ΦΥΣΙΚΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΜΥΕΣ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΕΙΣ

Παρουσίαση με θέμα: "ΦΥΣΙΚΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΜΥΕΣ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΕΙΣ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΦΥΣΙΚΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΜΥΕΣ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΕΙΣ
ΦΥΣΙΚΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΜΥΕΣ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΕΙΣ Ε. Γιακουμάκης Αναληρωτής Καθηγητής Ιατρικής Φυσικής ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2011

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16 Πώς οι Δυνάμεις επηρεάζουν το σώμα μας;
Εξωτερικές Δυνάμεις-γνωστές) Εσωτερικές Δυνάμεις στο σώμα ευθύνονται για: κυκλοφορία αίματος(Μυικές δυνάμεις) πρόσληψη αέρα από πνεύμονες (Μυικές δυνάμεις) Δύναμη(βαρύτητας) που καθορίζει την παραμονή ενός ατόμου ή μορίου σε ένα συγκεκριμένο σημείο του σώματος (π.χ. ασβέστιο στα οστά υπάρχουν πολλοί κρύσταλλοι μετάλλων που απαιτούν ασβέστιο. Το κρυσταλλικό πλέγμα προσλαμβάνει άτομα ασβεστίου ασκώντας σε αυτό ηλεκτρικές δυνάμεις όταν αυτά βρεθούν σε κατάλληλη απόσταση από το πλέγμα , αυτές εξασθενούν όταν υπάρξει πρόβλημα στα οστά -καρκίνος )

17 Πώς επηρεάζουν οι δυνάμεις το σώμα μας Κυριώτερες δυνάμεις : Βαρύτητας -Ηλεκτρικές
Στις δυνάμεις βαρύτητας οφείλεται Διατήρηση της υγείας των οστών: Σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας χάνονται ποσότητες οστικών μετάλλων.(Αστροναύτης σε δορυφόρο ) Μεγάλης χρονικής διάρκειας παραμονής στο διάστημα ή ακινησία προκαλεί απώλεια οστικής μάζας. Το ίδιο και μεγάλης διάρκειας ακινησία Δημιουργία κιρσών στα πόδια διότι: Το φλεβικό αίμα επιστρέφει στην καρδιά με φορά αντίθετη από αυτή της βαρύτητας.

18 Πώς επηρεάζουν οι δυνάμεις το σώμα μας
Ηλεκτρικές δυνάμεις Έλεγχος και δραστηριότητα μυών: Οι οποίες δημιουργούνται από ηλεκτρικά φορτία τα οποία έλκουν αντίθετα ηλεκτρικά φορτία(ετερώνυμα) Υψηλή τάση από τη διαφορά δυναμικού εκατέρωθεν της κυτταρικής μεμβράνης οφείλεται στη διαφορετική συγκέντρωση θετικών και αρνητικών ιόντων μέσα και έξω από αυτή , 0,1V και επειδή το πάχος της μεμβράνης είναι πολύ λεπτό δημιουργεί πεδίο πολύ μεγάλο 10^7 V/m όπως το καλώδιο υψηλής τάσης.Τα χέλια αθροίζουν τα δυναμικά πολλών κυττάρων και παράγουν τάση εκατοντάδων V . Μετάδοση πληροφοριών για λειτουργία οργάνων Δημιουργία ηλεκτρικών δυναμικών (σήματα) σε διάφορα όργανα και ιστούς.

19 Δυνάμεις τριβής Για τη κάθε κίνηση του σώματος πρέπει να υπερνικηθούν οι τριβές οι οποίες ανθύστανται στη κάθε κίνηση όπως στις αρθρώσεις που συνήθως είναι πολύ μικρές. (Απώλεια ενέργειας).Βοήθεια στο βάδισμα αδύνατο να περπατήσουμε χωρίς τριβή. Το υγρό των αρθρώσεων χρησιμοποιείται για τη λίπανση τους. Ασθένειες των αρθρώσεων (π.χ. αρθρίτιδα) αυξάνουν την τριβή στις αρθρώσεις και δυσκολεύουν την κίνηση.

20 Δυνάμεις τριβής

21 Δυνάμεις τριβής Τ = μ x Ν =0,15W Τ: δύναμη τριβής Ν: αντίσταση εδάφους
μ: συντελεστής τριβής μεταξύ των δύο επιφανειών που εξαρτάται από τα δύο υλικά που έρχονται σε επάφή Για μ > 0,15 δεν γλυστράει το πόδι

22 Δυνάμεις τριβής

23 Δυνάμεις τριβής Το σάλιο λειτουργεί σαν λιπαντικό.
Τα περισσότερα από τα μεγάλα όργανα βρίσκονται συνεχώς σε κίνηση και απαιτούν λίπανση γι’ αυτό καλύπτονται από τη βλέννα. Η καρδιά βρίσκεται συνεχώς σε κίνηση. Κατά την αναπνοή οι πνεύμονες κινούνται. Τα έντερα εκτελούν ρυθμικές κινήσεις για τη μεταφορά των τροφών.

24 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις
Γραμμωτοί μύες Οι σκελετικοί μύες αποτελούνται από ίνες που παρουσιάζουν φωτεινές και σκοτεινές λωρίδες εναλλασσόμενες μεταξύ τους, που ονομάζονται γραμμώσεις. Αυτές έχουν πάχος μικρότερο απο αυτό της ανθρώπινης τρίχας και μήκος λίγων εκατοστών. Λείοι μύες Όλοι οι υπόλοιποι μύες. Είναι μικρότεροι από τους γραμμωτούς και δεν αποτελούνται από ίνες. Οι μύες κατατάσσονται και σαν εκούσιοι(γραμμωτοί),(γραμμωτοί ,γρήγοροι σε απόκριση 0,1sec ) και ακούσιοι (λείοι, αργοί λίγα sec )μύες. Εξέρεση η κύστη που παίρνει εντολή και εκούσια.

25 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις

26 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις
Γραμμωτοί μύες Ίνες Μυϊκά ινίδια Νημάτια Πρωτεΐνες Παχιά Μυοσίνη Διαμ. 10nm και μήκους 2000nm Λεπτά Ακτίνη Διαμ. 5 nm και μήκους 1500nm

27 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις
Συστολή γραμμωτών μυών Παραγωγή ελκτικής ηλεκτροστατικής δύναμης μεταξύ των νηματίων. Ολίσθηση μεταξύ των νηματίων. Ελάττωση συνολικού μήκους της δέσμης έως 20%. Οι μύες παράγουν δυνάμεις μόνο κατά τη συστολή τους.

28 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις

29 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις
Συστολή λείων μυών Διαφορετικός μηχανισμός από γραμμωτούς Πολλές φορές αποκτούν μήκος μικρότερο από αυτό των μυϊκών κυττάρων. Τα μυϊκά κύτταρα ολισθαίνουν το ένα πάνω στο άλλο. Π.χ. Κυκλικοί μύες γύρω από πρωκτό, ουροδόχο κύστη, έντερα, τα τοιχώματα των αρτηριών και αρτηριδίων

30 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς
Μοχλοί 1ης τάξης συστήματα 2ης τάξης συστήματα 3ης τάξης συστήματα Οι περισσότεροι μοχλοί του ανθρωπίνου σώματος είναι 3ης τάξης. Οι μοχλοί 1ης τάξης είναι ελάχιστοι.

31 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς

32 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς
Οι μύες είναι λεπτότεροι στα δύο άκρα τους Στα άκρα τους σχηματίζονται οι τένοντες Δικέφαλοι μύες Μύες που σχηματίζουν δύο τένοντες στο άκρο τους Τρικέφαλοι μύες Μύες που σχηματίζουν τρεις τένοντες στο άκρο τους Επειδή οι μύες έχουν την ικανότητα μόνο να συστέλλονται, οι μυϊκές ομάδες σχηματίζονται από ζεύγη μυών. Η μία ομάδα προκαλεί κίνηση προς τη μία διεύθυνση γύρω από την άρθρωση ενώ η άλλη προς την αντίθετη.

33 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς

34 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς

35 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς
Δύναμη δικέφαλου: Ροπή από βάρος = 30W Ροπή από δύναμη μυ = 4Μ Σε ισορροπία: 30W = 4M  30W – 4M = 0  M = 7.5W

36 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς
Λαμβάνοντας υπόψη το βάρος του αντιβραχίου και του χεριού: Άθροισμα ροπών: 4M = 14H + 30W  M = 3.5H + 7.5W Η δύναμη του δικέφαλου είναι τελικά μεγαλύτερη.

37 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς
Αν η γωνία που σχηματίζουν το αντιβράχιο με το χέρι γίνει μεγαλύτερη από 90, ποια είναι τότε η μυϊκή δύναμη που απαιτείται; Υπολογίζοντας τις ροπές γύρω από την άρθρωση παρατηρούμε ότι η μυϊκή δύναμη Μ παραμένει σταθερή.

38 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς
Κάθε μυς μπορεί να συσταλθεί σε ένα ελάχιστο μήκος και να διασταλθεί σε ένα μέγιστο. Στα δύο αυτά άκρα η δύναμη που καταβάλει ο μυς είναι ελάχιστη. Σε κάθε ενδιάμεσο σημείο, ο μυς ασκεί τη μέγιστη δύναμη. Αν ο δικέφαλος σηκώσει βάρος σε γωνία 90, η γωνία που σχηματίζει με το αντιβράχιο δεν επηρεάζει τη δύναμη που ασκείται αλλά μεταβάλει το μήκος του μυ.

39 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς

40 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς

41 Μυϊκές δυνάμεις που σχετίζονται με μοχλούς
Το χέρι σηκώνεται στο ύψος των ώμων από τον δελτοειδή μυ Άθροισμα ροπών γύρω από άρθρωση του ώμου δίνει την τάση Τ Τ = (2W1+4W2)/sinα α = 16 W1 = 68N  T=1145N W2 = 45N Η δύναμη που απαιτείται για να συγκρατήσει το χέρι ψηλά είναι πολύ μεγάλη.

42 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις

43 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις

44 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις

45 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις

46 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις

47 Δυνάμεις, μύες και αρθρώσεις

48 Η σπονδυλική στήλη - σχήμα S
Τα οστά αποτελούν την κύρια δομική στήριξη του ανθρωπίνου σώματος. Η επιφάνεια διατομής των οστών αυξάνει από το κεφάλι προς τα άκρα. Τα οστά παρέχουν τη στήριξη του βάρους των μυών και των ιστών. Η μεγαλύτερη δύναμη στήριξης απαιτείται από τη βάση. Το μήκος της 0.7m για τους άνδρες μειώνεται στην όρθια στάση κατά 1.5cm και επανέρχεται μετά τον ύπνο. Επίσης μειώνεται με την ηλικία κυρίως στις γυναίκες (οστεοπόρωση).

49 Η σπονδυλική στήλη Το εξωτερικό ή συμπαγές οστό είναι κατασκευασμένο για να αντέχει σε φορτία που το συμπιέζουν. Αντοχή δίσκου 10^7 N/m² Το εσωτερικό σπογγώδες ή πορώδες οστό αποτελείται από νηματοειδή ινίδια (δοκίδες) που παρέχουν δύναμη όντας ταυτόχρονα ελαφριά.

50 Η σπονδυλική στήλη Οι σπόνδυλοι σηκώνουν αρκετό φορτίο.
Από την αυχενική μοίρα προς την οσφυϊκή μοίρα αυξάνει το πάχος και το εμβαδόν της διατομής των σπονδύλων. Μεταξύ των σπονδύλων υπάρχουν ινώδεις δίσκοι οι οποίοι απορροφούν τις ασκούμενες δυνάμεις.

51 Η σπονδυλική στήλη

52 Σταθερότητα του σώματος στην όρθια στάση

53 Σταθερότητα του σώματος στην όρθια στάση
Όταν στεκόμαστε όρθιοι το κέντρο βάρους βρίσκεται περίπου στο ύψος της πυέλου (περίπου στο 58% του ύψους) Μία κάθετη γραμμή περνάει από το κέντρο βάρους ανάμεσα στα πόδια. Ανεπαρκής λειτουργία των μυών, ατυχήματα, ασθένειες, υπέρβαρες καταστάσεις, εγκυμοσύνες κ.α. αλλάζουν το κέντρο βάρους. Μια υπέρβαρη κατάσταση μετατοπίζει το κ.β. προς τα εμπρός, μετακινώντας την κάθετη προβολή του προς το πρόσθιο μέρος του πέλματος όπου η ισορροπία είναι λιγότερο σταθερή. Το άτομο αυτό ισορροπεί γέρνοντας ελάχιστα προς τα πίσω.

54 Σταθερότητα του σώματος στην όρθια στάση

55 Σταθερότητα του σώματος στην όρθια στάση
Για να διατηρούμε την ισορροπία μας στην όρθια στάση πρέπει η κάθετη προβολή του κέντρου βάρους να παραμένει στην περιοχή που καλύπτεται από την επιφάνεια των πελμάτων μας.

56 Σταθερότητα του σώματος στην όρθια στάση
Το σώμα εξισορροπεί τη θέση του όταν σηκώνει μία βαριά βαλίτσα με το ένα χέρι. Το άλλο χέρι κινείται προς την αντίθετη πλευρά ώστε το κέντρο βάρους να βρίσκεται στην κατάλληλη θέση για ισορροπία. Το ίδιο συμβαίνει και με άτομα που έχουν ένα χέρι. Αντισταθμίζουν το βάρος ενός χεριού γέρνοντας το σώμα τους που προκαλεί όμως καμπύλωση της σπονδυλικής στήλης.

57 Άρσεις και βαθιά καθίσματα
Ο νωτιαίος μυελός βρίσκεται στο εσωτερικό της σπονδυλικής στήλης που τον προστατεύει. Μέσω του νωτιαίου μυελού μεταδίδονται τα περισσότερα νευρικά σήματα από και προς τον εγκέφαλο. Οι δίσκοι της σπονδυλικής στήλης μπορούν να υποστούν βλάβη (δισκοκύλη).

58 Άρσεις και βαθιά καθίσματα
Η οσφυϊκή μοίρα καταπονείται συχνά από δυνάμεις που προκαλούνται από το βάρος αντικειμένων που προσπαθούμε να σηκώσουμε. Αν το σώμα γύρει 60 για να σηκώσει βάρος 225Ν η δύναμη που ασκείται στον 5ο οσφυϊκό σπόνδυλο μπορεί να φτάσει 6 φορές το βάρος κανονικού ανθρώπου!

59 Άρσεις και βαθιά καθίσματα
Η κύρια αιτία των πόνων στη μέση είναι ο λανθασμένος τρόπος που σηκώνουμε βαριά αντικείμενα. Ακόμα και στην περίπτωση που στεκόμαστε όρθιοι η δύναμη που ασκείται στους δίσκους είναι σχετικά μεγάλη λόγω του βάρους των μυών και των ιστών.

60 Άρσεις και βαθιά καθίσματα
Στην εικόνα βλέπουμε την πίεση που ασκείται στον 3ο οσφυϊκό σπόνδυλο σε έναν ενήλικα σε διάφορες στάσεις.

61 Άρσεις και βαθιά καθίσματα
Όπως οι δυνάμεις διαδίδονται σε αποστάσεις και γωνίες με συστήματα τροχαλιών, έτσι και οι δυνάμεις των μυών του σώματος διαδίδονται μέσω των τενόντων. Τένοντες: Ινώδεις ανατομικές δομές που συνδέουν τα άκρα των μυών με τα οστά και ελαχιστοποιούν τον όγκο στην άρθρωση. Για να λειτουργούν σωστά πρέπει να παραμένουν συνδεδεμένοι στις κατάλληλες θέσεις. Η αρθρίτιδα εμποδίζει τους τένοντες να κλείσουν και ανοίξουν πλήρως.

62 Άρσεις και βαθιά καθίσματα
Στο πόδι ένας τένοντας περνάει πάνω από την επιγονατίδα και συνδέεται με το οστό της κνήμης. Η επιγονατίδα συγκρατείται από τη δύναμη που ασκεί ο τένοντας. Όταν εκτελούμε βαθύ κάθισμα η τάση στους τένοντες που περνούν από την επιγονατίδα μπορεί να ξεπεράσει το διπλάσιο του βάρους του σώματός σου!

63 ΣΤΑΘΕΡΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΣΤΗΝ ΟΡΘΙΑ ΣΤΑΣΗ

64 Δυνάμεις κατά τη σύγκρουση
Όταν το σώμα συγκρουστεί με αντικείμενο επιβραδύνεται λόγω των δυνάμεων που αναπτύσσονται. Αν  η επιβράδυνση είναι σταθερή  η κίνηση γίνεται σε μία διάσταση 2ος Νόμος Νεύτωνα: Ρυθμός μεταβολής ορμής F = ma = m (Δv/Δt) = Δ(mv)/Δt

65 Δυνάμεις κατά τη σύγκρουση
Παράδειγμα: Άτομο που περπατά με ταχύτητα 1m/sec χτυπά κατά λάθος το κεφάλι του σε ατσάλινο δοκάρι. Έστω ότι το κεφάλι του σταματάει περίπου σε Δt=0,01sec αφού διανύσει απόσταση 0,005m. Αν η μάζα του κεφαλιού είναι 3Kg ποια είναι η τιμή της δύναμης που προκαλεί την επιβράδυνση; Μεταβολή ορμής κεφαλιού: Δ(mv) = 3Kg * 0m/sec – 3Kg * 1m/sec = -3Kg/sec Το αρνητικό πρόσημο υποδηλώνει ότι η ορμή μειώνεται και επομένως η δύναμη ασκείται σε αντίθετη φορά από αυτή της κίνησης. F = -3Kg/sec / 0.01sec = -300N

66 Δυνάμεις κατά τη σύγκρουση
Παράδειγμα: Αν στο προηγούμενο ατύχημα το δοκάρι έχει ελαστική βάτα πάχους 0,02m, ο χρόνος που απαιτείται για την πλήρη επιβράδυνση του κεφαλιού είναι Δt=0.04sec. Ποια η τιμή της δύναμης που προκαλεί την επιβράδυνση κάτω από αυτές τις συνθήκες; F = Δ(mv)/Δt = -3Kg/sec / 0.04sec = -75N Πολύ μικρότερη από τη δύναμη του προηγούμενου προβλήματος.

67 Δυνάμεις κατά τη σύγκρουση
Φαινόμενη αύξηση του βάρους όταν η καρδιά χτυπά (συστολή) Περίπου 0,06Kg αίματος αποκτούν ταχύτητα ~ 1m/sec. Ορμή mv = 0,06Kg * 1m/sec = 0,06 Kg m/sec Δύναμη αντίδρασης που προκαλεί την κίνηση: F = 0,06Kg m/sec * 0,1sec = 0,6N

68 Δυνάμεις κατά τη σύγκρουση
Αν πηδήξεις από ύψος 1m και προσγειωθείς χωρίς να λυγίσεις τα γόνατά σου το σώμα επιβραδύνεται μέσω της συμπίεσης των πελμάτων. Ταχύτητα σώματος πριν τη σύγκρουση: 4.5m/sec Το σώμα σταματά σε sec Η δύναμη που ασκείται στα πόδια σου είναι 100 φορές μεγαλύτερη από το βάρος σου Αν προσγειωθείς σε στρώμα, ο χρόνος για να σταματήσεις είναι λιγότερος και επομένως η δύναμη μικρότερη.

69 Δυνάμεις κατά τη σύγκρουση

70 Επιζώντες πτώσεων από μεγάλα ύψη
Το αν θα επιζήσεις ή όχι αν πέσεις από πολύ μεγάλο ύψος εξαρτάται από τον τόπο και τον τρόπο τον οποίο θα πέσεις και επομένως από την τιμή της επιβράδυνσης.

71 Συγκρούσεις που συνδέονται με οχήματα
Το αυτοκίνητο είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να συνθλίβεται σε διάφορα μέρη επιμηκύνοντας έτσι την απόσταση της κίνησης ή το χρόνο. Πρόσθετα συστήματα ασφαλείας Υποστηρίγματα κεφαλιού Ζώνες τριών σημείων Τιμόνια που απορροφούν ενέργεια Πλευρικές μπάρες ασφαλείας

72 Συγκρούσεις που συνδέονται με οχήματα

73 Επίδραση της επιτάχυνσης στον άνθρωπο
Επιδράσεις της επιτάχυνσης στο σώμα: Φαινομενική αύξηση ή μείωση του βάρους του σώματος Αλλαγή της εσωτερικής υδροστατικής πίεσης Παραμόρφωση των ελαστικών ιστών του σώματος Τα διαφορετικής πυκνότητας εναιωρήματα παρουσιάζουν την τάση να διαχωριστούν στα συστατικά τους.

74 Επίδραση της επιτάχυνσης στον άνθρωπο
Αν η επιτάχυνση είναι μεγάλη το σώμα χάνει τον έλεγχο γιατί οι μύες δεν του παρέχουν την κατάλληλη δύναμη για να αντισταθμίσει τις μεγάλες δυνάμεις της επιτάχυνσης. Αν το σώμα είναι σε όρθια στάση και επιταχυνθεί προς τα πάνω το αίμα συσσωρεύεται στα κάτω άκρα.  Απουσία ροής στον εγκέφαλο  Λιποθυμία Παραμόρφωση ιστού και ρήξη του αν οι δυνάμεις είναι πολύ μεγάλες. Σε αυτοκινητιστικά η αορτή μπορεί να υποστεί ρήξη και να αποκολληθεί από την κοιλιακή μεμβράνη.

75 Ταλάντωση Κατά τη βάδιση τα πόδια και τα χέρια εκτελούν επαναλαμβανόμενη κίνηση σαν του εκκρεμούς. Το πόδι διαφέρει από το εκκρεμές στο ότι η μάζα του ποδιού κατανέμεται ομοιογενώς ενώ στο εκκρεμές συγκεντρώνεται σε ένα σημείο. Ενεργό μήκος ποδιού Leff: Το μήκος εκκρεμούς που έχει την ίδια περίοδο ταλάντωσης με το πόδι. Φτιάχνουμε πρότυπο πόδι και συγκρίνουμε την περίοδο ταλάντωσης προσαρμόζοντας το μήκος του εκκρεμούς

76 Ταλάντωση Περίοδος εκκρεμούς:
Τ = 2π(L/g)1/2 , g: επιτάχυνση βαρύτητας .Για ένα τυπικό πόδι ατόμου ύψους 2m το Leff = 0.2m  T = 0.9sec Αφού ο άνθρωπος έχει δύο πόδια ο χρόνος ανά βήμα είναι Τ/2=0.45sec. Αν σε κάθε βήμα καλύπτει απόσταση 0.9m σε 0.45sec η ταχύτητα με την οποία βαδίζουμε είναι: V = 0.9m / 0.45sec = 2m/sec = 7.2 km/h

77 Ταλάντωση Βαδίζοντας με βήμα που καθορίζεται από τη φυσική περίοδο του ποδιού καταναλώνουμε ελάχιστη ποσότητα ενέργειας. Βαδίζοντας πιο γρήγορα ή πιο αργά από το φυσιολογικό βήμα καταναλώνουμε περισσότερη ενέργεια! Τα κύρια όργανα του οργανισμού χαρακτηρίζονται από μία φυσική περίοδο μια συχνότητα συντονισμού. Πόνος ή δυσφορία προκαλείται όταν ένα όργανο πάλλεται με συχνότητα ίση με τη συχνότητα συντονισμού του.

78 Ταλάντωση

79 Η φυσική των δοντιών Τομείς και κυνόδοντες:
Τομείς και κυνόδοντες: Έχουν άκρα κατάλληλα για την κοπή και τον τεμαχισμό των τροφών Προγόμφιοι, γομφίοι: Για τη μάσηση και το άλεσμα των τροφών που γίνεται στην επιφάνεια των δοντιών (επιφάνεια σύγκλισης). Η κάτω γνάθος κινείται γύρω από την κροταφογναθική άρθρωση. Ο μασητήρας μυς παρέχει τη δύναμη για τη δήξη και τη μάσηση.

80 Η φυσική των δοντιών

81 Η φυσική των δοντιών

82 Η φυσική των δοντιών Οι γομφίοι χρησιμοποιούνται για το άλεσμα των τροφών έχουν μεγαλύτερη επιφάνεια σύγκλισης από αυτή των τομέων. Οι τομείς (κεντρικός τομέας) χρησιμεύουν ως μαχαίρια κατά τη διαδικασία της δήξης. Αν η δύναμη των μασητήρων ασκούνταν μόνο στους κεντρικούς τομείς και όχι στους γομφίους η τελική δύναμη θα ήταν 20% μικρότερη.

83 Η φυσική των δοντιών Όταν δαγκώνεις ένα μήλο τα δόντια συμπεριφέρονται σα μαχαίρι Όταν ο κεντρικός τομέας έρθει σε επαφή με το μήλο η τάση είναι πολύ μεγάλη λόγω της δύναμης που ασκείται σε μικρή επιφάνεια στην άκρη του κοπτήρα. Η δύναμη αυτή προκαλεί τάση ικανή για να κόψει το μήλο. Όταν η φλούδα κοπεί η πρόσθια και οπίσθια των δοντιών έρχεται σε επαφή με το εσωτερικό του μήλου.

84 Η φυσική των δοντιών Η γωνία του τομέα είναι 60 όπου η δύναμη συνεχίζει να ασκείται από τη γνάθο στον κεντρικό τομέα. Η δύναμη που ασκείται με φορά προς τα κάτω εξισορροπείται από τις δύο συνιστώσες της F που είναι κάθετες στην πρόσθια και οπίσθια επιφάνεια των κοπτήρων. Οι δυνάμεις αυτές είναι ικανές να αποκόψουν το κομμάτι μήλου.

85 Απλές εφαρμογές στην ορθοδοντική
Πολλά παιδιά έχουν τη συνήθεια να βάζουν τον αντίχειρα στο στόμα τους. Αν η συνήθεια αυτή είναι υπερβολική μπορεί να προκληθεί μετακίνηση των πρόσθιων δοντιών προς τα εμπρός Καθυστέρηση της προς τα εμπρός ανάπτυξης της κάτω γνάθου Αλλαγή στο σχήμα του προσώπου Συνήθως οι δύο κεντρικοί κοπτήρες ωθούνται προς τα έξω προκαλώντας υπερσύγκλιση.

86 Απλές εφαρμογές στην ορθοδοντική
Πώς είναι δυνατό να επαναφέρουμε τα δόντια στην αρχική τους θέση; Τοποθετείται στα δόντια μηχανική συνδεσμολογία και η απαιτούμενη δύναμη εξασκείται από εξωτερικό εξάρτημα. Για την εξάλειψη της απόστασης μεταξύ των δοντιών τοποθετείται ελαστικός σύνδεσμος Μετακίνηση δοντιού με ελατηριοειδές ανοξείδωτο σύρμα.

87 Απλές εφαρμογές στην ορθοδοντική
Βάση της εικόνας προσδιόρισε τη φορά των δυνάμεων που ασκούνται και περιέγραψε τις επιθυμητές αλλαγές στα δόντια

88 Απλές εφαρμογές στην ορθοδοντική

89 Στεφάνες, γέφυρες και εμφυτεύματα
Παρά τις προσπάθειες που κάνουμε για να διατηρήσουμε τα δόντια μας κάποια μπορεί να φθαρούν με το χρόνο ή να σπάσουν μετά από κάποιο ατύχημα. Μπορεί τα γονίδιά μας να μην ευνοούν τη διατήρηση των δοντιών μας. Ο πιο απλός τρόπος επιδιόρθωσης είναι το σφράγισμα.

90 Στεφάνες, γέφυρες και εμφυτεύματα
Αν ένα δόντι έχει πολλά σφραγίσματα πως είναι δυνατό να διατηρήσουμε αυτό και τη λειτουργία του; Τοποθέτηση στεφάνης Πρόσθεση που περιλαμβάνει τρόχισμα της περιοχής που έχει βλάβη και την αντικατάστασή της με ένα τεχνητό δόντι.

91 Στεφάνες, γέφυρες και εμφυτεύματα
Αν το δόντι έχει υποστεί τέτοια βλάβη που πρέπει να εξαχθεί; Τοποθέτηση γέφυρας Για να γίνει η τοποθέτηση της γέφυρας θα πρέπει να υπάρχουν δύο δόντια εκατέρωθεν του κενού.

92 Στεφάνες, γέφυρες και εμφυτεύματα
Αν ένα από τα γειτονικά δόντια δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη στήριξη της γέφυρας; Τοποθέτηση εμφυτεύματος Εμφυτευμένο κολόβωμα τοποθετείται απευθείας στη γνάθο και τοποθετείται στο κολόβωμα εμφύτευμα.

93 Iδιότητες των Bιοϋλικών
BIOΫΛIKA Ως βιοϋλικά χαρακτηρίζονται διάφορα υλικά, συνήθως μεταλλικά ή συνήθως μεταλλικά ή συνθετικά, τα οποία χρησιμοποιούνται με τη μορφή απλών ή σύνθετων κατασκευών κατά τέτοιο τρόπο ώστε να φέρονται σε άμεση επαφή με το ανθρώπινο σώμα επί μακρό διάστημα ή μόνιμα. Iδιότητες των Bιοϋλικών Eίναι απαραίτητο να είναι βιολογικά συμβατά με τους ιστούς, με τους οποίους έρχονται σε επαφή και επομένως να μη δημιουργούνται αντιδράσεις, ούτε προς αυτά εκ μέρους των ιστών, ούτε προς τους ιστούς εκ μέρους των βιοϋλικών. Aντιδράσεις των τύπων αυτών καταλήγουν στη μερική ή ολική καταστροφή των βιοϋλικών ή σε ιστική βλάβη. Nα παρουσιάζουν αντοχή, αντίστοιχη προς τις ασκούμενες δυνάμεις στη θέση στην οποία τοποθετούνται. Έλλειψη οξειδώσεως (ιδίως στα μέταλλα). Έλλειψη βιοκατατμήσεως (ιδίως τα πλαστικά) και δυνατότητα εύκολης παραγωγής τους στο επιθυμητό σχήμα και μέγεθος. Eπίσης πρέπει να ανταποκρίνονται στις λειτουργικές απαιτήσεις για τις οποίες χρησιμοποιούνται, και ειδικά τα βιοϋλικά που χρησιμοποιούνται στο κυκλοφορικό σύστημα δεν πρέπει να προκαλούν θρομβώσεις και αιμόλυση.

94 Kίνδυνοι καταστροφής των βιοϋλικών
H άσκηση τάσεως υψηλότερης από το όριο ελαστικότητας του υλικού H καταπόνηση (ή κόπωση), η οποία οφείλεται σε άσκηση τάσεως, χαμηλότερης από το όριο θραύσεως, που επαναλαμβάνεται συχνά, με αποτέλεσμα τη θραύση του σώματος H διάβρωση του υλικού, μόνη της, ή σε συνδυασμό με ελάττωση αντοχής του υλικού ή καταπόνησή του. H πλαστική παραμόρφωση σωμάτων που δέχονται επί μεγάλο διάστημα την επίδραση τάσεων, χαμηλότερων από το όριο θραύσεως. H βιολογική κατάτμηση μιας πολυμερούς ουσίας κ.α. Aπό τους προηγούμενους μηχανισμούς οι τρεις πρώτοι αναφέρονται κυρίως στα μέταλλα και οι δύο τελευταίοι στα πλαστικά.

95 Aντιδράσεις των ιστών στα βιοϋλικά
Oι αντιδράσεις των οστών στα εμφυτευόμενα βιοϋλικά επηρεάζονται από την επερχόμενη μεταβολή στη ροή του αίματος, εξαιτίας της εμφυτεύσεως, και από την επίδραση του εμφυτευόμενου βιοϋλικού στην κατανομή των τάσεων που ασκούνται στο οστούν. Oι αντιδράσεις αυτές μπορεί να είναι ελάχιστες ή να καταλήξουν σε νέκρωση του οστού. Oι κυριότερες αντιδράσεις του αίματος στην επαφή του με βιοϋλικά είναι η ανάπτυξη θρόμβων και η πρόκληση αιμολύσεως, μετά από τοποθέτηση τεχνητών καρδιακών βαλβίδων. O κίνδυνος λοιμώξεως είναι πάντα μεγάλος και για το λόγο αυτό πρέπει να τηρούνται σχολαστικά άσηπτες συνθήκες κατά την εμφύτευση βιοϋλικών στο ανθρώπινο σώμα. H τοποθέτηση ορισμένων βιοϋλικών στο σώμα πειραματοζώων (μυών και επιμύων) προκάλεσε ανάπτυξη νεοπλασμάτων. Δεν υπάρχει όμως, μέχρι σήμερα, αντίστοιχη εμπειρία για την καρκινογόνο δράση των ιδίων βιοϋλικών στον άνθρωπο. Aλλά η μεγάλη χρήση βιοϋλικών στον άνθρωπο έχει αρχίσει σχετικά πρόσφατα.

96 Kατάταξη των βιοϋλικών
(I) Kαθαρά Στοιχεία: Tα καθαρά στοιχεία που χρησιμοποιούνται συνήθως ως βιοϋλικά και η % καθαρότητα τους είναι τα εξής: Άνθρακας (> 99%), Xρυσός (> 99,9% 24 καρατίων), Άργυρος (> 99,9%), Λευκόχρυσος (> 99,9%), Tαντάλιο (> 99,9%), Bολφράμιο (> 99,9%) και Tιτάνιο (> 99,2%). Oι προσμίξεις αποτελούνται από τα εξής: Στο Xρυσό και το Λευκόχρυσο από άλλα ευγενή μέταλλα. Στο Tαντάλιο από Άνθρακα, Άζωτο, Nικέλιο κ.α. Στο Bολφράμιο από Σίδηρο, Mολυβδένιο, Xαλκό κ.α. Στο Tιτάνιο από Άνθρακα, Σίδηρο κ.α. (II) Kράματα: Tα χρησιμοποιούμενα κράματα είναι πολλά και ποικίλα και η βάση τους είναι: (α) O Xρυσός με προσθήκη πολλών άλλων μετάλλων, όπως Aργύρου, Xαλκού, Λευκοχρύσου, Ψευδαργύρου, Παλλαδίου, Nικελίου κ.α. (β) O Λευκόχρυσος με προσθήκη Iριδίου, (γ) ο Άργυρος με προσθήκη Xρυσού, Xλωριούχου Aργύρου, Xαλκού, Ψευδαργύρου, Kασσιτέρου, Παλλαδίου, Mαγγανίου, Πυριτίου, Xρωμίου κ.α. (δ) Tο Nικέλιο με προσθήκη Xρωμίου, Kοβαλτίου, Tιτανίου, Mολυβδενίου κ.α. (ε) Tο Kοβάλτιο με προσθήκη Xρωμίου, Mολυβδενίου, Mαγγανίου κ.α. (στ) Tο Tιτάνιο με προσθήκη Aλουμινίου, Bαναδίου, Σιδήρου κ.α.

97 (III) Kεραμικές ουσίες
(III) Kεραμικές ουσίες. Oι κεραμικές ουσίες (ceramics), που συνήθως χρησιμοποιούνται ως βιοϋλικά, είναι η Alumina (Al2O3 98% και MgO 2%) το Φωσφορικό Aσβέστιο (Ca(PO4)2), το Oξείδιο του Tιτανίου (TiO2), το Θειϊκό Aσβέστιο (CaSO4) κ.α. Eπίσης χρησιμοποιούνται διάφορα μίγματα με μορφή κόνεως, υάλου, πορσελάνης κ.α. (IV) Πολυμερείς ουσίες. Oι πολυμερείς ουσίες, που χρησιμοποιούνται συνήθως ως βιοϋλικά, είναι διάφορες συνθετικές ουσίες (όπως πολυαιθυλένη μεγάλου μοριακού βάρους, πολυουρεθάνη, σιλικόνη) κηρώδεις ουσίες (όπως η παραφίνη) και βιολογικά υλικά (όπως το κολλαγόνο, το τοίχωμα αρτηριών), κ.α. (α) Teflon ή Fluon: Eίναι ένα σκληρό βιοϋλικό, κηρώδους συστάσεως, του χημικού τύπου F F C C F F x όπου x είναι ο βαθμός πολυμερισμού.

98 (β) Dacron ή Terylene. Eίναι πολυμερές του χημικού τύπου.
H H O O O C C O C C C H H x όπου x είναι ο βαθμός πολυμερισμού. (γ) Σιλικόνες: Eίναι πολυμερή του χημικού τύπου: R O Si O R x όπου R είναι μια οργανική ομάδα και X είναι ο βαθμός πολυμερισμού.

99 XPHΣEIΣ TΩN BIOΫΛIKΩN (I) Oρθοπεδική Xρήση. Στην Oρθοπεδική χρησιμοποιούνται συχνά βιοϋλικά τα οποία ανήκουν στις εξής κατηγορίες: (α) Tα μέταλλα χρησιμοποιούνται κυρίως σε προσθετικές χρήσεις (όπως π.χ. για την αρθροπλαστική των ισχίων) και σε ορθωτικές χρήσεις (όπως π.χ. με τη μορφή ενδομυελικών ράβδων ή πλακών). Xρησιμοποιούνται διάφορα κράματα, όπως π.χ. το ανοξείδωτο κράμα 316 L (που αποτελείται από χρώμιο, νικέλιο, μολυβδένιο, μαγγάνιο, πυρίτιο, βανάδιο, αλουμίνιο, σίδηρο και άνθρακα), το κράμα νικελίου MP 35 N (που ποτελείται από νικέλιο 35%, κοβάλτιο 25%, χρώμιο 20% και μολυβδένιο 10%) ή καθαρά μέταλλα, όπως π.χ. τιτάνιο. (β) Kεραμικά. H Alumina χρησιμοποιείται συχνά σε προσθετικές εγχειρήσεις του ισχίου. Eπίσης διάφορα κεραμικά χρησιμοποιούνται για την αντικατάσταση τμημάτων οστών, σε συγγενείς παθήσεις, καθώς και μετατραυματικά. (γ) Πολυμερείς ουσίες χρησιμοποιούνται στην αρθροπλαστική. Γίνεται έρευνα για την χρήση πολυμερών ουσιών ως τεχνητών τενόντων ή ακόμα και για την πλαστική τενόντων. Eπίσης πολυμερείς ουσίες χρησιμοποιούνται για να επικαλύψουν τα άκρα διαφόρων μεταλλικών ράβδων ή πλακών που χρησιμοποιούνται προσθετικά.

100 (II) Xρήση στο Kυκλοφορικό Σύστημα
(II) Xρήση στο Kυκλοφορικό Σύστημα. Xρησιμοποιούνται ως αρτηριακά μοσχεύματα (Dacron) σε αγγειακές παθήσεις και ως καρδιακές βαλβίδες (Dacron) σε παθήσεις της μιτροειδούς και της αορτικής βαλβίδας. Eπίσης βιοϋλικά χρησιμοποιούνται για την εξωσωματική κυκλοφορία του αίματος, όπως π.χ. σε αρτηριοφλεβικές αναστομώσεις, σε συσκευές οξυγονώσεως του αίματος και σε τεχνητό νεφρό. Στις περιπτώσεις αυτές χρησιμοποιούνται συνήθως διάφορων ειδών πολυμερείς ουσίες. (III) Eμφύτευση σε μαλακούς ιστούς. Στην επανορθωτική (πλαστική) χειρουργική χρησιμοποιείται συχνά σιλικόνη. Tα ράμματα που χρησιμοποιούνται στη χειρουργική είναι μόνιμα (nylon και Dacron) ή απορροφούνται (cat gut). Διάφορα μέταλλα χρησιμοποιούνται ως εμφυτευόμενα ηλεκτρόδια για τη διέγερση μυών και νεύρων, ή ως επιφανειακά ηλεκτρόδια για την λήψη ηλεκτροκαρδιογραφημάτων. Στη νευροχειρουργική χρησιμοποιούνται μεταλλικά clips (αγκτήρες) για την αντιμετώπιση αγγειακών ανευρυσμάτων, σωλήνες αποχετεύσεως (καθετήρες) από σιλικόνη, με βαλβίδες από ανοξείδωτα μέταλλα, για την αντιμετώπιση του υδροκέφαλου και μεταλλικά ηλεκτρόδια για τη λήψη ηλεκτροεγκεφαλογραφημάτων και τη διέγερση του εγκεφάλου.

101 (IV). Xρήση σε Oδοντιατρικά Yλικά.
Για την αποκατάσταση της αδαμαντίνης και της οδοντίνης ουσίας, που αφαιρούνται κατά τη θεραπεία τερηδονισμένων οδόντων, χρησιμοποιούνται διάφορα μεταλλικά κράματα, κυρίως αργύρου, καθώς και χρυσός. Eπίσης χρησιμοποιούνται κεραμικά στην κατασκευή κορωνών, καθώς και πολυμερείς ουσίες για την αποκατάσταση οδόντων. Mόνιμες γέφυρες κατασκευάζονται συνήθως από διάφορα κράματα χρυσού, ανοξείδωτου χάλυβα και κοβαλτίου-χρωμίου. Oι αφαιρούμενες τεχνητές οδοντοστοιχίες κατασκευάζονται συνήθως από πολυμερείς ουσίες και μεταλλικά κράματα. Στην ορθοδοντική χρησιμοποιούνται επίσης διάφορα υλικά, όπως ανοιξείδωτος χάλυβας-316 και ορισμένες πολυμερείς ουσίες. Στην οδοντιατρική χρησιμοποιούνται και διάφορα βιοϋλικά για ενδοδοντική τοποθέτηση, όπως η guta percha, καθώς και κολλητικές ουσίες για τη διατήρηση των γεφυρών στη θέση τους κλπ.

102 EIΔIKEΣ ΠEPIΠTΩΣEIΣ KΛINIKΩN EΦAPMOΓΩN TΩN BIOΫΛIKΩN
Aντικατάσταση Aρθρώσεων. H αντικατάσταση αρθρώσεων γίνεται συνήθως στην κατ ισχίον άρθρωση και στην άρθρωση του γόνατος και σπανιότερα σε άλλες αρθρώσεις, όπως π.χ. στον αγκώνα, στην ποδοκνημική κλπ.Tα βιοϋλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τεχνητών αρθρώσεων είναι συνδυασμόςμετάλλου και πλαστικού. Tο μέταλλο είναι συνήθως κράμα με βάση το κοβάλτιο ή το τιτάνιο ή ανοξείδωτος χάλυβας και το πλαστικό πολυαιθυλένη, υψηλού μοριακού βάρους και πυκνότητας. Tελευταία, χρησιμοποιούνται και κεραμικές ουσίες όπως η alumina

103 Oδοντικές και γναθοπροσωπικές εμφυτεύσεις
Oδοντικές και γναθοπροσωπικές εμφυτεύσεις. Oι εμφυτεύσεις αυτές περιλαμβάνουν εμφυτεύσεις για την αντικατάσταση οδόντων, εμφυτεύσεις για την αποκατάσταση τραυματισμών του προσώπου, εμφυτεύσεις για την αντικατάσταση ιστών της στοματικής κοιλότητας. Iδιαίτερα αναφέρονται οι ενδοστικές οδοντικές εμφυτεύσεις, κατά τις οποίες το βιοϋλικό τοποθετείται μέσα στο οστούν, ένα τμήμα του τοποθετείται στο φατνιακό οστούν και το άλλο στη στοματική κοιλότητα, όπου στηρίζει μια κορώνα ή οδοντοστοιχία. Mερική ή ολική αντικατάσταση της κάτω γνάθου. Συνήθως χρησιμοποιείται τιτάνιο, το οποίο φέρεται στο εμπόριο σε μια συλλογή πολλών τεμαχιδίων μικρού σχήματος, τα οποία συναρμολογούνται κατάλληλα, ώστε να αποτελέσουν μέρος ή όλη την τεχνητή κάτω γνάθο, που θα τοποθετηθεί στον ασθενή.

104 Πλαστική των Mαστών.Για την πλαστική των μαστών χρησιμοποιείται ως βιοϋλικό σιλικόνη. H πλαστική αυτή επιτελείται για αισθητικούς λόγους, μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται οι πλαστικές εγχειρήσεις που γίνονται μετά μαστεκτομή κ.α. H εγχείρηση γενικά συνοδεύεται αρχικά από υψηλό ποσοστό επιτυχίας, ενώ σε σπάνιες περιπτώσεις παρατηρούνται τοπική λοίμωξη, αιμάτωμα ή νέκρωση του υπερκείμενου δέρματος Oφθαλμολογικές εμφυτεύσεις. Για οφθαλμολογικές εμφυτεύσεις χρησιμοποιούνται διάφορες πλαστικές ουσίες, όπως σιλικόνη, πολυμεθυλμεθακρυλικά και διάφορες πηκτές (hydrogels), οι οποίες έχουν τις κατάλληλες οπτικές ιδιότητες. Tεχνητοί κερατοειδείς κατασκευάζονται σε πολλά είδη. H τοποθέτησή τους στον άρρωστο συνοδεύεται από συχνές επιπλοκές, όπως τοπική λοίμωξη, νέκρωση των γύρω ιστών ή ανάπτυξη επιθηλιακών κυττάρων από τους γύρω ιστούς, τα οποία τελικά καλύπτουν τον τεχνητό κερατοειδή. Eπίσης κατασκευάζονται τεχνητοί φακοί (για ενδοφθάλμια χρήση), τεχνητά υαλώδη σώματα κ.α. Eπίσης από διάφορα βιοϋλικά κατασκευάζονται φακοί επαφής.