2013-01-23

1

anatomia połączeń stawowych

stawy ruchome pozwalają na zmiany położenia kątowego sąsiadujących kości

tworzą zazwyczaj dopasowane do siebie powierzchnie kości zamknięte torebką stawową

powierzchnie stawowe kości pokryte są cienką warstwą chrząstki szklistej - bardzo

twardej i idealnie gładkiej

wnętrze torebki stawowej nosi nazwę jamy stawowej i wypełnione jest płynem

nazywanym mazią stawową

maź stawowa zwilża powierzchnie stawowe, zmniejszając ich tarcie, oraz w

ograniczonym zakresie zmienia rozkład nacisku na kości

maź zapewnia odżywianie tkanek stawowych

anatomia połączeń stawowych
- maź, tkanka chrzęstna

zapewnia smarowanie minimalizujące tarcie

współczynnik lepkości mazi nie jest wartością stałą



tkanka chrzęstna pokrywająca powierzchnie stawowe charakteryzuje się bardzo niskim

współczynnikiem tarcia

współczynnik ten ma wartość bezwymiarową

stosunek oporów poślizgowych do składowej normalnej siły nacisku wywieranej na staw

czy inne połączenia mechaniczne

 0,0026 przy obciążeniu 500 kPa
 0,0038 przy max obciążeniu 2 Mpa
 wartość 0,3 – 0,5 powierzchnia dwóch naoliwionych płytek
 powierzchnia pokryta teflonem 0,05 – 0,1

anatomia połączeń stawowych
- torebka stawowa

jest bardzo elastyczna, nie ogranicza ruchu w stawie

struktura połączenia stawowego preferuje pewne płaszczyzny,

w których może się odbywać ruch

części torebki stawowej mogą być wzmocnione przez zgrubienia tkanki dzięki temu mają

zmniejszoną podatność na odkształcenia

powierzchnie torebki stawowej, które w czasie ruchu ulegają odkształceniu, noszą

nazwę obszarów słabego oporu

pozostałe obszary, które nie odkształcają się w czasie ruchu, noszą nazwę punktów lub

powierzchni mechanicznie martwych

 są zazwyczaj dodatkowo wzmocnione więzadłami, pogrubionymi pasmami tkanki

łącznej przebiegającymi od jednej kości do drugiej

 ich zadaniem jest stabilizacja mechaniczna stawu

struktury wspomagające biomechanikę stawu
- więzadła

są to płaskie struktury łącznotkankowe, grubości kilku milimetrów, stabilizujące stawy

ich stabilizująca funkcją zależy od kształtu, umiejscowienia mocowań do kości oraz

charakterystyki mechanicznej tkanki

wszelkie urazy i procesy naprawcze zmieniają tę charakterystykę

rozkład naprężeń w więzadłach, jest bardzo niejednorodny, oprócz sił rozciągających,

działają siły ścinające

 dla sił działających poprzecznie więzadła zachowują się jak materiał jednorodny

o nieliniowej zależności sztywności od wydłużenia

struktury wspomagające biomechanikę stawu
- więzadła

przebieg więzadeł - ma istotny wpływ na charakterystykę
przemieszczeń oraz na ruchomość stawu

2

3

4

5

6

2013-01-23

2

położenie więzadła w płaszczyźnie ruchu może ograniczać ruch zginania lub prostowania

stawu zawiasowego

w narządzie ruchu człowieka najczęściej występują więzadła ograniczające nadmierny

wyprost stawu

przeciwstawianie się bocznym przesunięciom główki kości

boki torebki stawowej są zwykle dodatkowo wzmocnione pasmami mięśniowymi

aktywnie wspomagającymi więzadła w ograniczeniu ruchomości stawu w danym
kierunku

 zasadniczą rolę w kontroli pracy połączenia stawowego odgrywają mięśnie długie, ich

przebieg nad torebką stawową, a tym samym kierunek wytwarzanych przez nie sił,
regulują kaletki maziowe

typy połączeń stawowych

oparty na stopniach swobody - staw, czyli połączenie dwóch kolejnych
segmentów łańcucha, można scharakteryzować na podstawie liczby
niezależnych płaszczyzn, w których może odbywać się ruch


 jeden stopień swobody - ruch tylko w jednej płaszczyźnie

stawy międzypaliczkowe i staw łokciowy, ruch zginania i prostowania

 dwa stopnie swobody - staw ma dwie osie ruchu, istnieją dwie niezależne płaszczyzny,

w których może zostać wykonany ruch

staw promieniowo-nadgarstkowy, ruchy zginania i prostowania wokół osi poprzecznej

oraz ruchy przywodzenia i odwodzenia wokół osi strzałkowej

 trzy stopnie swobody - ruchy mogą być wykonywane w trzech niezależnych

płaszczyznach

stawy kulisto-panewkowe (staw biodrowy, staw ramienny) umożliwiają niezależne

ruchy, prostowania i zginania, odwodzenia i przywodzenia oraz rotacje

W stawach o dwóch i trzech stopniach swobody możliwe jest wykonywanie ruchów

okrężnych

typy połączeń stawowych

oparty na liczbie elementów kostnych tworzących staw

 jeżeli w stawie łączą się dwie kości, staw taki nazywamy prostym

(staw biodrowy lub ramienny)

 jeśli torebka stawowa otacza co najmniej trzy kości, tworzą one staw złożony

(staw łokciowy)

w zależności od ukształtowania powierzchni stawowych

 staw płaski - gdy powierzchnie stawowe są płaskie

stawy międzykręgowe odcinka szyjnego i piersiowego kręgosłupa, ruchomość tych

stawów jest zazwyczaj ograniczona za pomocą mięśni lub pomocniczych struktur,
takich jak więzadła

 staw zawiasowy

występujące w połączeniach kości paliczkowych, kości ramiennej z łokciową

 stawy siodełkowe
 stawy kuliste

występują w połączeniach kończyn z tułowiem, zapewniają największą swobodę

ruchu połączonych za ich pomocą kości

typy połączeń stawowych

Prawidłową pracę połączeń stawowych zapewnia:

•

czucie stawowe

•

nerwowe sprzężenie zwrotne

7

8

9

2013-01-23

3

•
•

zdolność tworzących go tkanek do modelowania struktury oraz
naprawy po uszkodzeniu

charakterystyka ruchów stawowych

Powierzchnie ruchomych stawów:

nie są dokładnie płaskie, cylindryczne czy sferyczne

najczęściej mają kształt owalny, czyli powierzchnię, której promień krzywizny zmienia się

w trakcie ruchu

 wklęsło-wypukłe powierzchnie stawowe
 powierzchni tego typu może być kilka w jednym stawie

owalny kształt powierzchni pozwala na zwiększenie zakresu ruchu

i optymalizację powierzchni połączenia przy minimalnej wielkości stawu

charakterystyka ruchów stawowych

w czasie zmiany położenia stawu mogą występować 3 rodzaje ruchów:



toczenie

 podobnie jak przy toczeniu kuli po powierzchni stołu, obydwie powierzchnie stawowe

stykają się coraz to w innym punkcie

ślizganie i skręcanie

 ten sam punkt jednej powierzchni styka się z coraz to nowym punktem drugiej

powierzchni

W większości zdrowych stawów występują różne kombinacje tych trzech ruchów.
Z powodu niedopasowania i skomplikowanych powierzchni stawowych osie stawów są
bardzo złożone. W porównaniu z technicznymi strukturami, takimi jak np. zawiasy, osie
stawowe nie są stałe i najczęściej przemieszczają się w czasie ruchu.

Największe ruchy osi stawowych występują w stawie: kolanowym, łokciowym i w
nadgarstku

charakterystyka ruchów stawowych
- owalne powierzchnie

położenie stawu, któremu odpowiada maksymalne dopasowanie jego powierzchni,

nazywane jest pozycją ścisłego upakowania

 w tej pozycji powierzchnie stawowe są najbardziej do siebie dociśnięte,

a powierzchnia kontaktu jest największa



pozycji luźnego upakowania - więzadła i torebka stawowa nie są naprężone, a staw

może zostać biernie rozciągnięty nawet na kilka milimetrów

 pozycja luźnego upakowania pozwala na ruchy stawowe: toczenia, ślizgani

i skręcające przy znacznie zmniejszonym tarciu powierzchni

charakterystyka ruchów stawowych
- ruchy w stawie

zakres ruchów fizjologicznych

bierne rozciąganie

 w trakcie rozciągania stawu jego powierzchnie mogą się także ślizgać i obracać, co

pozwala na ocenę jakości tych powierzchni (ruchy dodatkowe lub luz połączenia
stawowego)

 luzy stawowe mają podstawowe znaczenie dla bezbolesnego ruchu stawowego
 ruchy dodatkowe nie mogą być wykonane przez samego pacjenta, a wręcz wymagają

rozluźnienia mięśni i zastosowania siły zewnętrznej

10

11

12

13

2013-01-23

4

 ruchy te mają istotne znaczenie w diagnostyce narządu ruchu, często dzięki nim

możliwa jest lokalizacja miejsca uszkodzenia w złożonych łańcuchach kinematycznych

w warunkach fizjologicznych więzadła i torebka stawowa ograniczają bierne ruchy
dodatkowe w pozycji ścisłego upakowania, w przypadku przerwania lub naciągnięcia
więzadeł połączenie stawowe staje się niestabilne, a w stawie stwierdza się nadmierne
ruchy dodatkowe
charakterystyka ruchów stawowych
- przykład

uszkodzenie więzadła krzyżowego przedniego stawu kolanowego zwiększa ryzyko

uszkodzenia łąkotek

w stanach zapalnych ruchy dodatkowe wywołują ból

w wyniku reakcji bólowej ruchomość stawu zostaje ograniczona

charakterystycznym objawem uszkodzenia łąkotek jest blokowanie ruchu w kolanie,

przemieszczanie się w stawie oderwanych fragmentów łąkotki, któremu zazwyczaj
towarzyszy ból, jest przyczyną takich blokad

tkanka chrzęstna powierzchni stawowych

spełnia trzy podstawowe funkcje:

 zapewnia odpowiedni rozkład nacisku na powierzchni stawowej
 zmniejsza tarcie w czasie ruchu stawu
 amortyzacja nagłych przeciążeń stawu

Tkanka chrzęstna zbudowana jest z komórek nazywanych chondrocytami oraz macierzy
chrzęstnej

chondrocyty

 średnica wynosi 10-30 um
 tworzą skupiska 2-3-komórkowe rozmieszczone w rozstępach macierzy
 średnio przypada 14 tysięcy komórek na 1 mm

3

tkanki

 rozlokowane są w warstwach powierzchniowych tkanki

tkanka chrzęstna powierzchni stawowych

macierz chrzęstna

 zbudowana jest z wody, kolagenu i proteoglikanów
 może mieć bardzo zróżnicowaną strukturę, z tego względu wyróżnia się tkankę

chrzęstną szklistą oraz białą i żółtą chrząstkę włóknistą



chrząstka jest formą tkanki łącznej zbudowanej w 75-80% z wody oraz
w 20% z substancji stałych tworzących macierz chrzęstną

•

substancja stała chrząstki to głównie:

•

kolagen (65%)

•

proteoglikany (25%)

•

gilkoproteiny i chondrocyty (<10%)

•

lipidy (<10%)




tkanka chrzęstna powierzchni stawowych
Proteoglikany - makrocząsteczki tkanki łącznej utworzone
z węglowodanów i białek

•

zdolność tworzenia zespołów nazywanych agrekanami (ang. agrecan)

•

agrekan składa się z rdzenia białkowego z dołączonymi łańcuchami
glikozaminoglikanów: chondroitynosiarczanu, keratynosiar czanu i kwasu
hialuranowego, wzajemne proporcje poszczególnych glikozaminoglikanów decydują o
typie tkania chrzęstnej

•

są odpowiedzialne za sztywność tkanki chrzęstnej i jej zdolność do przenoszenia
obciążeń

 są wbudowane w sieć kolagenową

14

15

16

17

2013-01-23

5


 równowaga dwóch sił: oddziaływań elektrostatycznych oraz naprężeń mechanicznych

kolagenu, siły elektro-statyczne wzajemnego odpychania sąsiadujących z sobą
ujemnie naładowanych grup siarczanowych i karboksylowych, wchodzących w skład
cząsteczek proteoglikanów, równoważone są przez naprężenia mechaniczne włókien
sieci kolagenowej nadając chrząstce doskonałe właściwości amortyzujące



tkanka chrzęstna powierzchni stawowych

Proteoglikany są makrocząsteczkami obdarzonymi wysokim ujemnym ładunkiem

elektrycznym, dzięki temu mają one zdolność silnego osmotycznego wiązania wody

 w wyniku wchłonięcia dużej ilości wody następuje „puchnięcie" tkanki chrzęstnej

powodując, że staje się ona bardzo elastyczna

 woda stanowi około 80% całkowitej masy chrząstki
 maksymalną objętość związanej wody ograniczają naprężenia włókien kolagenowych,

którymi oplecione są proteoglikany.

tkanka chrzęstna powierzchni stawowych
- z punktu widzenia mechaniki
W tkance chrzęstnej stawu można wyróżnić cztery warstwy morfologiczne różniące się
orientacją włókien kolagenowych

•

w warstwie powierzchniowej, stanowiącej 10-20% całkowitej grubości tkanki, włókna są
zorientowane równolegle do powierzchni stawu, kolagen zajmuje 16-31% objętości
tkanki

•

strefą przejściowa lub środkową - grubsza warstwa, obejmująca 40-60% grubości
chrząstki, włókna kolagenowe są nieuporządkowane i nie można określić preferowanej
orientacji włókien, kolagen zajmuje 14-42% objętości tkanki

•

warstwa głęboka, obejmują 30% grubości tkanki, włókna kolagenowe są skierowane
prostopadle do powierzchni kości

•

najgłębiej położona jest warstwa zmineralizowana stanowiąca połączenie chrząstki
z kością

dodatkowe stawowe struktury chrzęstne
- krążki stawowe i łąkotki

Krążki - całkowicie pogłębiają jamę stawową, zapewniając pełny kontakt powierzchni
stawowych

Łąkotki (przyśrodkowa i boczna) staw kolanowy, nie wypełniają całej jamy stawowej,
pokrywając około

2

/

3

powierzchni stawowej kości piszczelowej

 wypełniają przestrzeń między kłykciami kości udowej i piszczelowej, zwiększając

kongruencję i zwartość stawu

 ograniczają przednio-tylne przemieszczenie kości piszczelowej
 przez zwiększenie powierzchni kontaktu stawu łąkotki zmniejszają lokalne naprężenia

w chrząstce stawowej oraz amortyzują wstrząsy

 przenoszą prawie 70% obciążenia stawu kolanowego, a ich właściwości poślizgowe

chronią staw przed szybkim zużyciem lub uszkodzeniem w wyniku przeciążenia



fizjologiczne mechanizmy zabezpieczające
kości i stawy przed przeciążeniem
Przeciążenie stawów - odgrywa kluczową rolę w powstawaniu zmian patologicznych,
czynniki ryzyka:

•

wszystkie wady postawy

•

asymetria funkcjonalna narządu ruchu

•

nadmierne napięcie mięśniowe

•

Każdy z tych czynników w dłuższej perspektywie staje się przyczyną kumulacji urazów

18

19

20

21

2013-01-23

6

prowadzących do zmian zwyrodnieniowych kości, stawów i mięśni

Połączenia stawowe - obciążenie mechaniczne, chrząstek stawowych wynika z pełnionych
przez nie funkcji, jest wypadkową oddziaływań sił wewnętrznych i zewnętrznych
fizjologiczne mechanizmy zabezpieczające
kości i stawy przed przeciążeniem
obciążenia wewnętrzne

•

zależą od prawidłowego funkcjonowania układu mięśniowego, istotne znaczenie mają
relacje między aktywnym napięciem i rozkurczem poszczególnych mięśni oraz grup
mięśniowych

•

współskurcz mięśni antagonistycznych jest zazwyczaj przyczyną nadmiernego obciążenia
stawu

•

oprócz siły niezbędnej do realizacji określonej czynności mięśnie agonistyczne muszą
pokonać opór mięśni przeciwstawnych

•

zewnętrzne siły - są zazwyczaj źródłem znacznych przeciążeń stawów

•

w czasie prawidłowego chodu, w momencie rozpoczynającego fazę podparcia kontaktu
pięty z podłożem, siła przenoszona przez staw kolanowy przewyższa 3-4 razy ciężar ciała

•

nadmierne ugięcie kolana w fazie podporu powodaduje zwiększone obciążenie stawu
rzepkowo-udowego przewyższające nawet dziewięciokrotnie ciężar ciała, obciążenia te
mogą wzrosnąć wielokrotnie w przypadku ciężkiej pracy lub np. w czasie wyczynu
sportowego

fizjologiczne mechanizmy zabezpieczające
kości i stawy przed przeciążeniem
System mięśniowy - jest głównym elementem układu napędowego organizmu, odgrywają
również nie mniej ważną rolę aktywnych tłumików rozpraszających nadmierną energię

•

rozpraszanie nadmiarów energii oraz amortyzacja wstrząsów zabezpiecza stawy
i kości przed przeciążeniem

•

właściwości lepko-sprężyste mięśni powodują, że w czasie rozciągania są one w stanie
pochłonąć i rozproszyć znaczne ilości energii kinetycznej

•

charakterystyka mechaniczna mięśni jest kontrolowana przez układ nerwowy

•

biernie rozciągane mięśnie w zakresie fizjologicznych zmian długości stawiają niewielki
opór i nie są w stanie wchłonąć znacznych ilości energii

sprawność działania mięśniowych mechanizmów amortyzujących może zostać zaburzona w
wyniku procesów patologicznych zachodzących w układzie nerwowo-mięśniowym,
starzenie się organizmu, zmienia charakterystykę mechaniczną mięśni, powoduje
spowolnienie działania układu nerwowego
ścięgna

Ścięgna - włókniste twory łącznotkankowe łączące mięśnie z kośćmi

•

najczęściej podłużne struktury o przekroju okrągłym lub owalnym

•

zbudowane są z włókien kolagenowych pogrupowanych w pęczki, wzmacniających
macierz utworzoną przez uwodniony żel proteoglikanowy

•

siły wywierane na ścięgno w czasie normalnej aktywności lokomocyjnej nie
przekraczają 20-30% obciążenia maksymalnego, powtarzające się obciążenia
submaksymalne powodują mikrouszkodzenia lub nawet częściowe zerwanie ścięgna

•

kolagen stanowi co najmniej 30% masy ścięgna, nadając mu znaczną statyczną
wytrzymałość na rozciąganie

•

elastyna - białko włókniste, w przeciwieństwie do względnie sztywnego kolagenu włókna
elastyny mogą zostać odkształcone sprężyście nawet 2,5-krotnie, czyli wydłużenie
względne może sięgnąć 250%

zmęczenie ścięgna - powtarzające się przeciążenia, nawet jeśli nie przekraczają granicy
wytrzymałości ścięgna na rozerwanie, powodują znaczne obniżenie jej wartości,
najczęściej występują dwa typy urazów ścięgien: przeciążeniowe oraz zmęczeniowe

22

23

24

2013-01-23

7

powięzi

otacza poszczególne mięśnie lub grupy mięśni

utrzymuje mięśnie w określonej pozycji i zapobiega ich przemieszczeniu

łączy poszczególne włókna mięśniowe ze ścięgnem

dotychczas zgromadzone dane pozwalają stwierdzić, że podatność powięzi na

rozciąganie zbliżona jest do rozciągliwości ścięgna

struktury te stanowią szeregowy element elastyczny wpływający na rozciągliwość

mięśnia

znaczna elastyczność powięzi sugeruje, że tworzy ona rodzaj mechanicznego bufora

zabezpieczającego włókna mięśniowe przed uszkodzeniem

mechanizm wyrównujący naprężenia w poszczególnych włóknach mięśniowych i w

poszczególnych jednostkach ruchowych

sprężystość powięzi pozwala na gromadzenie w niej energii w czasie skurczu mięśnia

25