1)     Biomechaniczna analiza budowy i funkcji głównych stawów i kręgosłupa.

2)     Pojęcie i pomiary symetrii funkcjonalnej

3)     Wyznaczenie charakterystyki mocy mechanicznej wybranych zespołów mięśniowych w funkcji odciążenia zewnętrznego

4)     Kinematyczny i kinetyczny opis mechaniki lokomocyjnych form ruchu chodu i biegu.

5)     Analiza wartości sił reakcji oraz rozkładu parcia stóp na podłoże podczas chodu.

6)     Zmiany funkcji mięśni kończyny dolnej po urazach i operacji w obrębie stawu kolanowego oraz po alloplastyce stawu biodrowego.

7)     Wybrane zagadnienia zaawansowanej analizy chodu człowieka po udarach, amputacji kończyny dolnej, zaburzeniach neuronów mięśniowych.

8)     Wykorzystanie elektromiografii do badania pracy mięśni podczas ruch całego ciała (w chodzie)  i ruchu wybranych segmentów ciała.

BIOMECHANIKA UKŁADU KOSTENGO KRĘGOSŁUPA.

Ruch kręgosłupa odbywa się w trzech płaszczyznach:

·         strzałkowa – zginanie i prostowanie w zakresie zależnych od części kręgosłupa

-          wyrostki stawowe- ruch poślizgowy

-          trzon – wzdłuż osi która stanowi dysk

-          jądro miażdżyste – przemieszcza się do przodu i do tyłu napierając na pierścień włóknisty

·         Czołowa – zginanie boczne o całkowitym zakresie ok. 60° , L3, L4, największy udział

·         Pozioma – ruchy skrętne dookoła osi pionowej powodują unoszenie w stosunku do siebie kręgow i ich obrót

W płaszczyźnie strzałkowej zdrowy kręgosłup zachowuje trzy naturalne krzywice:

-          lordoza szyjna od 20° do 40°

-          kifoza piersiowa od 20° do 40°

-          lordoza lędźwiowa od 30° do 50°

Funkcje kręgosłupa:

·         podporowa dla czaszki oraz obręczy barkowej i miednicznej

·         miejsce przyczepu mięśni głowy i szyi, tułowia i kończyn

·         ochrona rdzenia kręgowego

Najczęstsze schorzenia kręgosłupa:

·         skrzywienia – skolioza, kifoza, brodoza, kifoskolioza, garb

·         zesztywniająca zapalenie stawów kręgosłupa o podłożu reumatycznym (chorobę reumatyczne). Choroby reumatyczne ti grupa chorób zwanych dalej gościowymi mającymi różna etiologię.

·         Złamania w wyniku urazu

·         Dyskopatia (wypadanie jądra miażdżystego tarczy międzykręgowej i kręgozmyk)

Kręgozmyk – to powolny ześlizg trzonu kręgu wyżej położonego w stosunku do kręgu niższego. Najczęściej na poziomie L4, L5. Jest wynikiem przerwania łuku położonego wyżej które może być wrodzone, urazowe lub nabyte

Ruchy kręgosłupa:

·         zginanie

·         skłon

·         rotacja

BADANIE KRĘGOSŁUPA ( badanie napięcia mięśniowego)

OBCIĄŻANIE KRĘGOSUPA (działanie dźwigni, działanie siły i momentów)

Sprężyste krążki znajdujące się między kręgami przy wykonywaniu różnych czynności znoszą obciążanie, które liczy się w kilogramach na centymetr kwadratowy

Przy różnych bólach najmniejsze obciążenie kręgosłupa jest leżenie na plecach a nogi na stołku.

Mechanizm obciążeń kręgosłupa:

Przez przeciążenie rozumie się taki stan, w którym pod wpływem działania sił na kręgosłup w procsie przenoszenia obciążęń zaostaje przekroczona wytrzymałość fizyczna tkanek, zdolnośc adaptacji oraz wydolność. Istotny udział w przenoszeniu obciążeń przez kręgosłup mają mięśnie przykręgosłupowe, przyczepione do boków i wewnątrz dwóch komór jamy brzusznej i klatki piersiowej oddzielonych przeponą. Jama brzuszna jest wypełniona kombinacją substancji stałych i płynnych. Klatka piersiowa jest wypełniona powietrzem. Działanie mięśni przemienia te komory w cylindry o półsztywnych ścianach, wypełnione powietrzem oraz płynem, zdolne do przekazywania skumulowanych sił obciążających kręgosłup. Siła wynikająca z przenoszenia ciężaru rękami, jest przekazywana do kręgosłupa przez mięśnie pasa barkowego (czworoboczny), miednicę, a także sztywna klatkę piersiową i brzuch. Im większy podnosi się ciężar, tym większe jest działanie mięśni tułowia, piersi i brzucha, towarzyszy temu zwiększenie ciśnienia w jamie brzusznej i piersiowej.

Obecnie stosowane metody badawcze mechanicznych właściwości kręgosłupa

-          Radiologia

-          Elektormiografia

-          Pomiary geometri i pozycji ciała

-          Badanie teusometryczne odkształceń kręgów

-          Badanie wytrzymałości mechanicznej

-          Parametry na modelach fizycznych kręgosłupa

-          Modelowanie matematyczne

Czynnościowo mięśnie , więzadeł stawów i kości u człowieka i z tego powodu dochodzi do zachwiań równowagi statyczno dynamicznej.

Wewnętrzna stabilność jest czynnikiem ciśnienie wewnętrznego krążków międzykręgowych.

Ciśnienie płynu wchłanianego przez jądro powoduje odpychanie od siebie trzonów kręgów, opór stawiają więzadła, które mają tendencje do zbliżania trzonów, stwarza to bardzo stabilny układ miedzy przylegającymi trzonami kręgosłupa, która składa się na przemian z elementów sztywnych i sprężystych, charakteryzuje się duża giętkością dzięki dużej odkształcalności krążków międzykręgowych. Wielkość giętkości zależy od właściwości pierścienia włóknistego i  stanu jądra miażdżystego, kształtu geometrycznego kręgosłupa i ograniczeń więzadeł międzykręgowych.

Oddziaływanie jamy brzysznej i klatki piersiowej na zmieszenie obciążenia kręgosłupa według Morris’a J. M . Mięśni tłowaia i ciśnienie występujące w jamie brzusznej to odciążenie kręgosłupa:

-          w części piersiowej około 50%

-          w części lędźwiowej około 30%

BIOMECHANIKA UKŁADU RUCHU

Staw Kolanowy

Najbardziej skomplikowany trójwymiarowy system mechaniczny człowieka. Ruchy elementów składowych zależą od:

·         stopni swobody charakterystyki ruchu

·         warunków obciążeń

·         oddziaływań mięśniowych podczas realizacji funkcji stawów

Zakres charakterystyk ruchowych stawu zależy od:

·         ukształtowania powierzchni stawowych

·         struktury więzadeł

Podczas ruchu w stawach stanowi:

·         przegub przekazujący obciążenia pomiędzy trzema kośćmi: udowa, piszczelowa i strzałkowa

·         jeden stopień swobody (przenoszenie pionowych obciążeń ściskających)

Budowa kończyny dolnej istotnie wpływa na ukształtowanie powierzchni stawowych kolana. Podstawowa oś kończyny:

·         oś mechaniczna, oś główna kości udowej ze środkiem stawu skokowego 0 u mężczyzn 3°, a u kobiet  5°

·         oś kości udowej z osią mechaniczna – oś kości piszczelowej pokrywa się z osią geometryczną

·         linia statyczna od powierzchni stawowych w kolanie jest nachylona od osi mechanicznej pod kątem 87°

Wszelkie odchylenia wywołują nieprawidłowe....

Obciążenia stawu kolanowego

Osiowe podczas chodzenia w poziomie lub po schodach 1-3 razy większe od ciężaru ciała, a dla biegania 2 razy.

Przeciążenie stawu:

·         uszkodzenie na skutek aktywności sportowej 60%

·         uszkodzenia więzadeł, łąkątki, torebki stawowej, chrząstki stawowej

Podczas stanie na obu stopach obciążenie obu stawów kolanowych stanowi 85% ciężaru ciała (G).

Dla mężczyzny o masie 70 kg

R1=R2=292N

Stanie na jednej nodze 93% ciężaru ciała

Objawy przeciążeń – przemieszczanie oddziaływanie siły wypadkowej obciążającej staw w stronę przyśrodkową lub boczną.

Przemieszczenie przyśrodkowe na skutek:

·         zmniejszenia sił mięśniowych działających po stronie bocznej stawu

·         zwiększenie masy ciała lub przesunięcia masy ciała w stronę na zewnątrz od obciążanej kończyny

·         kombinacji dwóch sytuacji - kombinacji szpotawości stawu ze zmiana siły

Zmiany układu sił polegająca na przesunięciu siły wypadkowej – powodującej przeciwne zmiany. Kolan prawidłowo obciążone w stawie ma równomierny rozkład na obu kłykciach kości piszczelowej – bocznym i przyśrodkowym.

Działanie sił na dźwignie kostne:

Założenia: m= 75 kg, Mpk= 210N, rm= 0,07m

Mm= Fm*rm

Fm= Mm:rm = 210N : 0,07m=3000N = 3 KN

Rs²= Fm² + Fm²

Rs²= 3² + 3² = 18

Rs= 4,25 KN

TOCZENIE I RUCH ŚLOZGOWY

Właściwości więzadeł:

ACL – więzadło krzyżowe przednie

PCL – więzadło krzyżowe tylne

Alloplastyka stawu kolanowego.

Wykorzystanie endoprotezy w zależności od stopnia rozwoju zmian patologicznych zarówno w strukturach kostnych jak i tkankach miękkich okołostawowych

Typ ednoprotez:

·         zawiasowa

·         kłykciowa

·         mierzanowa

Pomiary momentów sił w stawie kolanowym:

Badane osoby/n=101

·         pacjent po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego

·         -51osób (29 mężczyzn, 22 kobiety)

·         osoby zdrowe

·         - 50 osób (25 mężczyzn, 25 kobiet)

Wyniki: Pacjenci po urazie więzadeł krzyżowych przednich oraz w wyniku przeprowadzonej operacji i rehabilitacji nie wykazują deficytu siły mięśniowej mierzonej w warunkach statycznych. Operacja więzadeł krzyżowych przednich powoduje deficyt w możliwościach dynamicznych prostowników stawu kolanowego.

Mechanika stawów:

Staw biodrowy: kość miedniczna, kość udowa, więzadło kulszowo-udowe, więzadło biodrowe udowe

·         staw kulisty, panewkowy

·         przystosowany do przenoszenia dużych obciążeń statyczno-dynamicznych dzięki budowie kostnej części stawu, silnym mięśniom, więzadłom

·         tworzy rodzaj przegubu kulistego, który prócz funkcji dynamicznych pełni zadania podporowe, podczas statycznego obciążenia kończyn i lokomocji

·         przegub o trzech stopniach swobody w płaszczyznach: czołowej, strzałkowej i horyzontalnej

·         uczestniczy w przekazywaniu obciążeń kręgosłupa lędźwiowego przez miednice i kończyny dolne

·         oprócz aspektów wytrzymałościowych zachodzą aspekty tarcia i zużycia

Staw biodrowy jest jednym z najbardziej narażonych na zmiany przeciążeniowe elementów układu kostno-stawowego człowieka.

Na przeciążenia maja wpływ:

·         urazy komunikacyjne

·         siedzący tryb życia

·         zaburzenia w przemianie materii

Struktura obciążeń kości udowej. Występują grupy sił:

-          działająca w stawie na główkę kości udowej oraz długiej strony na kłykcie stawu kolanowego.

-          Oddziaływanie mięśni (ponad 30 grup mięśniowych)

-          Więzi więzadeł (nieistotne w ruchu fizjologicznym)

-          Siły bezwładności (często pomijanej w porównaniu do małej masy kości udowej)

Kość udowa -  długa o nieregularnej budowie geometrycznej

Podstawowe parametry wpływające na charakter i strukturę obciążeń:

·         nachylenie pasm mięśniowych odwodziciela

·         nachylenie siły wypadkowej stawu biodrowego

·         kąt szyjkowo – trzonowy decydujący o koślawości lub szpotawości (norma 125°-188°)

·         nachylenie osi trzonu

·   ...