Biomeccanica

LA RELAZIONE FORZA-VELOCITÀ

Nel 1938 Hill, sulla base di considerazioni teoriche e sperimentali legate alla termodinamica dei muscoli, suggerì che il legame forza-velocità durante contrazioni concentriche tetaniche dovesse essere di tipo iperbolico: forza e contrazione sono legate tramite una serie di MerRipaRO. Dove le costanti a, b e k dipendono dal muscolo e vanno determinate sperimentalmente e v rappresenta la sua velocità di accorciamento. Si tratta di un ramo di iperbole equilatera con asintoti F=-a e v=-b. 0 ≤ F ≤ F0 e 0 ≤ v ≤ v0 (limiti). Questa equazione vale solo per e risulta av0=bF0. Tenendo conto di osservazioni sperimentali si può affermare che valori ragionevoli dei parametri fisiologici stanno spesso nel seguente intervallo di variabilità: 0 ≤ c ≤ 48, 222 ≤ a ≤ 59, 0 ≤ b ≤ -. Velocità massima con cui il muscolo si può contrarre e la forza massima che il muscolo può esprimere. POTENZA MECCANICA SVILUPPABILE I muscoli sviluppano potenza motrice.durante la contrazione concentrica e assorbono potenza resistente durante la contrazione eccentrica (frenano). Assorbono energia metabolica in entrambe le condizioni (non sono reversibili). La potenza è: W = FU. Nel caso di contrazioni concentriche ha un massimo per v/v0 = 0,3 – 0,4. La potenza è un parametro che su alcuni gesti è più significativo di altri -> in una contrazione concentrica (muscolo che esprime forza contraendosi) (eccentrica invece è quella che il muscolo esprime espandendosi) modulando il muscolo attivo e quello resistente io riesco a controllare bene il movimento. In entrambi casi consumo energia, più di quella necessaria per produrre il lavoro utile. Io ho assorbimento di energia quando faccio un certo movimento, quando poi mi rilasso ho semplicemente eliminato il segnale, ma non recupero l’energia -> non è reversibile l’energia che ho consumato per effettuare movimento quando poi ho rilassamento muscolo. Il consumo.

c'è l'ho sia sulla parte motrice che sulla parte resistente.

Modello di Hill a tre elementi

Per comprendere il funzionamento dei muscoli è necessario considerare un modello completo del muscolo che non contiene solo una descrizione della forza generabile in funzione di lunghezza, velocità ed eccitazione ma deve tenere conto dei fenomeni meccanici passivi.

Alcune relazioni che spiegano un fenomeno sono in grado di spiegare anche altri fenomeni, qui il funzionamento di Hill disse che il un sistema meccanico in cui ho delle molle e degli attuatori -> le espressioni sono le stesse=> nostro sistema muscolo-tendineo può essere descritto attraverso un modello meccanico, un'analogia meccanica, in cui ho una molla (rappresenta elasticità filamenti proteici) in serie all'attuatore (rappresenta l'elemento contrattile, la forza in grado di esprimere). Poi a questa serie metto in parallelo un'altra molla->elasticità.

accorciamento/allungamento.

deformazione (comportamento viscoso). La lunghezza del muscolo è la somma della lunghezza di EC e di EES; essendo in serie, la forza trasmessa da questi due elementi è identica. Possiamo quindi scrivere:

INISOMETRICHE CONDIZIONI STATO TETANICO -> La lunghezza utile del sistema muscolo-tendine Im = Iec + CESO + It + ImLees. Dipende anche dall'angolo di pennazione. La forza eccitante Feec = Fec * Es.

Muscolo cardiaco -> non va mai in stato tetanico, continua a crescere la forza che il muscolo esprime senza raggiungere lo stato tetanico, ma si rompe. Anche se questo modello è stato studiato in un certo modo, alla fine lo applico a diversi muscoli con diverse condizioni di contrazione.

CONSUMO E RENDIMENTO ENERGETICO DEI MUSCOLI: Il muscolo consuma energia quando si contrae e non la recupera quando si rilassa, l'energia che produce il muscolo la chiamiamo W. Come si arriva a produrre questa energia -> perché rompiamo l'ATP e liberiamo energia di tipo

biochimico (maggiore dell'energia che produciamo), ci sarà un certo rendimento che chiamiamo rendimento medio (rapporto tra energia meccanica prodotta e energia biochimica consumata), la stessa cosa se andiamo a considerare la potenza => anche qui rendimento (rendimento istantaneo). In contrazione isometrica In teoria non essendoci spostamento non c'è lavoro e quindi il rendimento è nullo. Quanta energia dobbiamo consumare per produrre una certa azione? Energia Wutile daiuscente muscoliproducaenengio Meccarica: Energia biochimica muscolidaiE energiaenRanie consumata: iPotenza Fprodota Vmeccanica : *=, EPotenza Valori sperimentali per muscoli isolati inbiochimica consumata condizioni di carico elevatoE sepenaimemomedio m ≤ 0,25 per contrazione concentricaD = 0 per contrazione isometrica (non si haRspostamento)≤ -1,2 per contrazione eccentricanMovimento sincrono delle braccia ripetuto più volteDurante il sollevamento i muscoli flessori

producono lavoro positivo con contrazione concentrica

Durante l'abbassamento producono lavoro esterno negativo con contrazione eccentrica

W+ = mgh > 0. W- = -mgh < 0. per ogni braccio

m massa movimentata

g accelerazione gravità

h variazione di quota

Consumo energetico totale per un ciclo per un braccio:

e) (N( +1 /NWN 1meE mighW = + = = = + -

Con i valori indicati precedentemente: (s 2)E Signman = + = -il 0

lavoro WW 0 prodoto n&+ + = =-

Abbiamo un bilanciere, facciamo un movimento ciclico di abbassare e rialzare, perciò il lavoro totale è nullo perché alla fine lo spostamento è nullo, in realtà quando tiriamo su facciamo / esprimiamo una certa potenza, facciamo un lavoro maggiore di zero; e quando torniamo giù è lo stesso, facciamo lavoro perché controlliamo il movimento, ci sono sempre i muscoli che lavorano => consumiamo comunque l'energia

Consumo energetico: è la somma delle energie prodotte o consumate sia

Nella fase di sollevamento, sia in cui si riporta in basso il peso, il tessuto miocardico è formato da fibre muscolari striate.

Tra le cellule muscolari cardiache e scheletriche sussiste un certo numero di similitudini: l'indagine microscopica evidenzia anche nel miocardio la presenza dei sarcomeri con i miofilamenti di actina e miosina; come nel muscolo scheletrico, il meccanismo di contrazione è quello degli sliding filaments ed è possibile simulare il comportamento del sarcomero miocardico (non del muscolo intero) con il modello di Hill; i due tipi di muscolo mostrano relazioni forza-lunghezza simili.

Un movimento è fatto di tutti questi gesti che possono non produrre un lavoro globale ma consumano energia.

Il tessuto striato del miocardio è diverso -> fibre più corte (miociti), sono tutte innervate, e pur essendo fibre striate non sono governate (la loro contrazione) dal sistema nervoso volontario ma vengono attivate

Da un generatore di impulsi che sta vicino al cuore (pacemaker primario). C'è nei modelli che abbiamo considerato una teoria che possiamo applicare qua: Ci applichiamo il modello di hill -> Lo studiamo come studiamo il muscolo scheletrico. Tutte le fibre innervate allora si contraggono contemporaneamente tutte. Questi miociti sono tenuti insieme da un fitto reticolo di collagene, non si ferma mai e non si riposa mai. Troppo) >contributo pantedena passivo.

Differenze tra tessuto muscolare cardiaco e quello scheletrico:

1. Il muscolo scheletrico è capace di sostenere una contrazione prolungata in regime tetanico; il muscolo cardiaco non può assolutamente giungere in regime tetanico e la sua contrazione è solo transitoria, per poi rilassarsi nuovamente.
2. La disposizione delle fibre nel miocardio è interconnessa con continue ramificazioni e presenza di abbondanti fibre di collagene, mentre il muscolo scheletrico presenta una configurazione in fibre.

1) Il muscolo scheletrico è costituito da fibre muscolari scheletriche, mentre il muscolo cardiaco è costituito da fibre muscolari cardiache.

2) Il muscolo scheletrico è responsabile dei movimenti volontari del corpo, mentre il muscolo cardiaco è responsabile delle contrazioni del cuore.

3) Nel muscolo scheletrico è possibile trascurare la reazione dovuta alla componente passiva, mentre nel muscolo cardiaco questa gioca un ruolo essenziale.

4) Il tessuto cardiaco è altamente vascolarizzato, con un capillare per ogni cellula.

5) Il meccanismo di eccitazione nel cuore è unico ed intrinseco al cuore stesso, con le fibre che vengono attivate e reclutate tutte insieme con un ordine prestabilito per la contrazione.

6) Il muscolo scheletrico è molto più reattivo, con una velocità di sviluppo della forza a seguito di una stimolazione di un ordine di grandezza superiore al miocardio.

7) Sotto condizioni comparabili, il muscolo cardiaco presenta una rigidezza maggiore rispetto al muscolo scheletrico.

Dal punto di vista fisiologico,

vista funzionale, il tessuto muscolare cardiaco è responsabile della contrazione del cuore, che permette il pompaggio del sangue in tutto il corpo. Questo tessuto è caratterizzato da striature trasversali e da una struttura ramificata, che consente una migliore comunicazione tra le cellule muscolari. Le cellule muscolari cardiache sono mononucleate, il che significa che contengono un solo nucleo. Questo è diverso dal muscolo scheletrico, che ha cellule multinucleate. Le cellule muscolari cardiache sono anche dotate di molti mitocondri, che sono le "centrali energetiche" delle cellule, responsabili della produzione di energia necessaria per la contrazione muscolare. Le arterie che portano il sangue al tessuto cardiaco sono chiamate coronarie. Queste arterie si diramano dal tronco dell'aorta e forniscono ossigeno e nutrienti al tessuto muscolare cardiaco. Il tessuto miocardico è più rigido rispetto al muscolo scheletrico. Questa maggiore rigidità è dovuta alla presenza di una maggiore quantità di collagene nel tessuto miocardico. Inoltre, la struttura del tessuto miocardico è disordinata rispetto al muscolo scheletrico, il che conferisce al cuore la sua caratteristica forma tridimensionale. In conclusione, il tessuto muscolare cardiaco è un tessuto specializzato che permette al cuore di contrarsi ripetutamente per tutta la vita. Questo tessuto è caratterizzato da cellule muscolari mononucleate, dotate di molti mitocondri, e da una struttura rigida e disordinata. Le arterie coronarie forniscono il sangue al tessuto muscolare cardiaco, garantendo l'apporto di ossigeno e nutrienti necessari per il suo corretto funzionamento.