Angelika Gillner, gr 20b
Struktura biomechaniczna układu kostno- stawowego
Kości, stawy, ścięgna i powięzi stanowią bierny narząd ruchu. Gdyby nie odpowiednia budowa i połączenie kości w stawach jakikolwiek ruch byłby niemożliwy. Kościec określa także kształt i wielkość ciała. Jest on zrębem budowy całego ciała. Kości służą za ochronę, muszą dźwigać całe ciało, poza tym jeszcze tkanka znajdująca się w kościach spełnia funkcję krwiotwórczą. Kości mogą łączyć się na dwa zasadnicze sposoby. Jako połączenia ścisłe ( więzozrosty, chrząstkozrosty i kościozrosty) oraz połączenia ruchome czyli stawy. Aby wszystkie funkcje były zachowane, bardzo istotną rzeczą jest budowa tych struktur.
Kości
W ciele dorosłego człowieka znajduje się 206 kości. Ich kształt zależy od funkcji pełnionych w organizmie. Tkanka kostna ma niezwykłe właściwości dostosowywania swoich parametrów do potrzeb mechanicznych oraz zdolność regeneracji po uszkodzeniu. Istotna jest:
-gęstość kości, czyli wytrzymałość, może się ona zmieniać zgodnie z prawem Wolffa (funkcjonalna przebudowa kości w zależności obciążeń mechanicznych) np.: maleje po okresach unieruchomienia, a wzrasta w wyniku treningu
-twardość którą kość zawdzięcza solom wapnia.
Struktura kości jest niezmiernie ważna ponieważ kość musi znosić obciążenia nie tylko statyczne (ciężar ciała), ale także i dynamiczne(w trakcie ruchów). Dzięki niejednolitej budowie wewnętrznej funkcja ta może zostać spełniona.
W kości możemy wyróżnić dwie części:
- zewnętrzną - kość korową
- wewnętrzną- kość rdzeniową
Kość korowa stanowi 80% tkanki układu szkieletowego, cechuje ją powolny proces przemiany i odporność na zginanie i skręcanie i wysoki moduł sprężystości. Zbudowania jest ona z osteonów utworzonych przez blaszki kostne otaczające Kanały Haviersa. Blaszka kostna zbudowana jest z równolegle ułożonych włókien kolagenowych jednak w stosunku do pozostałych blaszek ułożenie jest różne, co znacznie zwiększa wytrzymałość mechaniczna kości. Blaszki otoczone są na zewnątrz linią cementową, łączącą ze sobą pozostałe osteony. W kości korowej wyróżniamy jeszcze jeden system wzajemnie połączonych kanałów w którym znajduje się płyn pozakomórkowy. Uważa się ze osteocyty pełnią funkcję mechanosensoryczną czyli na skutek odkształceń kości w trakcie ruchu dochodzi do przemieszczania płynu.
Kość rdzeniowa ma mniejszą gęstość upakowania i jest bardziej elastyczna. Tu beleczki kostne tworzą gąbczastą strukturę
Układ beleczek kostnych nie jest, tak jak by się to mogło wydawać, chaotyczny. Dokładna analiza wykazała charakterystyczną i stałą dla tych samych kości prawidłowość budowy. Kierunek przepływu blaszek i beleczek jest oparty na tej samej zasadzie, która obowiązuje przy budowie łuków i dźwigni. Słup nie musi być lity, aby mógł stawiać opór, może być zbudowany z rusztowania tj pręt i rura. Oszczędzamy więc materiał nie tracąc na wytrzymałości. Linie kierunkowe, według których należy ustawiać beleczki muszą przebiegać tak, aby były równoległe do kierunku największego ciśnienia. Kości zbudowanie są na zasadzie „minimum- maksimum” - oszczędność materiału bez utraty wytrzymałości
Istota zbita (zewnętrzna) i istota gąbczasta (wewnętrzna), mimo że występują w tak odmiennych postaciach, nie różnią się od siebie zasadniczo ani budową ani czynnością. Kość jest zbudowana zarówno z istoty zbitej jak i gąbczastej a w miejscach gdzie linie największego ciśnienia rozstępują się występuje beleczkowa budowa istoty gąbczastej, a tam gdzie skupiają- istota zbita.
Architektonika istoty gąbczastej
Istota gąbczasta ma budowę trajektorialną. Wyjaśnili ją H. Mayer i Culmann, posługując się przykładem wyginania belki spoczywającej na dwóch słupach. Gdy obciążymy belkę, powstają w niej napięcia, które tworzą układ linii sił przebiegających w trzech kierunkach przestrzeni. Linie największego ciśnienia i rozciągania nazwano głównymi liniami napięcia lub trajektoriami i przecinają się one pod kątem prostym. Gdy wygniemy belkę, cząstki strony wypukłej zaczynają się od siebie oddalać i się rozciągają, po stronie wklęsłej dochodzi do ściskania. Między nimi znajduje się warstwa neutralna, w której duże cząstki przesuwają się w kierunku długości belki i przecinają główne linie napięcia pod kątem 45`. Nie wszystkie układy gąbczaste są jednak zbudowane w ten sposób. Jeśli główne linie napięcia nie są przecinane pod kątem 45`, budowa może być inna.
Architektonika istoty zbitej
Jest ona bardzo dobrze widoczna na kościach płaskich. Nie różni się znacznie od budowy istoty zbitej ponieważ pasma jednej przechodzą w pasma drugiej.
Architektonika kości może ulegać zmianie w zależności od warunków np.: w krzywicy.
Budowa kości nie jest jednak obliczona tylko na wytrzymywanie statycznych obciążeń. Nadwyżka materiału sprawia, że kość jest nadzwyczaj wytrzymała, poza tym umożliwia dostosowanie się kości kształtem do otoczenia.
Stawy
Jest to połączenie wolne kości, najbardziej ruchome. Zbudowany jest z:
-powierzchni stawowych pokrytych chrząstką szklistą( jej grubość zależy od tarcia); powierzchnie wklęsłe to panewki a powierzchnie wypukłe to główki stawowe
-torebki stawowej, która łączy kości i otacza staw, zbudowana jest z dwóch warstw: mocniejszej, zewnętrznej błony włóknistej i wewnętrznej delikatniejszej błony maziowej
-jamy stawowej, którą wypełnia maź ( w celu zmniejszenia tarcia między kośćmi). Poza nimi występują jeszcze niestałe składniki jak:
-więzadła stawowe, które są silniejszymi pasmami błony włóknistej torebki maziowej. Zbudowane z tkanki łącznej włóknistej zbitej. Wzmacniają one torebkę stawową, podtrzymują kości stawu w prawidłowym ułożeniu, zabezpieczają kierunek ruchu, przeciwdziałają oddalaniu się końców stawowych od siebie
-krążki stawowe zbudowane z tkanki łącznej włóknistej dzielą staw na komory
-łąkotki stawowe zbudowane taż z tkanki łącznej włóknistej nie stanowią jednak całkowitej przegrody w stawie tylko częściową
-obrąbki stawowe zbudowane z chrząstki włóknistej, są przedłużeniem panewki pogłębiając ją, zabezpieczają także ruch oraz stanowią ochronę przed uderzeniami główki stawowej
Stawy pozwalają na zmianę położenia kątowego sąsiadujących kości.
Czynniki łączące kość w stawie to więzadła stawowe, przyciąganie mięśni, ciśnienie powietrza, powłoki zewnętrzne (powieź, skóra) i przyleganie.
Rodzaje stawów:
1) zawiasowy- jednoosiowy. Główka w kształcie bloczka, panewka jest negatywem główki. Stawowa oś stawowa ruchu jest ustawiona poprzecznie do osi długiej kości wchodzących w skład stawu. Zabezpieczają je więzadła poboczne które jednak nie ograniczają ruchomości. Poza tym duże ściany torebki stawowej też nie krępują ruchów. Umożliwia to ruch zginania i prostowania.
2) obrotowy- jednoosiowy. Główka cylindryczna, panewka dostosowana kształtem do niej. Oś stawu przebiega wzdłuż długiej osi kości umożliwiając ruchu obrotowe
3) śrubowy- ruch obrotowy dookoła osi podłużnej łączy się z ruchem wzdłuż tej osi
4) elipsoidalny- staw ma dwie prostopadłe osie ruchu. Możliwość prowadzenia ruchów obwodzenia
5) siodełkowy- główka i panewka są kształcie siodła. Wyróżniamy dwie osie ruchu, które umożliwiają wykonywanie ruchu obwodzenia.
6) kulisty wolny- główka stanowi wycinek kuli a panewka jest dopasowana. Ruchy mogą odbywać się w stosunku do nieskończonej liczby osi ( wyróżniona jednak oś strzałkową, podłużną i poprzeczną).
7) kulisty panewkowy- jedyną różnicą między stawem kulistym wolnym jest pogłębiona panewka, która ogranicza zakres ruchomości
8) płaski-powierzchnie stawowe prawie identyczne co ogranicza lub uniemożliwia wykonywanie ruchów
9) nieregularny- brak możliwości porównania powierzchni stawowych z innymi stawami
Ruchy w stawach możemy podzielić na:
1) ślizgowe- występują w skutek ścisłego przylegania powierzchni stawowych, brak jednak całkowitego krążenia
2) toczenie- obydwie powierzchnie stawowe stykają się coraz to innym punkcie
3) obrotowe kiedy powierzchnie stawowe stykają się w jednym punkcie i tym właśnie punkcie stycznym jedna kość obraca się na drugiej wokół swojej osi długiej
W większości zdrowych stawów występuje kombinacja tych ruchów.
Bibliografia:
- Janusz Wiesław Błaszczyk „Biomechanika Kliniczna” PZWL, Warszawa 2004
- Adam Bochenek, Michał Reicher „Anatomia Człowieka” tom I, PZWL, Warszawa 2007