S

taw kolanowy jest jednym z najwięk-
szych stawów ustroju człowieka,

ale jednocześnie stawem najczęściej
narażonym na uszkodzenia urazowe i po-
datnym na wystąpienie różnego rodzaju
schorzeń.
Do często występujących obrażeń stawu
kolanowego można zaliczyć uszkodzenie
więzadeł krzyżowych przednich, które
może być skutkiem urazu lub choroby
zwyrodnieniowej.
Urazy stawu kolanowego dotyczą głównie
ludzi młodych. Choroba zwyrodnieniowa
u ludzi starszych powoduje bóle, wysięk
w jamie stawu i osłabienie siły mięśni
uda. W konsekwencji może prowadzić do
konieczności wymiany stawu kolana na
staw sztuczny.
Każdy uraz stawu kolanowego i jego
unieruchomienie może spowodować za-
nik masy mięśniowej w obrębie mięśnia
czworogłowego, osłabienie napięcia
i zaburzenie korelacji nerwowo-mię-
śniowej. Zanik i osłabienie tego mięśnia
oraz wypełnienie się górnego zachyłka
płynem wysiękowym to najczęstsze
przyczyny utraty możliwości czynnego
wyprostu.

Leczenie powstałych schorzeń stawu
kolanowego może odbywać się na drodze
operacyjnej lub zachowawczej, jednak
o końcowym wyniku leczenia decyduje
właściwie przeprowadzona rehabilitacja
lecznicza.
Celem rehabilitacji pooperacyjnej jest
odzyskanie przez pacjenta prawidłowej ru-
chomości stawu kolanowego, prawidłowej
siły mięśniowej i koordynacji ruchowej,
a także prawidłowej funkcji kończyny oraz
odzyskanie zaufania do jej sprawności.
Powrót chorego po urazie kolana do po-
przedniej aktywności życiowej może być
możliwy w przypadku uzyskania przez
niego normalnego zakresu ruchomości,
prawidłowej wydolności mięśniowej oraz
pełnej wydolności stawu kolanowego.
Aby ocenić skuteczność rehabilitacji
ruchowej chorych po urazie kolana, wy-
korzystuje się szereg porządkowych skal
subiektywnych (VAS, Lysholm). Dlatego
wciąż poszukuje się obiektywnych metod
pomiarowych.
Celem niniejszego opracowania jest przy-
bliżenie czytelnikom obiektywnych pomia-
rów tensometrycznych stawu kolanowego
oraz goniometrycznego testu wahadła.

Pomiary tensometryczne

Do pomiarów tensometrycznych wyko-
rzystuje się fotel do ćwiczeń oporowych
kończyn typu UPR, który składa się z na-
stępujących części:

• fotel

tapicerowany,

• urządzenie

rehabilitacyjno-pomiarowe,

• urządzenia

rehabilitacyjne,

• momentomierz

elektroniczny,

• program

komputerowy.

Dane techniczne urządzenia UPR:

• wysokość fotela – 125 cm,

• długość po rozłożeniu – 185 cm,

• masa

–

60

kg,

• zakres regulacji przesuwu oparcia

– 0-15 cm,

• zakres regulacji podparć bocznych

– 0-15 cm,

• zakres pochylenia podparcia – 0-15°,

• zakres pomiarowy przetwornika mo-

mentu siły (dopuszczalny błąd 2%)
– 0-500 N,

• zakres regulacji kąta tarcz podziało-

wych – 0-90°,

• rozdzielczość kąta – co 15°.

Główną częścią urządzenia rehabilitacyj-
no-pomiarowego UPR jest tensometryczny
przetwornik momentu siły zabudowany
w obudowie stalowej znajdującej się w wał-
ku. Z jednej strony wałka znajduje się tarcza
z podziałką kątową, a z drugiej gniazdo
do podłączenia przewodu elektrycznego
momentomierza. Na końcu wałka na stałe
umocowana jest dźwignia oporowa służąca
do pomiarów i ćwiczeń wolnych z obciąż-
nikami. Momentomierz elektroniczny służy
do współpracy z przetwornikiem tensome-
trycznym i mierzy maksymalną wartość
momentu siły otrzymanego w czasie po-
miaru. Można go podłączyć do komputera
i dzięki odpowiedniemu oprzyrządowaniu
odczytywać wyniki na monitorze w ukła-
dzie współrzędnych prostokątnych.

Dane techniczne momentomierza:
zakres pomiarowy – 0-500 Nm,
dokładność pomiaru – 5%,
czas pojedynczego pomiaru – ok. 10 s,
zakres temperatury pracy – 10-40°C.

W pracy przedstawiono nowoczesne i obiektywne metody oceny postępów
usprawniania chorych po urazach stawu kolanowego. Opisano konstrukcję
i zasadę działania urządzenia do pomiarów tensometrycznych oraz goniome-
trycznego testu wahadła.
Słowa kluczowe: staw kolanowy, pomiar tensometryczny, goniometryczny
test wahadła.

I

n this report modern and objective
methods of rehabilitation process

evaluation of the patients after knee
injuries are presented. The construction
and principle of operation of the muscle

tension measurements and goniometric
pendulum test are described.
Key words: knee joint, muscle tension
measurement, goniometric pendulum
test.

Ryc. 1. Zapis czasowej funkcji zmiany kąta

ϕ=f(t)

zawartego pomiędzy osią uda i podudzia wyznaczony
testem wahadła

chorych po urazach

stawu kolanowego

Nowoczesna ocena

postępów

usprawniania

12

REHABILITACJA W PRAKTYCE 1/2006

DIAGNOSTYKA

Staw kolanowy jest jedną z najbardziej ob-
ciążonych struktur naszego ciała. Podczas
różnorodnych dynamicznych czynności
(skoki, bieg, zatrzymanie) obciążenia
mogą znacznie przewyższać masę ciała.
Zidentyfikowano wiele czynników predys-
ponujących do urazów zarówno w sporcie,
jak i podczas wykonywania czynności dnia
codziennego. Należą do nich m.in.: poziom
sprawności (kontroli nerwowo-mięśnio-
wej, siły, propriocepcji), stan czynnościo-
wy układu ruchu, przebyte urazy, rodzaj
aktywności, zmiany przeciążeniowe czy
uwarunkowania osobnicze (kobiety nara-
żone są na większe ryzyko urazów stawu
kolanowego niż mężczyźni).
Integralnym elementem profilaktyki ura-
zów kolana oraz procesu jego rehabilitacji
jest kompleksowa, obiektywna ocena
stawu kolanowego. Ocena ta obejmuje:
zborność stawu, parametry kinetyczne
(siły reakcji podłoża działające na staw),
kinematyczne (zakresy ruchu, prędkość
przemieszczania się segmentów ciała
względem siebie), siły dynamiczne gene-
rowane przez grupy mięśniowe (ocena
izometryczna, izokinetyczna i izotonicz-
na), propriocepcję (próg odczuwania
ruchu, ułożenie stawu), sygnał EMG
płynący z grup mięśniowych w trakcie
ruchu (kontrola nerwowo-mięśniowa),
kontrolę sensomotoryczną w testach
funkcjonalnych (testy równowagi) oraz
ankiety stanu pacjenta.
Zborność stawu najczęściej oceniana jest
przez zastosowanie tzw. artrometrów
(KT1000, KT2000), które pozwalają na
ilościową ocenę ruchu kości piszczelowej
w stosunku do kości udowej w płasz-
czyźnie strzałkowej. Dostępna literatura
wskazuje na rzetelność i powtarzalność
tego pomiaru dla celów klinicznych.

Parametry kinetyczne i kinematyczne
najczęściej są oceniane kompleksowo
za pomocą zestawów do analizy ruchu
w 3 płaszczyznach (np. system optoelek-
troniczny BTS SMART): w trakcie chodu,
biegu i skoków z zsynchronizowaną
rejestracją parametrów. Pozwala to na
obliczanie sił reakcji podłoża, jakie działają
na staw, wyznaczenie zakresów ruchu
w stawie oraz rejestrację prędkości i przy-
spieszeń przemieszczania się segmentów
ciała (podudzie, udo) względem siebie.
Wykorzystanie odpowiednich protokołów
pomiarowych umożliwia badanie niesta-
bilności stawu kolanowego w warunkach
dynamicznych i funkcjonalnych oraz sił
działających na staw.
Ocena siły mięśniowej zależy od stanu
pacjenta i celu ewaluacji. Na początku
rehabilitacji jest to najczęściej ocena
izometryczna, która szybko ustępuje
miejsca ocenie w warunkach dynamicz-
nych (ocena izokinetyczna, izotoniczna).
Pozwala to na określenie maksymalnych
momentów siły w poszczególnych zakre-
sach ruchu, wielkości mocy i pracy (i ich
pochodnych), wzajemnych zależności siły
agonistów i antagonistów, wskaźników
wytrzymałości. Wymienione parametry
służą jako ilościowe kryteria kwalifikujące
do kolejnych etapów usprawniania bądź
dopuszczające do powrotu do pełnej ak-
tywności. Ocena taka dokonywana jest za
pomocą zestawów do pomiaru i treningu
izokinetycznego.
Nowoczesne zestawy izokinetyczne (Bio-
dex System 3) oprócz pomiaru siły pozwa-
lają na badanie propriocepcji w kontekście
oceny jej wybranych aspektów, np. progu
odczucia ruchu, odtwarzania ułożenia
stawu. Umożliwia to izolowane określenie
zaburzenia uszkodzonych struktur stawu

kolanowego lub poziomu propriocepcji,
np. po usunięciu ACL.
Analiza sygnału EMG płynącego z mię-
śni stawu kolanowego daje nam obraz
odpowiedniej rekrutacji efektorów
układu ruchu (mięśni), których zada-
niem jest dynamiczna kontrola stawu.
W przypadku jej upośledzenia docho-
dzi często do nadmiernych przeciążeń
struktur biernych (więzadła, torebki).
W optymalnej ocenie sygnał EMG jest
synchronizowany z rejestrowanymi
parametrami kinetycznymi i/lub kine-
matycznymi.
Niezbędnym elementem oceny czyn-
ności stawu kolanowego są obszernie
opisane w literaturze testy funkcjonal-
ne (tzw. „hoop” testy z różnorodnymi
modyfikacjami) oraz gama testów rów-
noważnych z wykorzystaniem platform
dynamograficznych. Podkreśla się istotę
oceny w warunkach dynamicznych, gdzie
aparat torebkowo-więzadłowy i mięśnio-
wy są stymulowane celem utrzymania
równowagi i generowana jest odpowiedź,
która może być obiektywnie oceniona.
W oparciu o sprawność układu ruchu
(mięśnie, więzadła, torebki) i kontroli ner-
wowo-mięśniowej na różnych poziomach
ocenia się aktualny stan stawu kolano-
wego w całym łańcuchu kinematycznym
kończyny dolnej.
Obiektywna ocena stawu kolanowego jest
niezbędnym elementem procesu uspraw-
niania. Służy aktualnej ocenie stawu oraz
jest kryterium kwalifikującym na kolej-
nych etapach rehabilitacji i dopuszczenia
pacjenta do powrotu do pełnej aktywności
ruchowej.
Zainteresowanych obszernymi materiała-
mi i przedstawioną tematyką zachęcamy
do kontaktu z przedstawicielami firmy. ‰

Nowoczesna ocena

postępów usprawniania chorych
po urazach stawu kolanowego

PHU Technomex Sp. z o.o.

44-100 Gliwice, ul. Knurowska 45 A

tel./fax: [phone]

e-mail:

[e-mail]

www.technomex.com.pl

Ar

ty

kuł pr

omocy

jn

y

13

REHABILITACJA W PRAKTYCE 1/2006

DIAGNOSTYKA

Komputerowa karta pomiarowa APD-UC
10/2 z oprogramowaniem „Moment” umoż-
liwia pełną diagnostykę stawów i mięśni
kończyn, programowanie oraz kontrolę
cyklu rehabilitacyjnego. Minimalne wy-
magania sprzętowe: procesor Pentium
100 MHz, RAM 8 MB, HDD 15 MB, karta
graficzna VGA 640 400, wolny slot ISA na
płycie głównej, wolny port o adresie 300.
Ważnym elementem urządzenia jest pro-
gram komputerowy, który tworzy własną
bazę danych, ponadto istnieje możliwość
obróbki wyników przy wykorzystaniu
arkusza kalkulacyjnego Microsoft Excel.
Program przeznaczony jest do współpracy
z kartą pomiarową i ze względu na rodzaj
działania można go podzielić na dwie ści-
śle ze sobą współpracujące części. Jedna
z nich obejmuje swoim zakresem obsługę
bazy danych, druga umożliwia bezpośred-
nią współpracę z kartą pomiarową.
Urządzenie rehabilitacyjno-pomiaro-
we można wykorzystać do diagnostyki
stawów obwodowych kończyn i mięśni
okołostawowych oraz rehabilitacji poura-
zowej stawów i odbudowy siły statycznej
i dynamicznej mięśni okołostawowych. Po-
siada ono dwa tryby pracy – diagnostyczny
i rehabilitacyjny. Diagnostyka umożliwia
pomiar momentów siły oraz wyznaczenie
maksymalnego obciążenia dla poszcze-

gólnych mięśni. Wyniki pomiarów są
monitorowane i zapamiętywane.

Goniometryczny test wahadła

Goniometryczny test wahadła służy do
oceny ruchu wahadłowego mechaniczne-
go układu jednoprzegubowego w wybranej
płaszczyźnie. Pozwala na wyznaczenie
czasowej funkcji zmiany kąta ϕ zawartego
pomiędzy ramionami przegubu oraz obli-
czenie charakterystycznych parametrów
ruchu takich jak: liczba wahań, czas wa-
hań, okres i współczynnik tłumienia. Test
wahadła jest badaniem obiektywnym przy
ocenie wpływu różnego rodzajów napięć
mięśniowych i ich zmian na ruchomość
kończyn w niektórych stawach.
Zakres i swobodę ruchu kończyn oraz stan
napięć mięśniowych charakteryzuje się za
pomocą wskaźników dających się obliczyć
dzięki analizie funkcji ϕ=f(t) zmiany kąta
w czasie. Ponieważ funkcja ta opisuje
drganie tłumione, do wspomnianych
wskaźników należą: logarytmiczny dekre-
ment tłumienia (λ) – definiowany tu jako
logarytm naturalny ze stosunku drugiej
i czwartej amplitudy lokalnej, współczyn-
nik tłumienia (β) – definiowany tu jako
stosunek λ i T, liczba cykli (n), całkowity
czas wahań (t) oraz okres wahań (T).
Liczba i czas wahań określają swobodę
ruchu, a okres i parametry tłumienia – za-
kres ruchomości.
Goniometryczny test wahadła składa się
z urządzenia peryferyjnego współpracu-
jącego z komputerem typu IBM PC oraz
oprogramowania. W skład urządzenia
peryferyjnego wchodzi cyrkiel goniome-
tryczny i układ interfejsu-przetwornika do
współpracy z komputerem.
Cyrkiel goniometryczny składa się z dwóch
cienkich metalowych ramion połączonych
ze sobą przegubowo. Jedno z ramion (nieru-
chome) może być zamontowane w specjal-
nym gnieździe mocującym, umożliwiającym
zmianę kąta ustawienia i długość ramienia,
lub też w uchwycie łuski przylegającej do
uda. Ramię ruchome może być prowadzone
w tulejce suwliwej mocowanej na podudziu
lub w uchwycie łuski przylegającej do
podudzia. Ruch cyrkla w przegubie przeno-
szony jest na miniaturowy optoelektryczny
przetwornik typu C3A 27-4096 GE 01
firmy TWK, który konstrukcyjnie stanowi
z cyrklem jedną całość. Położenie wałka
przetwornika odczytywane jest za pomocą
układu optycznego i tarczy kodowej, które
pozwalają (z rozdzielczością 12 bitów na
obrót) na zakodowanie położenia kątowego
wałka w zakresie od 0 do 360 stopni z do-
kładnością do 0,088 stopnia. Sygnał poda-
wany jest do interfejsu. Opracowana wersja
programu pozwala na odczytanie 100 poło-
żeń ruchomego cyrkla goniometrycznego
w ciągu l sekundy i zapisanie tych wartości
w odpowiednim miejscu programu.

W skład interfejsu wchodzą: układ
mikroprocesora, zasilacz, kabel prze-
twornika oraz kabel RS 232 interfejsu
(do komputera). Układ interfejsu zapew-
nia poprawną współpracę przetwornika
pomiarowego z komputerem typu IBM
PC, ochronę badanej osoby przez zastoso-
wanie bariery galwanicznej oraz zasilanie
układów elektronicznych stabilizowanym
napięciem +5 V.
Badaną osobę umieszcza się na specjal-
nym fotelu pomiarowym. Cyrkiel gonio-
metryczny urządzenia peryferyjnego
mocuje się do badanej kończyny dolnej
tak, że jedno z jego ramion (wsparte na
statywie lub łusce) jest równoległe do osi
uda, drugie zaś – do podudzia. Przegub
z przetwornikiem optoelektrycznym
umieszcza się na wysokości szpary sta-
wowej stawu kolanowego. Osobie badanej
poleca się rozluźnić mięśnie tak, jak tylko
to możliwe, a następnie zgina się biernie
badaną kończynę w stawie kolanowym.
Kończyna waha się swobodnie wokół
osi przechodzącej przez staw kolanowy,
a przetwornik pomiarowy odczytuje funk-
cję ϕ=f(t) zmiany kąta zawartego między
osią uda, a podudzia od czasu. Pomiar po-
wtarza się w odstępach 30-sekundowych,
pięciokrotnie dla każdej kończyny dolnej.
Wszystkie dane pomiarowe zostają zapi-
sane w pamięci komputera z częstością
100 wartości na sekundę.
Zastosowanie techniki informatycznej
w procesie pomiaru goniometrycznego,
oceniającego wybrane parametry bio-
mechaniczne układu narządów ruchu,
pozwala na zebranie dużej liczby danych
pomiarowych w bardzo krótkim czasie,
zapisanie ich w pamięci operacyjnej oraz
zewnętrznej trwałej, przetwarzanie da-
nych i wyliczenie szeregu biomechanicz-
nych parametrów ruchu. Równocześnie
następuje takie przetwarzanie danych,
by graficznie przedstawić interesującą
nas funkcję, wyliczyć wartości średnie
ważnych parametrów i zapisać niezbęd-
ne wartości otrzymanych parametrów.
Po porównaniu otrzymanych wyników
pomiarowych z wprowadzonym uprzed-
nio do pamięci i wcześniej opracowanym,
klinicznym wzorcem charakteryzującym
stany patologiczne program pozwala na po-
dzielenie chorych na odpowiednie grupy
rehabilitacyjne, znakomicie wspomagając
diagnozę i ułatwiając podjęcie decyzji
w stosowanym programie usprawniania
chorych.

‰

A

NDRZEJ

F

RANEK

, E

DWARD

B

ŁASZCZAK

,

J

AKUB

T

ARADAJ

.

Katedra i Zakład Biofizyki Lekarskiej.

Śląska Akademia Medyczna w Katowicach.

Kierownik: prof. dr hab. med. Andrzej Franek.

Piśmiennictwo u autorów i w „RwP+”
(www.elamed.com.pl/rehabilitacja)

Fot. 3. Metodyka pomiaru za pomocą goniometrycznego
testu wahadła

Fot. 2. Goniometryczny test wahadła

14

REHABILITACJA W PRAKTYCE 1/2006

DIAGNOSTYKA

Piśmiennictwo:

1. Błaszczak E., Franek A., Klimczak J., Taradaj J.: Wczesne wyniki usprawniania chorych po

rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego metodą artroskopową i otwartą. Pol. Merk.
Lek. 2004, 16, (96): 551 556.

2. Błaszczak E., Franek A., Klimczak J..: Wczesne wyniki usprawniania chorych po

endoprotezoplastyce stawu kolanowego. Pol. Merk. Lek. 2004 (praca przyjęta do druku)

3. Franek A.: Zastosowanie elektrostymulacji w zwalczaniu tpaitycznoki u chorych po urazie

rdzenia kręgowego. Rozprawa habilitacyjna. Ann Acad.Med.Sil., Katowice 1992.

4. Franek A., Błaszczak E., Grzesik J., Pietraszek S.: Goniometr Cyfrowy „Spasmometr GC-

2”. Wiadomości lekarskie. 1998, LI, (1-2): 18-25

5. Kilmczak J., Franek A., Błaszczak E.: Wczesne wyniki usprawniania leczniczego chorych

po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego. Pol. Merk. Lek. 2000, 9, (53): 760 763.

6. Roach K.E., Miles T.P.: Normal hip and knee active range of motion: the relationship to age.

Phys.Ther. 1991, 71: 656-665.

7. Stiiiman B., Mc Meeken J.: A video-based version of the pendulum test: technique and

normal response. Arch.Phys.Med.Reh. 1995, 76: 166-176.