Leve e apparato locomotore

Una leva è una macchina semplice, un dispositivo costruito dall'uomo per vincere mediante una forza, detta motrice, un'altra forza detta resistente.
Lo scopo delle leve primordiali era quello di amplificare la forza umana permettendo di svolgere lavori non consentiti dal semplice impiego della forza muscolare.

Le leve obbediscono ad un principio fisico abbastanza semplice:
il sistema è in equilibrio se la risultante dei momenti delle due forze è nulla.
In fisica il momento di una forza rispetto ad un centro è espresso da un vettore di modulo pari al prodotto della intensità della forza per la lunghezza del suo braccio (distanza della retta d'azione della forza dal fulcro).

M OMENTO = F ORZA x   b raccio

Se la risultante dei momenti deve essere nulla (affinché il sistema si trovi in equilibrio) allora:

M FORZA IN ENTRATA = M FORZA IN USCITA

F x b   = F' x b'

Oppure esprimendo la relazione in altri termini si può affermare:

F: F'  =b':b

Pertanto il rapporto tra le forze dev'essere uguale al rapporto inverso tra i bracci.
Se b è 10 volte maggiore di b' (b=10b') affinché il sistema rimanga in equilibrio F dovrà essere 10 volte minore (F=1/10F').

Abbiamo dunque creato una leva vantaggiosa: immaginiamo che la forza F' sia rappresentata dalla forza peso di un masso di 100 kg, per sollevarlo occorrerà, semplicemente applicare una forza F>10 kg (> di 1/10 della forza peso):

Diamo ora la definizione di leva vantaggiosa: una leva si dice vantaggiosa quando in condizioni di equilibrio la forza motrice è minore di quella resistente (proprio come nel caso appena descritto).
Tuttavia una leva può anche essere svantaggiosa nel caso la forza motrice sia maggiore della resistente.
Infine una leva è neutra o indifferente quando la forza motrice è uguale a quella resistente.

LEVA DI PRIMO TIPO:

una leva è di primo tipo o di prima specie se il fulcro si trova tra la forza motrice e la forza resistente. A sua volta la leva di primo tipo può essere vantaggiosa se la forza motrice è più distante dal fulcro della forza resistente oppure, nel caso contrario, svantaggiosa.

Sono leve di primo tipo il piede di porco, le forbici, le tenaglie ecc.

LEVA DI SECONDO TIPO:

una leva si dice di secondo tipo o di seconda specie se il fulcro si trova dalla stessa parte della forza motrice e della forza resistente, allo stesso tempo occorre che la forza motrice sia più distante dal fulcro rispetto alla resistente. Si deduce quindi che le leve di secondo tipo sono sempre vantaggiose.

Sono leve di secondo tipo la carriola lo schiaccianoci l'apribottiglie.

LEVA DI TERZO TIPO:

una leva è di terzo tipo o di terza specie se il fulcro si trova dalla stessa parte della forza motrice e della forza resistente, allo stesso tempo occorre che la forza motrice sia più vicina al fulcro rispetto alla resistente. Si deduce quindi che le leve di terzo tipo sono sempre svantaggiose.

Sono leve di terzo tipo le pinze.

Anche i muscoli del nostro corpo, inseriti sulle ossa, sono dal punto di vista fisico delle leve. In figura è rappresentata la flessione dell'avambraccio ad opera del muscolo bicipite brachiale.

Questo è un classico esempio di leva di terzo tipo, che come abbiamo detto è sempre svantaggiosa. Essendo più corto il braccio di leva, la forza sviluppata dal muscolo bicipite deve essere di gran lunga superiore rispetto alla forza peso della palla che si tiene sulla mano. Questo tipo di leva, permette però una grande ampiezza e rapidità di movimento.
In fisica si parla infatti di vantaggio statico e di vantaggio dinamico. Si ha un vantaggio statico, quando impiegando una minore forza motrice si può vincere una maggiore forza resistente (leva vantaggiosa), in questo caso però la velocità e l'ampiezza del movimento sono piccole, si ha quindi uno svantaggio dinamico.
Automaticamente uno svantaggio statico (leva svantaggiosa) permette una maggiore velocità e ampiezza di movimento, cioè un vantaggio dinamico.

VANTAGGIO STATICO = SVANTAGGIO DINAMICO
SVANTAGGIO STATICO = VANTAGGIO DINAMICO

La flessione plantare del piede con gli arti inferiori estesi è un esempio di leva di secondo genere.

Resistenza (peso) e forza (muscolo) si trovano dalla medesima parte rispetto al fulcro, la forza motrice è più lontana e pertanto la leva è vantaggiosa. L'inserzione molto arretrata del tricipite surale facilita dunque il movimento.
Tutto l'apparato locomotore è basato su un sistema di leve. Pertanto, ogni volta  che c'è movimento, si produce una leva che può essere di primo, di secondo o di terzo tipo. Nel corpo umano le leve più frequenti sono quelle del primo e del terzo tipo, mentre le leve vantaggiose di terzo tipo sono molto rare.
Tuttavia il corpo umano utilizza alcuni elementi in grado di facilitare l'azione dei muscoli. E' il caso, per esempio, della rotula che spostando anteriormente la forza di trazione del quadricipite ne accresce l'efficacia.
L’apparato Locomotore

Il movimento dell’essere umano avviene attraverso un insieme di strutture

anatomiche ben collegate tra loro, che prende il nome di apparato locomotore.

Esso è costituito da una componente passiva: l’apparato scheletrico, e da una

componente attiva: il sistema muscolare.

L’apparato scheletrico

L’apparato scheletrico umano è formato da ossa e da articolazioni e svolge la

funzione di: protezione, sostegno, movimento.

La funzione protettiva consiste nel difendere i più importanti organi interni. Il cranio

ad esempio protegge il cervello, la cassa toracica protegge cuore e polmoni, la

colonna vertebrale difende il midollo spinale ecc.

La funzione di sostegno consiste nel dare stabilità al corpo e posizionarlo in modo

adeguato nello spazio.

Il movimento del corpo è possibile grazie all’azione sinergica dei muscoli inseriti

sulle ossa e dalle articolazioni.

Classificazione delle ossa

In base alla loro forma le ossa si dividono in:

- Ossa lunghe: con funzione generalmente di sostegno, la lunghezza prevale

sulla larghezza ( femore, omero, radio, ulna, tibia, perone ecc)

- Ossa piatte: delimitano le cavità del corpo umano, hanno funzioni protettive

(scapole, ossa iliache, ossa della volta cranica ecc.)

- Ossa corte: sono le ossa terminali degli arti (falangi, ossa del carpo) ma anche

le vertebre. Sono strutturate in modo da assicurare solidità e movimento.

Le articolazioni

Le singole ossa sono collegate tra loro attraverso le articolazioni. Secondo l’ampiezza

dei movimenti che permettono, le articolazioni si suddividono in:

- Articolazioni fisse: chiamate anche suture, si trovano tra le ossa del cranio,

non hanno mobilità ma solo elasticità. La loro funzione e di proteggere il

cervello.

- Articolazioni semimobili: consentono una mobilità limitata, come quelle tra le

vertebre della colonna vertebrale

- Articolazioni mobili: sono le più numerose, consentono movimenti ampi,

come ad esempio la scapolo-omerale, il ginocchio, la coxo-femorale.

I traumi delle ossa

Le nostre ossa sono solide ma, ma possono comunque subire lesioni chiamate traumi.

La rottura di un osso si chiama frattura. Quando si subisce una frattura, la parte del

corpo interessata si gonfia e non si riesce a muoverla. La frattura può essere semplice

quando l’osso si spezza in due parti, multipla quando si rompe in più di due parti. La

frattura è detta composta quando le parti rotte dell’osso sono rimaste allineate nella

loro posizione naturale, scomposta invece se le parti non combaciano più. La frattura

è esposta quando una parte di osso affiora all’esterno.

Lo scheletro umano è composto da 206 ossa suddiviso in tre parti: capo, tronco e arti.

Il sistema muscolare determina il movimento dello scheletro attraverso i tendini,

robuste strutture di tessuto connettivo che collegano i muscoli alle ossa.

Un movimento equilibrato viene raggiunto con la perfetta partecipazione dei muscoli

agonisti, quelli cioè che agiscono, che compiono l’azione e di quelli antagonisti,

quelli cioè che compiono l’azione contraria.

Classificazione del tessuto muscolare

Il tessuto muscolare può essere:

- Liscio: la sua contrazione è involontaria ed è presente negli organi interni ( es.

stomaco, tubo digerente e vasi sanguigni).

- Scheletrico o striato: è quello dei muscoli scheletrici, effettua movimenti

volontari e può essere veloce e potente.

- Cardiaco: si trova solo nel cuore, somiglia a quello striato ma è involontario

ed è controllato da un proprio sistema di stimolazione

I muscoli scheletrici

Sono collegati alle ossa, ognuno di esso è costituito da fasci a loro volta formati da

numerose fibre muscolari, a loro volta sono suddivise in miofibrille che se viste al microscopio appaiono formate da strisce chiare e scure, alternate, per questo il muscolo scheletrico è detto anche striato. La contrazione muscolare avviene attraverso lo scorrimento tra loro, dei filamenti che compongono la miofibrilla, ogni volta che da una cellula nervosa, situata nel midollo spinale, parte un impulso. I muscoli scheletrici non possono rimanere contratti a lungo, ma nel periodo di riposo questi non sono completamente rilassati ma si trovano in uno stato di leggera contrazione chiamato tono muscolare.

 Per quanto riguarda la funzione in genere si distinguono i muscoli delle estremità in:

·                     flessori (che piegano un'articolazione) ed estensori (che la distendono)

·                     abduttori (allontanano un arto dal piano sagittale) e adduttori (lo avvicinano)

·                     pronatori (rivolgono il palmo all'ingiù) e supinatori (lo rivolgono all'insù)

·                     rotatori interni oppure esterni.
Ogni muscolo passa sopra almeno ad un'articolazione, salvo i muscoli mimici della faccia.
Per unità locomotoria s intende in anatomia la più piccola parte di apparato locomotore in grado di fornire un movimento: é formata quindi da un'articolazione, le due ossa che la formano ed un muscolo con i relativi tendini e ligamenti.

I traumi muscolari

Il crampo: è una contrazione involontaria improvvisa e dolorosa. Può essere causato

dall’accumulo di acido lattico o anche dal freddo.

Lo stiramento: quando il muscolo viene sottoposto ad uno sforzo eccessivo si

allunga forzatamente e alcune fibre subiscono piccole lacerazioni. Provoca dolore e

irrigidimento del muscolo.

Lo strappo: è la rottura del muscolo, si verifica in caso di sforzi eccessivi e non

coordinati. Si prova dolore molto acuto e non si riesce a muovere la parte lesa che

può gonfiarsi e presentare un ematoma.

In caso di stiramenti o strappi la parte lesa va subito trattata con impacchi freddi,

bisogna sospendere l’attività e rivolgersi al più presto ad un medico.

Le fonti energetiche dell’organismo umano

Per contrarsi il muscolo ha bisogno di energia. Il carburante principale

dell’organismo umano è una sostanza chiamata ATP. Essa è presente nelle cellule

muscolari in quantità molto ridotte, sufficiente a un’ attività muscolare della durata di

circa 10 secondi. Quindi per un’attività muscolare più prolungata occorre produrre

continuamente ATP. Quando l’ATP cede al muscolo energia si trasforma in ADP, per

proseguire la contrazione occorre che l’ADP si trasformi in nuova ATP. I meccanismi

di re-sintesi dell’ATP sono due: uno aerobico, cioè in presenza di ossigeno, e uno

anaerobico, ovvero in assenza di ossigeno.

Meccanismo aerobico: utilizza gli zuccheri e i grassi combinati con l’ossigeno per

produrre ATP. Tale meccanismo permette attività di lunga durata a bassa intensità.

Meccanismo anaerobico: Si attiva quando dobbiamo svolgere sforzi intensi, per i

quali non è sufficiente l’ossigeno presente nei muscoli. Utilizza le scorte di zuccheri e

produce,oltre all’ATP, anche acido lattico che accumulandosi nei muscoli favorisce

l’insorgenza della fatica.

Il sistema muscolare