a.a. 2005/2006
Laurea Specialistica in Fisica
Corso di
Fisica Medica 1
I muscoli
2/3/2006
Tessuti
Nel corpo umano ci sono quattro tipi di tessuti
fondamentali
9 tessuto epiteliale di copertura
9 tessuto connettivo di supporto
• tendini
• legamenti
9 tessuto muscolare di movimento
9 tessuto nervoso di controllo
I tessuti molli (come l’osso) sono materiali
composti formati da cellule intimamente
collegate da materiale intercellulare (collagene)
Collagene
Difficile descriverne il comportamento
tensione/compressione
dipende, per molti tessuti,
dal gradiente dello stress
Legame molecolare
Senza ponti di legame
fluido viscoso (lattice di gomma)
Con pochi ponti di legame
fluido visco-elastico (gomma)
Con molti ponti di legame
corpo rigido (bachelite)
Dipendenza del comportamento visco-elastico
9 dalla forza applicata
9 dalla durata della forza applicata
9 dalla temperatura
Configurazione molecolare
Ipotesi di linearità
Polimeri (politene)
molecole legate tra loro
(ciascun lato è una molla)
CH2
CH3
CH2
CH2
Configurazione a zig-zag
Configurazione a gomitolo
CH2
CH3
l
L ∼ Nl
L ∼ (N / 3)1/2 l
Biomeccanica
Ossa rigide collegate con tendini e muscoli
Muscolo = sistema per generare forze
massimo sforzo di
Tendini = cordicelle rigide
una sbarra sugli
elementi di superficie
Fenomeni di torsione
Un sistema osseo può
essere simulato
tramite un reticolo di
vincoli
I muscoli degli arti
Collegamenti tra le ossa con
effetti sia di compressione e
tensione (molla)
Sia di trasmissione
degli impulsi nervosi
Come agiscono i muscoli?
Corpo sostenuto sulle
braccia dai muscoli che
si collegano alle spalle
Muscoli delle gambe che
tengono flessa la parte
“alta” del corpo
Muscoli addominali che
permettono al tutto di
restare in equilibrio
Sezionamento del muscolo
fasci di “elastici”
struttura
”elastico”
composizione ”elastico”
Struttura
Fisiologia
(studio del
funzionamento
dell’organo)
assai complessa
determinata da
una complessa
anatomia
(studio della
struttura
dell’organo stesso)
Miscoscopia muscolare
fasci di sarcomeri
Sarcomeri
Specie di “velcro”
che agisce
all’interno del
muscolo
l’allungamento dipende
dalla tensione applicata
Viscoelasticità
Tipiche deformazioni
e rilassamenti del materiale
Comportamento di una molla
Una molla risponde istantaneamente ad una
sollecitazione producendo uno spostamento
proporzionale alla forza applicata
Impulso in materiale viscoso
Lo spostamento u = F / k
La velocità du/dt = (dF/dt) / k
La velocità è proporzionale alla forza applicata
per unità di tempo (ammortizzatore)
Modelli di viscosità
9 modello di Maxwell
9 modello di Voigt
9 modello di Kelvin
Simulazione di tipo analogico come risposta
ad un segnale a gradino
1
0
Modello di Maxwell
serie di molla ed impulso
du/dt = du/dtmolla + du/dtimpulsiva
du/dt = (dF/dt) / k + (dF/dt) / η
Modello di Voigt
parallelo di molla ed impulso
F = Fmolla + Fimpulsiva
F = k u + η (du/dt)
Modello di Kelvin
combinazione dei due modelli precedenti
Equazioni più complicate
che dipendono dai tempi di
tensione e di compressione
