I muscoli

Laurea Specialistica in Fisica

a.a. 2005/2006

2/3/2006

Corso di Fisica Medica 1

TessutiNel corpo umano ci sono quattro tipi di tessuti fondamentali

tessuto epiteliale di coperturatessuto connettivo di supporto• tendini• legamentitessuto muscolare di movimentotessuto nervoso di controllo

I tessuti molli (come l’osso) sono materiali composti formati da cellule intimamente collegate da materiale intercellulare (collagene)

CollageneDifficile descriverne il comportamento

tensione/compressione

dipende, per molti tessuti, dal gradiente dello stress

Legame molecolareSenza 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

dalla forza applicatadalla durata della forza applicatadalla temperatura

Configurazione molecolareIpotesi di linearità

molecole legate tra loro (ciascun lato è una molla)

Polimeri (politene)

Configurazione a zig-zag L ∼ Nl

CH3

CH3

CH2

CH2

CH2

CH2l

Configurazione a gomitolo L ∼ (N / 3)1/2 l

BiomeccanicaOssa rigide collegate con tendini e muscoliMuscolo = sistema per generare forze

massimo sforzo di una sbarra sugli

elementi di superficie

Tendini = cordicelle rigide

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”

StrutturaFisiologia (studio del

funzionamento dell’organo)

assai complessadeterminata 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

ViscoelasticitàTipiche 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 viscositàmodello di Maxwellmodello di Voigtmodello di Kelvin

Simulazione di tipo analogico come risposta ad un segnale a gradino

0

1

Modello di Maxwell

du/dt = du/dtmolla + du/dtimpulsiva

du/dt = (dF/dt) / k + (dF/dt) / η

serie di molla ed impulso

Modello di Voigt

F = Fmolla + Fimpulsiva

F = k u + η (du/dt)

parallelo di molla ed impulso

Modello di Kelvincombinazione dei due modelli precedenti

Equazioni più complicate che dipendono dai tempi di tensione e di compressione