LA BIOMECCANICA Prof. Alessandro Stranieri Lezione n. 3 La MECCANICA teorica include tutte le leggi fondamentali del movimento meccanico di corpi solidi inanimati Verso la fine del XVII secolo la teoria meccanica si iniziò ad applicare anche ai sistemi biologici considerati come strutture fisiologiche sottoposte, anch’esse, a sollecitazioni statiche e dinamiche Lo studio della meccanica dei sistemi biologici, in particolar modo del corpo umano, prese quindi il nome di BIO-MECCANICA La Biomeccanica ha come oggetto: lo studio del movimento del corpo umano in toto; in particolar modo studia ed analizza: La distribuzione delle sollecitazioni ossee Le azioni a livello articolare L’intervento muscolare durante il movimento e il mantenimento posturale nascita della biomeccanica Possiamo ipotizzare che il primo connubio tra meccanica e anatomia sia già presente nella Grecia Classica, periodo in cui l’interpretazione del movimento umano era legato alla filosofia e alla medicina. nascita della biomeccanica Molto si deve a tre grandi nomi dell’antica Grecia: Socrate, Platone, Aristotele. nascita della biomeccanica Socrate (Atene 469-399 a.C.) nascita della biomeccanica Socrate (Atene 469-399 a.C.) nascita della biomeccanica Platone (Atene, 427 a.C.– Atene, 347 a.C.) Platone fu l’iniziatore di molti concetti importanti della scienza occidentale, quali la psicologia, la logica, la politica. La sua concettualizzazione della matematica ha dato vita e vigore alle scienze da cui originerà, nei secoli successivi, la meccanica. nascita della biomeccanica Aristotele (Stagira, 17 giugno 384 a.C. – Calcide, 7 marzo 322 a.C.) Aristotele tratta nelle sue opere (in particolare nella Fisica) della conformazione dell'universo. Aristotele pone la Terra al centro dell'universo. Fatale errore che, per l'autorevolezza del maestro, durerà per 1800 anni, sino a Nicolò Copernico. Secondo Aristotele, la Terra era formata da quattro elementi: la terra, l'aria, il fuoco e l'acqua. Le varie composizioni degli elementi costituivano tutto ciò che c'era sulla terra. nascita della biomeccanica Aristotele Aristotele tratta nelle sue opere (in particolare nella Fisica) della conformazione dell'universo. Aristotele propone un modello geocentrico, cioè che pone la Terra al centro dell'universo. Fatale errore che, per l'autorevolezza del maestro, durerà per 1800 anni, sino a Nicolò Copernico. Secondo Aristotele, la Terra era formata da quattro elementi: la terra, l'aria, il fuoco e l'acqua. Le varie composizioni degli elementi costituivano tutto ciò che c'era sulla terra. nascita della biomeccanica Aristotele scrisse “La Fisica”, un’insieme di 8 libri così composti: 1 - Sul cielo (quattro libri) 2 - Sulla generazione e corruzione (due libri) 3 - Sulle meteore (quattro libri) 4 - Storia degli animali (un libro) 5 - Sulle parti degli animali (un libro) 6 - Sulla generazione degli animali (un libro) 7 - Sulle migrazioni degli animali (un libro) 8 - Sul movimento degli animali (un libro) Nello scritto sul movimento degli animali , egli non ha solo osservato il movimento dell’animale, ma ha anche considerato questioni specifiche, come ad esempio la differenza fisiologica tra immaginare un’azione e la reale esecuzione di questa. Possiamo quindi immaginare Aristotele come un antesignano biomeccanico. nascita della biomeccanica Ippocrate (460-377 a.C.), uno degli antichi padri della medicina intorno al 400 a.C. sfrutta la forza di gravità per alleviare la pressione sui dischi intervertebrali e per ridurre l’insorgenza e gli effetti del mal di schiena. Per fare ciò utilizzò una sorta di scala a cui veniva legato il sofferente. Ideò inoltre un letto per la trazione vertebrale che chiamò Scamnum. nascita della biomeccanica “Scamnum Hippocraticum” nascita della biomeccanica nascita della biomeccanica Le ricerche, in merito a come si muove il corpo umano, sono state oggetto di studio da parte di innumerevoli figure storiche. Tra tutti ricordiamo Leonardo Da Vinci e la sua spettacolare opera di studio sul corpo umano nascita della biomeccanica Il connubio tra meccanica e anatomia riceve un grosso impulso soprattutto da: Galileo Galilei e Isaac Newton Galileo Galilei i quali crearono le prime teorie della fisica e delle scienze naturali Isaac Newton nascita della biomeccanica Un allievo di Galileo Giovanni Alfonso Borelli sulla scorta delle sue conoscenze di medicina, matematica e fisica, inizia un percorso di studi sul movimento del corpo umano pubblicando (postumo) nel 1680 il “De Motu Animalium” da molti definito come i l v ero e p ro p r i o i n i z i o d el l a Bi o m ecca n i ca . Il Padre della Biomeccanica nascita della biomeccanica Comprendere le modalità secondo cui gli esseri umani coordinano i movimenti, sia quelli apparentemente semplici della vita quotidiana sia quelli ‘estremi’, in campo sportivo o artistico, è un importante obiettivo scientifico con rilevanti implicazioni mediche, psicologiche, cinesiologiche, cibernetiche. nascita della biomeccanica Il Controllo Motorio Per ‘controllo motorio’ intendiamo la capacità del sistema nervoso di regolare o dirigere il movimento. Quest’ultimo è spesso descritto nel contesto dell’esecuzione di una particolare azione; quando si studia il controllo motorio, lo si fa in relazione ad azioni specifiche: cammino, corsa, raggiungimento (reaching), fonazione, controllo della stazione eretta. In pratica si studia come viene controllato il movimento nel contesto di una specifica attività, assumendo che ciò fornisca informazioni sui principi generali. nascita della biomeccanica Teorie del Controllo Motorio L’evoluzione delle conoscenze sulla struttura e sull’organizzazione del sistema nervoso ha via via ispirato nuove ‘teorie’ del controllo motorio, intese come schemi concettuali in grado di fornire una immagine coerente delle osservazioni sperimentali. Ne presentiamo un elenco sintetico, in ordine approssimativamente cronologico. nascita della biomeccanica Sono stati molti, dal 1700 ad oggi, gli scienziati che hanno dato, a vari livelli, il proprio contributo al progredire della Scienza Biomeccanica secondo le teorie del “Controllo Motorio”: Teorie basate sui riflessi Teorie gerarchiche Teorie dei progr. motori Teorie cibernetiche (Cartesio 1662) (Sherrington 1906) (Pavlov 1903) (J.H. Jackson 1873) (Wilson 1961) (Grillner 1981) (Keele 1968) (Bernstein 1967) Teorie dinamiche Teorie ecologiche (Gibson 1966). nascita della biomeccanica IVAN PAVLOV medico e fisiologo che, con la scoperta del “riflesso condizionato” (1903) rivela nuovi punti di vista sulla natura riflessa di alcune azioni motorie, scoperta che fu di grande rilievo per la fisiologia, la psicologia e la psichiatria. nascita della biomeccanica N. A. BERNSTEIN con lo sviluppo della sua tesi sul carattere circolare dei processi di comando ha intuito nel 1967 che è impossibile capire il movimento senza tenere conto della meccanica e delle proprietà peculiari di quelli che definisce ‘attuatori’ (ad esempio le peculiarità dei muscoli intesi come dispositivi di attuazione del movimento) paragonandoli ai motori in corrente continua, (un “attuatore” largamente utilizzato in robotica). Come nei motori, anche nelle fibre muscolari la forza generata dipende dalla velocità (e anche dalla lunghezza). nascita della biomeccanica La scienza della Biomeccanica deve molto agli scienziati russi soprattutto per quello che riguarda la sua evoluzione nel campo sportivo. nascita della biomeccanica Nel 1939 viene pubblicato il manuale: La biomeccanica degli esercizi fisici di E.A. KOTIKOV docente di biomeccanica presso l’Università di Leningrado Nel 1958 la biomeccanica diventa studio obbligatorio in tutte le scuole superiori di educazione fisica dell’URSS nascita della biomeccanica I paesi socialisti (URSS), durante la guerra fredda, tentarono di dimostrare la propria supremazia attraverso l’unico punto di contatto con i paesi occidentali, cioè le manifestazioni sportive internazionali. La ricerca Biomeccanica si prestò perfettamente allo scopo (così come la ricerca aerospaziale) nascita della biomeccanica Solo successivamente anche nel resto d’Europa e negli USA cominciano a circolare e a diffondersi traduzioni di testi che illustrano i principi biomeccanici