Biomechanica – samenvatting theorie
Hoofdstuk 1: inleiding tot biomechanica
Biomechanica: definiëring en domeinbepaling
Biomechanica: toepassing van de principes van de mechanica (steunt op de wetten van Newton) op biologische
systemen:
a) bewegingsleer
b) wetenschap die de beweging van de gewrichten, spieren en ledematen van mens en dier bestudeert
c) wetenschap die zich bedient van de klassieke Newtoiaanse mechanica om de bewegingen van gewrichten,
spieren en ledematen te bestuderen
“bio” – “mechanica”
Analyse van de vorm en functie van het musculoskeletaal apparaat (Newtoniaanse mechanica)
Kinesiologie (bewegingsleer)
Omvat: biomechanican L.O., inspanningsfysiologie, motorisch leren, pedagogie en sportpsychologie
Kinematica -> beschrijven van verplaatsing, snelheid en versnelling
Kinetica
Oorzaken van krachten en momenten
(statica: geen versnellingen, dynamica: versnellingen)
Biomechanica laat je toe om houdings- en bewegingskenmerken die je observeert kwantitatief uit te drukken.
Biomechanische principes spelen dan ook een belangrijke rol bij;
- verbeteren sportprestaties
- op punt stellen van sportuitrusting
- voorkomen van sportletsels
- ergonomie
- revalidatie en rehabilitatie
- behouden van fysieke fitness
- plannen van interventies
- ontwerpen van orthesen en prothesen
Neuromechanica
Probeert te begrijpen hoe spieren, zintuigen, motorische patronen en hersenmechanismen samenwerken om een
gecoördineerde beweging te producerenn
- op complex terrein
- geconfronteerd met verstoringen
biomechanica binnen de opleiding revalidatiewetenschappen en kinesitherapie
(bewegingsbeschrijving – kinematica + kracht en momentwerking in het menselijk lichaam (kinetica)
Relevante parameters om bewegingen van het menselijk lichaam te beschrijven;
Gewrichtshoek, segmenthoek, segmentlengte en hun afgeleiden (snelheid + versnelling)
Begrijpen hoe lichaam in staat is om bepaalde houdingen aan te nemen:
Kracht- en momentwerking rond een gewricht beschouden (belangrijke begrippen; segmentaal zwaartepunt, massa,
massamiddelpunt en momentarm + werking hefbomen in menselijk lichaam)
Dynamische situaties (aandacht voor traagheid, inertiemoment en impuls)
,de neuromechanische visie op beweging
Drie niveau’s die een rol spelen bij het tot stand komen van beweging:
1. neurale controle: processen in centrale zenwstelsel, bijdragen aan controle van beweging
(informatieverwerking, selectie van strategie, planning van beweginsuitvoering, uitsturen van commando’s naar het
musculuoskeletale systeem)
2. mechanica controle: musculoskeletale syteem; beweging = resultaat van het evenwicht tussen de
gegenereerde spierkrachten en andere interne (wrijving, contactkrachten, trekkrachten in pezen en ligamenten)
en externe (de zwaartekracht, contactkrachten, de grondreactiekracht) krachten. Mechanische eigenschappen
(massa, inertie, fysiologische kenmerken van de spier) zijn mede bepalend voor het bewegingsresultaat
3. collective output: niveau van uiteindelijke beweegingsresultaat, het collectieve resultaat van alle
bovenliggende controle processen (neuraal + mechanisch) Elke actie is een combinatie van
bewegingscoördinatie en houdingsregulatie
Inzicht verschaffen in processen van neurale controle = domein van neurowetenschappen.
Biomechanica heeft een substantiële en relevante bijdrage in het beschrijven van de collectieve output en het
verschaffen van inzichten in het niveau van mechanische controle.
(biomechanica = dicipline die toelaat om menselijke bewegingen te beschrijven, analyseren en beoordelen)
Kinematica levert een beschrijving van het bewegingspatroon. Bewegingen worden beschreven adhv lineaire of
angulaire positie, snelheid en versnellingen van het lichaam of lichaamssegmenten.
(anatomische markeerpunten: lichaamszwaartepunt, massamiddelpunt van een segment, rotatiecentrum van een gewricht,
proximale of distale uiteinden van lichaamssegmenten of belangrijke anatomische referentiepunten)
Kinetica = verwerven van inzichten in de oorzaken van de bewegingen, het zijn krachten en krachtmomenten die
beschouwd worden als directe oorzaken van beweging. Kinetische (dynamische) analyses brengen inzicht in de
mechanismen van de beweging, de bewegingsstrategieën en mogelijke compensaties door het neurale systeem.
Koppeling tussen geleverde kracht (krachtmoment) en het uiteindelijke bewegingsresultaat wordt bepaald door de
vormeigenschappen van het menselijk lichaam: de afmetingen, massa en inertiële eigenschappen van het lichaam en
de lichaamssegmenten.
antropometrie is het meten van menselijke lichaamsafmetingen, kinematica is het beschrijven van verplaatsing,
snelheid en versnelling, kinetica zijn de oorzaken van krachten/momenten -> statica (gn versnelling en dynamica
(versnelling)
,Biomechanisch model -> gebruikt om op basis van kinematische gegevens (posities, snelheden en versnellingen van
anatomische referentiepunten) in combinatie met data over externe krachten -> de interne gewrichtsreactiekrachten,
gewrichtsreactiemomenten, de mechanische energie en het vermogen de berekenen.
Op basis van beschikbare kinetische gegevens wordt een model ontwikkeld dat antwoord op;
“Wat zou er gebeuren als …” (bijvoorbeeld de krachtoutput ter hoogte van een bepaald segment gewijzigd wordt, de insertie
van een spier verplaatst wordt)
Deze manier van synthese (of foward modellering) heeft potentieel maar vereist dat er zeer accurate modellen van
het menselijk lichaam gebruikt worden, om tot bruikbare voorspellingen te komen.
Hoofdstuk 2: meetsystemen
Kwantitatieve beschrijvingen: wanneer er bewegingspatronen of geleverde krachten gemeten worden en zo de
beweging geanalyseerd kan worden
(om deze doelen te realiseren moeten posities, snelheden, versnellingen, en krachten gemeten kunnen worden)
Meten van beweging
Kinematica (systemen die ons toelaten om het bewegingspatroon te beschrijven):
directe meettechnieken en beeldvormingstechnieken
Directe meettechnieken -> geen verdere verwerking nodig
= (hoek)positie (goiniometer) of versnelling (de accelerometer)
Een (electro)goniomter = elektrische potentiometer, vastgemaakt aan het lichaam om hoekuitwijkingen te meten.
(één arm vastgemaakt aan lichaamssegment, andere aan aangrenzende ligaamssegment, de as van de goniometer wordt
bevestigd thv de gewrichtsas)
De hoekuitwijkingen zijn relatieve hoekuitwijkingen van het ene segment ten opzichte van het andere, de
goiniometer geeft niet de absolute hoekpositie van het gewricht.
Voordelen van (elektro)goniometers: Nadelen van (elektro)goniometers:
- Relatief goedkoop - Hoek die de goniometer weergeeft is de
- Uitgestuurde signaal is onmiddellijk bruikbaar relatieve beweging van het ene segment ten
voor registratie of voor verwerking (direct) opzichte van het andere, niet de absolute
- Grootte van de rotatiehoek die de goniometer positie van een segment
weergeeft is onafhankelijk van het vlak waarin - Aanbrengen van de goniometer neemt tijd en
de rotatie wordt uitgevoerd precisiewerk
- Tijdens een beweging kan de geassocieerde
beweging van vet en spieren de positie van de
goniometer ten opzichte van het gewricht
wijzigen
- Meerdere goniometers vastgemaakt?
verschillende armen van toestellen en kabels
elkaar storen
Meer complexe goniometers zijn nodig voor complexe gewrichten, de goniometer modelleert het gewricht als een
scharnier
, Acceleromters zijn toestellen die de versnelling van een segment meten.
F=mxa
Als de versnelling van een segment a is en de massa van dat segment m (tweede wet van Neton)
Omwille van de traagheid (eerste wet van Newton) zal de massa m in de accelorometer bij een versnelling zorgen
voor een vervorming van het piëzo-elektrische materiaal.
Kristallen van bepaalde materialen zullen bij vervorming (druk) een spanningsverschil (voltage) opwekken
: piëzo-elektrisch materiaal
Dit voltage V is proportioneel aan de vervorming onder invloed van de kracht; omdat de massa m constant blijft, is
het voltage V dus ook proportioneel aan de versnelling a.
Straing gauges = elektrische circuits waarvan de weerstand verandert onder invloed van vervorming en er ook een
spanningsverschil ontstaat.
Een belangrijke beperking van accelerometers is dat zij enkel versnellingen meten die loodrecht staan ten opzichte
van het toestel (enkel de normaalcomponent wordt geregistreerd) Dit beperkt hun gebruik tot bewegingen waarvan de
richting net al te drastisch veranderd.
Voordelen van accelerometers: Nadelen van accelerometers:
- Relatief goedkoop - De versnelling die wordt gemeten is afhankelijk
- Klein en eenvoudig van de positionering op het segment
- Meten in ‘real time’ en in het dagelijks leven - De validiteit en betrouwbaarheid van de
- Laten monitoring toe van fysieke activiteit, gegevens die uitgelezen worden is sterk
slaap, step count, etc. afhankelijk van de algoritmes die meegeleverd
- Het uitgestuurde signaal is onmiddellijk worden
bruikbaar voor registratie of verwerking
Op basis van accelerometer data kan de fysieke activiteit van personen in het dagelijks leven opgevolgd worden
Afhankelijk van het gebruikte systeem en de positionering van het toestelletje, kan de activiteit herkend worden en
kunnen bepaalde kenmerken (staplengte, stap frequentie) berekend worden.
Hoofdstuk 1: inleiding tot biomechanica
Biomechanica: definiëring en domeinbepaling
Biomechanica: toepassing van de principes van de mechanica (steunt op de wetten van Newton) op biologische
systemen:
a) bewegingsleer
b) wetenschap die de beweging van de gewrichten, spieren en ledematen van mens en dier bestudeert
c) wetenschap die zich bedient van de klassieke Newtoiaanse mechanica om de bewegingen van gewrichten,
spieren en ledematen te bestuderen
“bio” – “mechanica”
Analyse van de vorm en functie van het musculoskeletaal apparaat (Newtoniaanse mechanica)
Kinesiologie (bewegingsleer)
Omvat: biomechanican L.O., inspanningsfysiologie, motorisch leren, pedagogie en sportpsychologie
Kinematica -> beschrijven van verplaatsing, snelheid en versnelling
Kinetica
Oorzaken van krachten en momenten
(statica: geen versnellingen, dynamica: versnellingen)
Biomechanica laat je toe om houdings- en bewegingskenmerken die je observeert kwantitatief uit te drukken.
Biomechanische principes spelen dan ook een belangrijke rol bij;
- verbeteren sportprestaties
- op punt stellen van sportuitrusting
- voorkomen van sportletsels
- ergonomie
- revalidatie en rehabilitatie
- behouden van fysieke fitness
- plannen van interventies
- ontwerpen van orthesen en prothesen
Neuromechanica
Probeert te begrijpen hoe spieren, zintuigen, motorische patronen en hersenmechanismen samenwerken om een
gecoördineerde beweging te producerenn
- op complex terrein
- geconfronteerd met verstoringen
biomechanica binnen de opleiding revalidatiewetenschappen en kinesitherapie
(bewegingsbeschrijving – kinematica + kracht en momentwerking in het menselijk lichaam (kinetica)
Relevante parameters om bewegingen van het menselijk lichaam te beschrijven;
Gewrichtshoek, segmenthoek, segmentlengte en hun afgeleiden (snelheid + versnelling)
Begrijpen hoe lichaam in staat is om bepaalde houdingen aan te nemen:
Kracht- en momentwerking rond een gewricht beschouden (belangrijke begrippen; segmentaal zwaartepunt, massa,
massamiddelpunt en momentarm + werking hefbomen in menselijk lichaam)
Dynamische situaties (aandacht voor traagheid, inertiemoment en impuls)
,de neuromechanische visie op beweging
Drie niveau’s die een rol spelen bij het tot stand komen van beweging:
1. neurale controle: processen in centrale zenwstelsel, bijdragen aan controle van beweging
(informatieverwerking, selectie van strategie, planning van beweginsuitvoering, uitsturen van commando’s naar het
musculuoskeletale systeem)
2. mechanica controle: musculoskeletale syteem; beweging = resultaat van het evenwicht tussen de
gegenereerde spierkrachten en andere interne (wrijving, contactkrachten, trekkrachten in pezen en ligamenten)
en externe (de zwaartekracht, contactkrachten, de grondreactiekracht) krachten. Mechanische eigenschappen
(massa, inertie, fysiologische kenmerken van de spier) zijn mede bepalend voor het bewegingsresultaat
3. collective output: niveau van uiteindelijke beweegingsresultaat, het collectieve resultaat van alle
bovenliggende controle processen (neuraal + mechanisch) Elke actie is een combinatie van
bewegingscoördinatie en houdingsregulatie
Inzicht verschaffen in processen van neurale controle = domein van neurowetenschappen.
Biomechanica heeft een substantiële en relevante bijdrage in het beschrijven van de collectieve output en het
verschaffen van inzichten in het niveau van mechanische controle.
(biomechanica = dicipline die toelaat om menselijke bewegingen te beschrijven, analyseren en beoordelen)
Kinematica levert een beschrijving van het bewegingspatroon. Bewegingen worden beschreven adhv lineaire of
angulaire positie, snelheid en versnellingen van het lichaam of lichaamssegmenten.
(anatomische markeerpunten: lichaamszwaartepunt, massamiddelpunt van een segment, rotatiecentrum van een gewricht,
proximale of distale uiteinden van lichaamssegmenten of belangrijke anatomische referentiepunten)
Kinetica = verwerven van inzichten in de oorzaken van de bewegingen, het zijn krachten en krachtmomenten die
beschouwd worden als directe oorzaken van beweging. Kinetische (dynamische) analyses brengen inzicht in de
mechanismen van de beweging, de bewegingsstrategieën en mogelijke compensaties door het neurale systeem.
Koppeling tussen geleverde kracht (krachtmoment) en het uiteindelijke bewegingsresultaat wordt bepaald door de
vormeigenschappen van het menselijk lichaam: de afmetingen, massa en inertiële eigenschappen van het lichaam en
de lichaamssegmenten.
antropometrie is het meten van menselijke lichaamsafmetingen, kinematica is het beschrijven van verplaatsing,
snelheid en versnelling, kinetica zijn de oorzaken van krachten/momenten -> statica (gn versnelling en dynamica
(versnelling)
,Biomechanisch model -> gebruikt om op basis van kinematische gegevens (posities, snelheden en versnellingen van
anatomische referentiepunten) in combinatie met data over externe krachten -> de interne gewrichtsreactiekrachten,
gewrichtsreactiemomenten, de mechanische energie en het vermogen de berekenen.
Op basis van beschikbare kinetische gegevens wordt een model ontwikkeld dat antwoord op;
“Wat zou er gebeuren als …” (bijvoorbeeld de krachtoutput ter hoogte van een bepaald segment gewijzigd wordt, de insertie
van een spier verplaatst wordt)
Deze manier van synthese (of foward modellering) heeft potentieel maar vereist dat er zeer accurate modellen van
het menselijk lichaam gebruikt worden, om tot bruikbare voorspellingen te komen.
Hoofdstuk 2: meetsystemen
Kwantitatieve beschrijvingen: wanneer er bewegingspatronen of geleverde krachten gemeten worden en zo de
beweging geanalyseerd kan worden
(om deze doelen te realiseren moeten posities, snelheden, versnellingen, en krachten gemeten kunnen worden)
Meten van beweging
Kinematica (systemen die ons toelaten om het bewegingspatroon te beschrijven):
directe meettechnieken en beeldvormingstechnieken
Directe meettechnieken -> geen verdere verwerking nodig
= (hoek)positie (goiniometer) of versnelling (de accelerometer)
Een (electro)goniomter = elektrische potentiometer, vastgemaakt aan het lichaam om hoekuitwijkingen te meten.
(één arm vastgemaakt aan lichaamssegment, andere aan aangrenzende ligaamssegment, de as van de goniometer wordt
bevestigd thv de gewrichtsas)
De hoekuitwijkingen zijn relatieve hoekuitwijkingen van het ene segment ten opzichte van het andere, de
goiniometer geeft niet de absolute hoekpositie van het gewricht.
Voordelen van (elektro)goniometers: Nadelen van (elektro)goniometers:
- Relatief goedkoop - Hoek die de goniometer weergeeft is de
- Uitgestuurde signaal is onmiddellijk bruikbaar relatieve beweging van het ene segment ten
voor registratie of voor verwerking (direct) opzichte van het andere, niet de absolute
- Grootte van de rotatiehoek die de goniometer positie van een segment
weergeeft is onafhankelijk van het vlak waarin - Aanbrengen van de goniometer neemt tijd en
de rotatie wordt uitgevoerd precisiewerk
- Tijdens een beweging kan de geassocieerde
beweging van vet en spieren de positie van de
goniometer ten opzichte van het gewricht
wijzigen
- Meerdere goniometers vastgemaakt?
verschillende armen van toestellen en kabels
elkaar storen
Meer complexe goniometers zijn nodig voor complexe gewrichten, de goniometer modelleert het gewricht als een
scharnier
, Acceleromters zijn toestellen die de versnelling van een segment meten.
F=mxa
Als de versnelling van een segment a is en de massa van dat segment m (tweede wet van Neton)
Omwille van de traagheid (eerste wet van Newton) zal de massa m in de accelorometer bij een versnelling zorgen
voor een vervorming van het piëzo-elektrische materiaal.
Kristallen van bepaalde materialen zullen bij vervorming (druk) een spanningsverschil (voltage) opwekken
: piëzo-elektrisch materiaal
Dit voltage V is proportioneel aan de vervorming onder invloed van de kracht; omdat de massa m constant blijft, is
het voltage V dus ook proportioneel aan de versnelling a.
Straing gauges = elektrische circuits waarvan de weerstand verandert onder invloed van vervorming en er ook een
spanningsverschil ontstaat.
Een belangrijke beperking van accelerometers is dat zij enkel versnellingen meten die loodrecht staan ten opzichte
van het toestel (enkel de normaalcomponent wordt geregistreerd) Dit beperkt hun gebruik tot bewegingen waarvan de
richting net al te drastisch veranderd.
Voordelen van accelerometers: Nadelen van accelerometers:
- Relatief goedkoop - De versnelling die wordt gemeten is afhankelijk
- Klein en eenvoudig van de positionering op het segment
- Meten in ‘real time’ en in het dagelijks leven - De validiteit en betrouwbaarheid van de
- Laten monitoring toe van fysieke activiteit, gegevens die uitgelezen worden is sterk
slaap, step count, etc. afhankelijk van de algoritmes die meegeleverd
- Het uitgestuurde signaal is onmiddellijk worden
bruikbaar voor registratie of verwerking
Op basis van accelerometer data kan de fysieke activiteit van personen in het dagelijks leven opgevolgd worden
Afhankelijk van het gebruikte systeem en de positionering van het toestelletje, kan de activiteit herkend worden en
kunnen bepaalde kenmerken (staplengte, stap frequentie) berekend worden.
