-ul mișcări discontinui și este firesc să le face pe cele continui și curbe.

 



Tobogane pentru evacuare Planuri înclinate pentru rostogolirea unor corpuri Coborîrea unor materiale pentru așezarea lor în operă

28

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

ILUMINAREA SUPRAFEȚEI DE LUCRU

CONCEPȚIA INSTRUMENTE LOR DE LUCRU

LIBERTATEA MÂINILOR

COMBINAREA ȘI PREPOZIȚIONAREA

SARCINA DEGETELOR

DIMENSIUNEA ORGANELOR DE COMANDĂ și a INSTRUMENTELOR

Iluminarea se va prevedea în corcondanță cu activitatea executată:  Poziționare  Tip de lumină  Intensitate Pe cât este posibil se vor executa mișcări și cu alte părți ale corpului pentru a scuti cât mai mult mâna. Instrumentele vor fi așezate într-o ordine corespondentă procesului muncii, prestabilită și cunoscută Sarcina degetelor va fi repartizată în funcție de proprietățile mobile ale acestora

  

Concordanța între dimensiunile instrumentelor de lucru, antropologia operatorului și activitatea executată

 

Lampa de birou Lumina generală Spotul de lucru

Liftarea unor obiecte cu instrumente acționate la picior Instrumentele de lucru la desen





Mișcările la executarea unei machete de lucru Activitatea de croire a materialelor Cuțitele de bucătărie Dimensiunile aparaturi electrocasnice

29

MECANICA ȘI ANATOMIA CORPULUI UMAN CAP.2

Bibliografie:



Albu I., Georgia R., ed. Anatomie topografica, Bucuresti, Ed. All, 1994



Baciu, C, Anatomia funcţională şi biomecanica aparatului locomotor, Editura SportTurism, Bucureşti, 1977.



Cerbulescu C, Ifrim M., Maros T., Niculescu Gh., ed. Atlas de anatomie umana, vol.I, Bucuresti, Ed. Stiintifica si Enciclopedica, 1983



4. Cerbulescu C, Ifrim M., Maros T., Niculescu Gh., ed. Atlas de anatomie umana, vol.II, Bucuresti, Ed. Stiintifica si Enciclopedica, 1984



5. Cerbulescu C, Ifrim M., Maros T., Niculescu Gh., ed. Atlas de anatomie umana, vol.III, Bucuresti, Ed. Stiintifica si Enciclopedica, 1985



6. Cordun M., ed. Kinetologie medicala, Bucuresti, Ed. Axa, 1995



Diaconescu N., Rottenberg N., Niculescu V., ed. Ghid de anatomie practica, Timisoara, Ed. Facla, 1988



Nenciu, Georgeta., Biomecanica în educaţie fizică şi sport, Editura Fundaţiei România de Mâine, 2008.

30