Samenvatting biomechanica van het menselijk bewegen

BIOMECHANICA VAN HET MENSELIJK BEWEGEN
Inhoudsopgave


hoofdstuk 1: inleiding tot biomechanica.................................................................................................................. 2

1.1 Definiëring en domeinbepaling.................................................................................................................................2

1.2 Biomechanica binnen opleiding revalidatiewetenschappen.....................................................................................2

1.3 De neuro-mechanische visie op beweging................................................................................................................3

hoofdstuk 2: meetsystemen.................................................................................................................................... 4

2.1 meten van beweging (kinematica)............................................................................................................................4

2.2 meten van kracht en druk (kinetica).........................................................................................................................8

2.3 meten van spieractiviteit...........................................................................................................................................9

Hoofdstuk 3: antropometrie en materiaaleigenschappen.......................................................................................10

3.1 intertiële eigenschappen.........................................................................................................................................10

3.2 Massamiddelpunt....................................................................................................................................................11

3.3 eigenschappen van spierweefsel.............................................................................................................................12

3.4 Eigenschappen van bot en kraakbeenweefsel........................................................................................................17

hoofdstuk 4: 2D en 3D kinematica van menselijke beweging..................................................................................21

4.1 biomechanische modellen en vrijheidsgraden........................................................................................................21

4.2 2D kinematica.........................................................................................................................................................23

4.3 3D kinematica.........................................................................................................................................................25

4.4 Toepassingen van 2D en 3D kinematica op gangpatroon......................................................................................26

Hoofdstuk 5: krachtwerking in het menselijk lichaam............................................................................................29

5.1 krachtwerking en momentwerking bij menselijke beweging.................................................................................29

5.2 belangrijke krachten bij biomechanische analyse van menselijke beweging.........................................................30

Hoofdstuk 6: statica en evenwicht......................................................................................................................... 31

6.1 Statica en evenwicht...............................................................................................................................................31

6.2 hefboomwerking in menselijk lichaam....................................................................................................................33

6.3 voorbeeld oefening..................................................................................................................................................34

hoofdstuk 7: arbeid, energie en vermogen............................................................................................................. 35

7.1 vormen van arbeid en energie................................................................................................................................35

7.2 energiebesparende mechanismen tijdens menselijke beweging............................................................................38

7.3 efficiënt en inefficiënt bewegen..............................................................................................................................39

,hoofdstuk 8: impuls en impulsmoment.................................................................................................................. 41

8.1 impuls......................................................................................................................................................................41

8.2 angulair impulsmoment of draaimoment...............................................................................................................41

8.3 behoud van totaal angulair impulsmoment tijdens locomotie...............................................................................42




HOOFDSTUK 1: INLEIDING TOT BIOMECHANICA

1.1 DEFINIËRING EN DOMEINBEPALING


Biomechanica
- toepassing principes mechanica op biologische systemen
- wetenschap die beweging van gewrichten, spieren en ledematen mens bestudeert
- kinesiologie is synoniem

Bewegingsleer = breder dan biomechanica met verschillende takken (biomechanica is 1 van)

Biomechanische onderzoek richt op analyse vorm & functie van musculoskeletaal systeem

Kinesiologie = studie vd beweging, lichamelijke opvoeding, motorisch leren, pedagogie, …

Biomechanica laat houdings- en bewegingskenmerken kwantitatief uitdrukken

1.2 BIOMECHANICA BINNEN OPLEIDING REVALIDATIEWETENSCHAPPEN




Koppeling maken tussen anatomie en hoe iets beweegt, bewegingsleer is breder (tak ervan)

Kinematica = bewegingen die we zien kunnen beschrijven, positie, verplaatsing, snelheid

o Versnellingen van het lichaam of lichaamssegmenten

,Kinetica = hoe krachten en momenten gaan samenwerken om te komen tot beweging

o krachten, krachtmomenten beschouwd als directe oorzaken van bewegingen
o kinetische analyses brengen inzicht in mechanismen van beweging, bewegingsstrategieën
en mogelijke compensaties door het neurale systeem




1.3 DE NEURO-MECHANISCHE VISIE OP BEWEGING


Neuromechanica = probeert te begrijpen hoe spieren, zintuigen, motorische patronen en hersen-
mechanismen samenwerken om gecoördineerde bewegingen te produceren

Inzicht krijgen in processen van bewegingen
➔ 3 verschillende niveau’s die rol spelen bij tot stand komen van beweging



1. Neurale controle: processen in centraal zenuwstelsel die
bijdragen aan controle beweging (informatieverwerking)

2. Mechanische controle: musculoskeletaal systeem,
beweging is resultaat van evenwicht tussen
spierkrachten en andere interne en externe krachten ->
mechanische eigenschappen mede bepalend voor
bewegingsresultaat

3. Collectieve output: uiteindelijke bewegingsresultaat,
collectieve resultaat van alle controle processen. Elke
actie is combinatie bewegingscoördinatie en houdingsregulatie


Doel biomechanische analyse
- beschrijven, analyseren en beoordelen vn menselijke beweging
- biomechanisch model opstellen, benadering bewegend lichaam
- rekening houden met vorm (antropometrie) e eigenschappen musculoskeletaal syteem

Biomechanisch model gebruikt op basis van kinematische gegevens + externe krachten

notities tijdens hoorcollege

Controleren van momentum is cruciaal om te voorkomen dat je valt bij bv. een salto
➔ aanloopsnelheid bepaals hoeveel momentum je kan opbouwen

,Principe van hefbomen leert je hoe je bij het uitvoeren van beweging krachten w overgedragen

Hou houding in relatie staat tot krachten die inwerken op je lichaam -> beide spelen rol balans

Stabiliteit = weerstand van lichaam tegen externe verstorende krachten




HOOFDSTUK 2: MEETSYSTEMEN


Doel biomechanica -> menselijke bewegingen beschrijven, analyseren en beoordelen

Beoordelen door observatie met blote oog om abnormale bewegingspatronen te onderscheiden

Wat willen we gaan meten -> beweging, externe krachten en individuele spieractiviteit

2.1 METEN VAN BEWEGING (KINEMATICA)


2 soorten
o directe meettechnieken
o beeldvormingstechniek

Directe meettechnieken
= direct, geen verdere verwerking nodig (meet één vd kinematische grootheden)

Gonimeter
- mechanisch of elektronisch
- gaat ingesloten gewrichtshoek meten (actief/passief)
- manier om heel snel informatie te krijgen over hoe gewrichten bewegen

o Werking
 1 arm vastgemaakt aan lichaamssegment
 andere arm vastgemaakt aan aangrenzend segment
 as goniometrie thv de gewrichtsas

o Voordelen
 goedkoop
 signaal onmiddellijk bruikbaar voor verwerking
 grootte rotatiehoek onafhankelijk van vlak waarin rotatie
wordt uitgevoerd

o Nadelen

,  van ene segment tov andere & niet absolute positie segment
 aanbrengen kost tijd en precisiewerk
 vet en spieren kunnen positie wijzigen tov gewricht

Accelerometer
- alleen elektronisch
- meten versnelling van segment die loodrecht staat tov het toestel
- hoe meer massa achterblijft -> hoe meer vervorming -> hoe groter spanningsverschil
o Formule
 versnelling segment = a
 massa segment = m

geleverde kracht:
F = m x a -> 2e wet van newton

o Omwille van traagheid (1e wet van newton)
 massa zorgt bij versnelling voor vervorming van piëzo-elektrisch materiaal
 kristallen gaan bij vervorming een spanningsverschil opwekken

o Andere types accelerometers
 werken met strain gauges (elektrische circuits)
 weerstand veranderd onder invloed van vervorming & ontstaan spanningsverschil

o Voordelen
 goedkoop + klein en eenvoudig
 meten in real time
 uitgestuurde signaal (ogenblikkelijke versnelling) is direct bruikbaar

o Nadelen
 versnelling dat gemeten wordt is afhankelijk van positionering op segment
 meerdere accelerometers zullen meting verstoren als kabels tegen elkaar komen
 schokgevoelig -> gaan makkelijk stuk
 validiteit en betrouwbaarheid gegevens is afhankelijk van algoritmes
 algoritmes laten toe sedentaire activiteit te onderscheiden van matige en
internse fysieke activiteit (staplengte, frequentie berekenen)

Obv accelerometer data kan men de fysieke activiteit van personen uit dagelijks leven opvolgen

Algemene conclusie:

VOORDELEN NADELEN
- goedkoop - vraagt precisiewerk

, - onmiddellijk bruikbaar na signaal - houd rekening met meetfouten
- zijn minder nauwkeurig



Activititeiten en ‘wearables’
➔ beweging over onszelf monitoren door fitbit, apple wath, polar




Beeldvormingstechnieken
= positie van meerdere markeerpunten (markers) op lichaam registreren

- langere periode, meerdere beelden genomen op regelmatige tijdstippen
- beeld marker -> dmv wiskundige algorimes en software omgezet in positiecoördinaten
- systemen steunen op licht (optische systemen), elektromagnetisme of ultrageluid

Optische meetsystemen
- steunen op gebruik van licht

o Verschillende types
 high speed fotocamera’s (cinematografie)
 50-1000 beelden per seconde
 markers op elk beeld aanduiden
 televisie camera’s
 opto-elektrische systemen
 markers die automatisch herkend worden

o Passieve reflecterende markers
 systemen zoals PRIMAS, VICON & ELITE
 gebruik maken van infrarood licht & actieve LED markers

 bij passieve systemen
 herkennen markers door gespecialiseerde software die steunt op
wiskundige algoritmes om op basis van grijstinten de contouren & centroïd
van marker te bepalen

 bij actieve systemen
 gespecialiseerde (dure) software nodig omdat markers positie zelf
aangeven door pulserend licht uit te sturen
 elke marker is uniek & wordt herkend door registratiesysteem


VOORDELEN NADELEN