Breve storia-Biomeccanica - Università degli Studi di Camerino

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