Cinemática e Biomecânica Articular

A cinemática descreve como os segmentos corporais e as articulações se movem — sua posição, deslocamento, velocidade e os eixos de rotação — enquanto a biomecânica articular analisa as forças e os momentos que produzem e resistem a esse movimento. Juntas, elas quantificam como o sistema musculoesquelético converte o esforço muscular em movimento controlado e de suporte de carga.

Definition

A cinemática é a descrição do movimento — deslocamento, velocidade e aceleração de segmentos e articulações — sem referência às forças envolvidas; a biomecânica articular estende isso à cinética, a análise das forças, momentos e ações musculares que produzem e resistem ao movimento articular.

Scope

O tópico abrange a descrição do movimento articular (graus de liberdade, planos e eixos, amplitude de movimento), a análise das forças e momentos articulares (cinética) e como músculos, tendões e geometria articular se combinam para gerar movimento, incluindo a modelagem computacional usada para estimar quantidades que não podem ser medidas diretamente. É uma referência metodológica e analítica, não uma orientação clínica.

Core questions

• Como o movimento articular e segmentar é descrito em termos de graus de liberdade, planos e eixos?
• Como as forças e momentos articulares são inferidos a partir do movimento e das cargas externas?
• Como a força muscular, o braço de momento e a geometria articular se combinam para produzir movimento?
• Como os modelos musculoesqueléticos computacionais são usados para estimar a mecânica interna?

Key concepts

• Graus de liberdade e eixos articulares
• Planos de movimento e amplitude de movimento
• Braço de momento e torque articular
• Cinemática versus cinética
• Dinâmica inversa e direta
• Modelagem e simulação musculoesquelética

Key theories

Modelagem musculotendínea tipo Hill

A produção de força muscular na análise biomecânica é comumente representada por modelos tipo Hill, nos quais um elemento contrátil com propriedades força-comprimento e força-velocidade atua em série com um tendão elástico, permitindo a simulação de como os músculos impulsionam o movimento articular.

Dinâmica inversa e direta

A cinética articular é analisada tanto pela dinâmica inversa, calculando os momentos articulares líquidos necessários para produzir o movimento observado, quanto pela dinâmica direta, prevendo o movimento a partir de forças musculares assumidas, fornecendo rotas complementares entre o movimento e as forças que o causam.

Mechanisms

O movimento articular é descrito pelo número de maneiras independentes pelas quais uma articulação pode se mover (graus de liberdade) e pelos planos e eixos em torno dos quais ela gira, com a amplitude de movimento limitada pela geometria articular e pelas restrições dos tecidos moles. As forças que impulsionam o movimento surgem dos músculos, cujo efeito em uma articulação depende da força que produzem e de seu braço de momento — a distância perpendicular da linha de ação ao eixo articular — de modo que o torque articular é o produto da força muscular e do braço de momento somados entre os músculos. Como as forças internas de contato muscular e articular não podem ser medidas diretamente em indivíduos vivos, os biomecânicos usam a dinâmica inversa para calcular os momentos articulares líquidos a partir do movimento medido e das forças externas, e modelos musculoesqueléticos com atuadores do tipo Hill para estimar as contribuições musculares individuais por meio de simulação.

Clinical relevance

A análise cinemática e cinética fundamenta a compreensão ortopédica da função articular normal e alterada, a justificativa para procedimentos reconstrutivos e a avaliação do movimento após lesão ou cirurgia. O tópico descreve como o movimento e o carregamento articular são medidos e modelados e não é uma base para prescrever tratamento ou reabilitação para qualquer indivíduo.

Evidence & guidelines

A cinemática articular e a análise biomecânica são fundamentadas na mecânica e validadas por meio de estudos experimentais e computacionais; os métodos padrão são consolidados em textos de biomecânica e em estruturas de modelagem de código aberto amplamente utilizadas, em vez de em diretrizes clínicas.

History

O estudo quantitativo do movimento humano surgiu da fotografia de movimento inicial e da aplicação da mecânica de corpos rígidos ao esqueleto. Ao longo do final do século XX, a análise de marcha instrumentada e os métodos de dinâmica inversa amadureceram, e no século XXI as plataformas de modelagem e simulação musculoesquelética de código aberto tornaram a estimativa detalhada da mecânica interna articular e muscular amplamente acessível.

Key figures

• Scott Delp
• Marcus Pandy

Seminal works

• delp-2007
• pandy-2001

Frequently asked questions

Qual a diferença entre cinemática e cinética?

A cinemática descreve o próprio movimento — posições, ângulos, velocidades — sem referência às suas causas, enquanto a cinética analisa as forças e os momentos que produzem e resistem a esse movimento.

Por que modelos computacionais são usados na biomecânica articular?

Como as forças internas de contato muscular e articular não podem ser medidas diretamente em pessoas vivas, modelos e simulações musculoesqueléticas estimam essas quantidades a partir do movimento mensurável e das cargas externas.