Funkcje i wÆa¥ciwo¥ci biomechaniczne

wiæzadeÆ

GÆównå funkcjå wiæzadeÆ krzyºowych

jest bierna stabilizacja stawu zarówno

w pÆaszczyªnie strzaÆkowej, czoÆowej, jak

i poprzecznej (7, 12, 24, 28). Wraz z u-

ksztaÆtowaniem powierzchni stawowych,

dziaÆaniem innych wiæzadeÆ i pracå miæ¥ni,

biorå one udziaÆ w zapewnieniu prawidÆo-

284 • Grudzieñ 2001

Biomechanika wiæzadeÆ krzyºowych

Biomechanics of cruciate ligaments

Artur Pasierbiñski, Aneta Jarzåbek

Carolina Medical Center, Warszawa

Streszczenie

WiæzadÆa krzyºowe så gÆównymi biernymi stabiliza-

torami stawu kolanowego w pÆaszczyªnie strzaÆko-

wej i wraz z uksztaÆtowaniem powierzchni stawo-

wych oraz pracå miæ¥ni zapewniajå mu funkcjonal-

nå stabilno¥ì i prawidÆowå kinematykæ. Podczas ru-

chu biernego wspomagajå zamianæ toczenia na ruch

¥lizgowy, a przy ruchu czynnym hamujå ¥lizg

w stawie wywoÆany dziaÆaniem miæ¥ni, redukujåc

siÆy ¥cinajåce.

WiæzadÆa krzyºowe kontrolujå rotacjæ goleni i wraz

z wiæzadÆami pobocznymi zapewniajå stabilno¥ì

kolana w wypro¥cie. Podczas ruchu prostowania

w otwartym Æañcuchu kinetycznym odksztaÆcenie

ACL zwiæksza siæ wraz ze zmniejszaniem kåta

zgiæcia (od okoÆo 40º) i jest tym wiæksze im wiækszy

jest dziaÆajåcy moment zewnætrzny. Przy zginaniu

w otwartym Æañcuchu kinetycznym obciåºenie PCL

zwiæksza siæ gwaÆtownie powyºej 30º i osiåga maxi-

mum w okoÆo 90º zgiæcia.

Podczas ruchu w zamkniætym Æañcuchu kinetycz-

nym, siÆy kompresji w stawie piszczelowo-udowym,

oraz automatyczne napiæcie miæ¥ni stabilizujåcych

staw kolanowy redukujå siÆy ¥cinajåce i zmniejszajå

obciåºenie wiæzadeÆ.

W trakcie rehabilitacji po uszkodzeniu lub rekon-

strukcji wiæzadeÆ, moºemy zmniejszyì przenoszone

przez nie obciåºenia dobierajåc odpowiedni zakres

ruchu, prædko¥ì i pozycjæ przy ìwiczeniach oraz

stosujåc równoczesne napiæcie miæ¥ni antagonis-

tycznych (kokontrakcjæ). Wielko¥ì obciåºeñ przeno-

szonych przez wiæzadÆa zaleºy od aktualnej pozycji

stawu, momentu dziaÆajåcego na staw kolanowy i siÆ

kompresji w stawie piszczelowo-udowym.

[Acta Clinica 2001 1:284-293]

SÆowa kluczowe: wiæzadÆa krzyºowe, biomechani-

ka, obciåºenia, ìwiczenia.

Summary

Cruciate ligaments are main stabilizers of the knee

joint in the sagittal plane; they also contribute in

stabilisation in coronal and transverse planes. Toge-

ther with the shape of articular surface, muscles and

contact forces ensure proper arthrokinematics.

During passive motion of the knee cruciates help to

change rolling into sliding movements and during

active motion resist translations and reduce shear

forces. Cruciates control rotational movements in

the flexed knee and together with collateral liga-

ments ensure rotational stability of the extended

knee.

The amount of forces loading the ligaments de-

pends of actual knee position, knee moment and ti-

bio-femoral joint compression forces.

During open kinetic chain extension ACL strain in-

creases while flexion angle decreases (from 40° of

flexion). The bigger knee extension moment, the

higher is ACL strain. During open kinetic chain fle-

xion PCL strain increases rapidly above 30° and re-

aches the maximum above 90° of flexion. In closed

kinetic chain motion (like sqatting), tibio-femoral

joint compression forces and contraction of muscles

stabilising the joint, reduce shear forces and decrea-

se ligament strain.

During rehabilitation exercises after ligaments inju-

ry or repair, it is possible to reduce forces loading

the ligaments by choosing proper range of motion,

position of the joint, speed of motion and by perfor-

ming voluntary co contraction of antagonistic mus-

cles.

[Acta Clinica 2001 1:284-293]

Key words: cruciate ligaments, biomechanics, strain,

exercises.

wej kinematyki stawu (16, 22, 24, 28). Kon-

trolujåc ¥lizg i rotacje przy ruchach bier-

nych i czynnych, a takºe hamujåc transla-

cje przy dziaÆaniu siÆ zewnætrznych, wiæ-

zadÆa zapewniajå pÆynno¥ì ruchu i chroniå

chrzåstkæ stawowå. Wielko¥ì obciåºeñ

przenoszonych przez wiæzadÆa zaleºy od

aktualnej pozycji stawu kolanowego i dzia-

Æajåcego momentu zewnætrznego.

WiæzadÆa, dziæki znajdujåcym siæ

w nich proprioceptorom peÆniå takºe

waºnå rolæ neurosensorycznå, bioråc udziaÆ

w regulacji napiæcia miæ¥ni agonistycznych

i antagonistycznych podczas ruchu stawu

(16, 28). Funkcje kontroli kinematyki i sta-

bilizacji stawu determinowane så general-

nie przez wÆa¥ciwo¥ci biomechaniczne wiæ-

zadeÆ, czyli wÆa¥ciwo¥ci strukturalne, cha-

rakteryzujåce kompleks ko¥ì-wiæzadÆo-ko¥ì

i wÆa¥ciwo¥ci mechaniczne, charakteryzujå-

ce samo tworzywo wiæzadeÆ (24, 25, 28).

Wielko¥ciami charakteryzujåcymi wÆa¥ci-

wo¥ci strukturalne så: obciåºenie maksy-

malne (ultimate load) (N), sztywno¥ì (stiff-

nes) (N/mm) i wydÆuºenie maksymalne (e-

longation at failure) (mm). Wielko¥ciami

charakteryzujåcymi wÆa¥ciwo¥ci mecha-

niczne så: wytrzymaÆo¥ì na rozciåganie

(tensile strength) (Mpa), napræºenie, czyli

stosunek dziaÆajåcej siÆy do przekroju po-

przecznego (stress) (Mpa) i odksztaÆcenie

czyli stopieñ deformacji tworzywa wiæzadÆa

po zadziaÆaniu obciåºenia (strain) (%).

WÆa¥ciwo¥ci strukturalne wiæzadeÆ mo-

gå byì badane w pÆaszczyznach funkcjo-

nalnych (w warunkach zbliºonych do na-

turalnych), kiedy przy badaniu ruch w sta-

wie nie jest ograniczany do jednego wybra-

nego kierunku, lub w pÆaszczyznach anato-

micznych kiedy siÆa przykÆadana podczas

pomiaru powoduje ruch w stawie tylko

w wybranym kierunku (24, 25). Badania

próbek kompleksu ko¥ì-wiæzadÆo-ko¥ì,

wiæzadÆa krzyºowego przedniego (ACL),

pobranych ze zwÆok, wykazujå ich wiækszå

wytrzymaÆo¥ì (o 35%), sztywno¥ì (o 11%

do 45%) i maksymalne wydÆuºenie

w pÆaszczyznach funkcjonalnych, niº pod-

czas pomiarów dokonywanych w pÆasz-

czyznach anatomicznych (25). Napræºenie

jest wielko¥ciå trudnå do oszacowania, ze

wzglædu na niejednorodny ksztaÆt i prze-

krój poprzeczny wiæzadeÆ (1, 5, 7, 8, 24, 26,

28); do pomiarów wykorzystywane så spe-

cjalne kalibratory, lub róºnego rodzaju sys-

temy optyczne i laserowe mikrometry (me-

tody niekontaktowe).

OdksztaÆcenie wiæzadeÆ pod wpÆywem

obciåºenia moºe byì mierzone przy uºyciu

systemów video, po oznaczeniu odpowied-

nimi markerami badanego odcinka oraz

dziæki specjalnym czujnikom mocowanym

w wybranå czæ¥ì wiæzadÆa, podczas artro-

skopii. Dziæki temu moºna zbadaì od-

ksztaÆcenie wiæzadÆa podczas ruchu stawu

kolanowego w róºnych warunkach i prawie

w caÆym zakresie ruchu (2, 3, 4, 6, 24, 28).

Pod wpÆywem intensywnej aktywno¥ci

(np. ìwiczeñ) wiæzadÆa stopniowo wydÆu-

ºajå siæ co moºe spowodowaì zwiækszenie

Tom 1, Numer 4 • 285

Biomechanika wiæzadeÆ krzyºowych

Tab. 1. WÆa¥ciwo¥ci biomechaniczne wiæzadeÆ

ACL

PCL

OBCIÅíENIE MAKSYMALNE

2160 ± 157 N

(mierzone w pÆaszczyznach

funkcjonalnych)

1742 ± 390 N

SZTYWNOÿò

242 ± 28 N/mm

380 ± 80 N/mm

WYD£UíENIE MAKSYMALNE

11,5 mm

10 mm

ODKSZTA£CENIE MAKSYMALNE

(10 – 12%)

(8 – 10%)

wiotko¥ci stawu. Jednakºe po pewnym cza-

sie wracajå one do swojej pierwotnej dÆugo-

¥ci, a kolano odzyskuje poprzedniå „sztyw-

no¥ì”. Jest to zaleºne od lepkoelastycznych

wÆa¥ciwo¥ci wiæzadeÆ, czyli: zwiækszania

dÆugo¥ci wiæzadÆa w skutek dziaÆania staÆe-

go obciåºenia przez okre¥lony czas (creep),

zmniejszania siæ obciåºenia wiæzadÆa

wskutek utrzymywania staÆego rozciågniæ-

cia przez okre¥lony czas (stress relaxation)

oraz od stopnia rozproszenia energii przy

cyklicznym obciåºaniu i odciåºaniu wiæ-

zadÆa (24, 25).

WÆa¥ciwo¥ci biomechaniczne wiæzadeÆ

zmieniajå siæ z wiekiem. WiæzadÆo dwu-

dziestolatka wytrzymuje dwa razy wiæksze

obciåºenie, niº wiæzadÆo czterdziestolatka.

Badane próbki kompleksu ko¥ì-wiæzad-

Æo-ko¥ì pobrane od mÆodszych dawców

(22 – 35 lat) miaÆy wiækszå sztywno¥ì linio-

wå i znosiÆy do trzech razy wiæksze obciå-

ºenia niº próbki pobrane od osób starszych

(60 – 97 lat), za¥ przerwanie nastæpowaÆo

najczæ¥ciej w miejscu przyczepu (24, 25);

w tych drugich do uszkodzenia dochodziÆo

na przebiegu wiæzadÆa. Równieº unieru-

chomienie wpÆywa negatywnie na wytrzy-

maÆo¥ì i wÆa¥ciwo¥ci lepkoelastyczne wiæ-

zadeÆ (11, 24). Badania przeprowadzane na

psach wykazaÆy, ºe po dwunastotygodnio-

wym unieruchomieniu wytrzymaÆo¥ì ACL

na rozciåganie maleje do 66% (11) przy

czym po okresie remobilizacji nie powraca

do poprzedniej warto¥ci.

Zachowanie siæ wiæzadeÆ

podczas ruchu biernego

Podczas biernego ruchu stawu kolano-

wego wiæzadÆa krzyºowe wspomagajå za-

mianæ ruchu toczenia na ruch ¥lizgowy

(ryc. 1). O¥ obrotu stawu, znajdujåca siæ

w miejscu przeciæcia najbardziej obciåºo-

nych wÆókien wiæzadeÆ przesuwa siæ do ty-

Æu podczas zginania i ku przodowi w czasie

prostowania, zawsze rzutujåc na miejsce

styku powierzchni stawowych uda i pi-

szczeli (13) (ryc. 2).

Wstæpne napiæcie ACL przy ruchu

zgiæcia inicjuje napiæcie PCL i odwrotnie;

siÆy te równowaºå siæ dopóki nie zadziaÆa

zgiæciowy czy wyprostny moment ze-

wnætrzny (obciåºenie), lub wewnætrzny

(praca miæ¥ni). WiæzadÆa krzyºowe zawsze

pozostajå czæ¥ciowo napiæte w wyniku nie-

Acta Clinica

286 • Grudzieñ 2001

Ryc. 1. Zamiana toczenia na ruch ¥lizgowy. Wg Ka-

pandji I. A.: The physiology of the joints. Churchill

Livingstone, Edinburgh London Melbourne and

New York 1987:2:114 – 129

Ryc. 2. Komputerowy model kolana. Linie A-B

i C-D oznaczajå najbardziej obciåºone wÆókna

ACL i PCL, X2 miejsce styku powierzchni stawo-

wych uda i piszczeli na które rzutuje o¥ obrotu sta-

wu I. Wg O’Connor J.J.: Can muscle co-contraction

protect knee ligaments after injury or repair? J Bone

Joint Surg; 1993:75-B (1): 41 — 47

jednorodnego ksztaÆtu i nierównej dÆugo¥ci

ich wÆókien (6, 12, 13). W zgiæciu okoÆo

40º, siÆy przenoszone przez wiæzadÆa (przy

rozluªnionych miæ¥niach) så najmniejsze (6,

12) i równowaºå siæ, poniewaº najbardziej

obciåºone wÆókna ACL i PCL uÆoºone så

pod takim samym kåtem do plateau pi-

szczeli. Wraz ze wzrostem zgiæcia bardziej

obciåºane så przednio-boczne wÆókna PCL

(6, 7), za¥ przy prostowaniu tylne wÆókna

ACL (12, 13, 9). W granicach 60º zgiæcia

napiæcie wiæzadeÆ wzrasta nieznacznie,

a kiedy zgiæcie przekracza 90º PCL jest pro-

porcjonalnie bardziej rozciågane niº ACL,

w którym napiæte så gÆównie wÆókna przed-

nie (9, 12). Bierny wyprost powoduje naj-

wiæksze obciåºenie ACL w ostatnich 10º ru-

chu (6), w wypro¥cie napiæte så tylne wÆók-

na ACL i PCL (1, 7, 8, 9, 12). Przeprost

kontrolowany gÆównie przez ACL (jak rów-

nieº tylnå czæ¥ì torebki stawowej i wiæzadÆa

tylno bocznego przedziaÆu kolana) (6, 18)

powoduje znaczne obciåºenie przednich

wÆókien wiæzadÆa, które opierajå siæ o strop

doÆu miædzykÆykciowego (10) (czæsto w ta-

kim mechanizmie dochodzi do uszkodze-

nia).

WiæzadÆa krzyºowe kontrolujå rotacjæ

goleni podczas ruchu zgiæcia i wyprostu,

i wraz z wiæzadÆami pobocznymi zapewniajå

stabilno¥ì rotacyjnå w wypro¥cie kolana.

Podczas ruchu biernego rotacja ze-

wnætrzna goleni znosi napiæcie ACL

i w niewielkim stopniu obciåºa PCL (6, 12,

14); rotacja wewnætrzna obciåºa ACL

w caÆym zakresie ruchu. Obciåºenie PCL

podczas rotacji zmniejsza siæ wraz ze

wzrostem zgiæcia z powodu bardziej piono-

wej orientacji wÆókien (6, 12) (ryc. 3).

WiæzadÆa podczas ruchu czynnego

W zwiåzku z fizjologicznå ko¥lawo¥ciå

kolana, uksztaÆtowaniem powierzchni sta-

wowych i umiejscowieniem osi rotacji w o-

kolicach kÆykcia przy¥rodkowego ko¥ci

piszczelowej, praca miæ¥nia czworogÆowego

podczas aktywnego wyprostu powoduje ro-

tacjæ wewnætrznå goleni. W trakcie koñco-

wej fazy wyprostu ACL kontroluje (hamu-

je) tæ rotacjæ i uÆatwia „zaryglowanie” sta-

wu wytrzymujåc wtedy najwiæksze obciåºe-

nia (12, 16) (ryc. 4). Przy czynnym ruchu

zginania, praca tylnej grupy miæ¥ni uda po-

woduje ¥lizg ko¥ci piszczelowej w tyÆ po

kÆykciach ko¥ci udowej; przy prostowaniu

miæsieñ czworogÆowy wywoÆuje ¥lizg

w kierunku przednim (zgodnie z reguÆå

Tom 1, Numer 4 • 287

Biomechanika wiæzadeÆ krzyºowych

Ryc. 3. UÆoºenie wiæzadeÆ krzyºowych podczas rotacji goleni. Wg Kapandji I.A.: The physiology of the jo-

ints. Churchill Livingstone, Edinburgh London Melbourne and New York 1987:2:114 – 129

wklæsÆo-wypukÆå ruchu artrokinematyczne-

go). Powoduje to powstanie siÆ ¥cinajåcych,

tylnej i przedniej kontrolowanych i hamo-

wanych gÆównie przez wiæzadÆa krzyºowe.

Wielko¥ì tych siÆ zaleºy od warto¥ci i kie-

runku dziaÆania momentu zewnætrznego,

aktualnej pozycji stawu i kokontrakcji

miæ¥ni antagonistycznych, jak równieº siÆ

kompresji w stawie udowo piszczelowym

(przy dziaÆaniu ciæºaru ciaÆa i bez) (2, 4, 7,

13, 14, 17, 19, 22, 23, 26, 27).

Jednoczesne napiæcie tylnej grupy

miæ¥ni uda i prostowników (kokontrakcja)

nie powoduje ruchu stawu kolanowego,

je¥li momenty zgiæciowy i wyprostny rów-

nowaºå siæ (2, 3, 13). Nie oznacza to jed-

nak, ºe skÆadowe siÆ zginajåcej i prostujåcej

kolano równolegÆe do plateau piszczeli så

takie same; róºnice tæ niweluje napræºenie

(obciåºenie) ACL, lub PCL w zaleºno¥ci

od kåta zgiæcia stawu. Na podstawie oceny

komputerowego modelu kolana, wedÆug

O’Connora (13), kokontrakcja zginaczy

i prostowników poniºej 22º zgiæcia obciåºa

ACL, za¥ powyºej 22º stopniowo zwiæksza

obciåºenie PCL. W kåcie zgiæcia bliskim

pozycji wyprostu, napiæcie miæ¥ni Æydki

i miæ¥nia czworogÆowego wywoÆuje przed-

niå siÆæ ¥cinajåcå obciåºajåcå ACL (odciå-

ºajåcå PCL) (6, 13), której nie jest w stanie

zmniejszyì napiæcie tylnej grupy miæ¥ni

uda (zwiæksza ono jedynie nacisk w stawie

piszczelowo-udowym). Przy duºych kåtach

zgiæcia, (powyºej 110º) napiæcie miæ¥nia

czworogÆowego nie jest w stanie zmniej-

szyì siÆy obciåºajåcej PCL wytwarzanej

przez tylnå grupæ miæ¥ni uda. WedÆug Bey-

nonna (3, 2) izometryczna kokontrakcja

tylnej grupy miæ¥ni uda i miæ¥nia czworo-

gÆowego (bez obciåºenia zewnætrznego),

powoduje stopniowe zmniejszanie obciåºe-

nia ACL od 20º do 50º i znosi je powyºej

50º zgiæcia zarówno w otwartych, jak

i zamkniætych Æañcuchach kinetycznych

(ryc. 5).

Izometryczne napiæcie miæ¥nia czworo-

gÆowego w otwartym Æañcuchu kinetycz-

nym powoduje stopniowe zwiækszanie ob-

ciåºenia ACL, od okoÆo 40º zgiæcia do wy-

prostu, powyºej 50º– 60º zgiæcia ACL nie

jest obciåºane (ryc. 6). Zwiækszenie obciå-

ºenia zewnætrznego powoduje zwiækszenie

i wcze¥niejsze obciåºenie wiæzadÆa. Izo-

metryczne napiæcie tylnej grupy miæ¥ni uda

znosi obciåºenie ACL powyºej 20º i zwiæk-

sza obciåºenie PCL (2, 3, 4, 7, 16).

Podczas aktywnego prostowania kolana

w otwartym Æañcuchu kinetycznym od-

ksztaÆcenie ACL zwiæksza siæ wraz ze

zmniejszaniem kåta zgiæcia (od okoÆo 50º)

Acta Clinica

288 • Grudzieñ 2001

Ryc. 5. OdksztaÆcenie ACL podczas izometrycznej

kokontrakcji miæ¥nia czworogÆowego i tylnej grupy

miæ¥ni uda, w róºnych kåtach zgiæcia stawu kolano-

wego. Wg Beynnon D.B., Fleming B.C., Johnson

R.J., Nichols C.E., Renström P.A., Pope M.H.: An-

terior Cruciate Ligament strain behavior during re-

habilitation exercises in vivo. Am J Sports Med;

1995, 23 (1):24 – 34

Ryc. 4. Hamowanie rotacji wewnætrznej piszczeli

przez ACL, w koñcowej fazie wyprostu. Wg Ka-

pandji I. A.: The physiology of the joints. Churchill

Livingstone, Edinburgh London Melbourne and

New York 1987:2:114 – 129

i jest tym wiæksze, im wiækszy jest moment

zewnætrzny (ryc. 7) (2, 3, 4, 6, 11, 14, 16,

21, 23), zwiækszenie momentu wyprostnego

powoduje równieº wcze¥niejsze obciåºenie

wiæzadÆa (przy wiækszym kåcie zgiæcia), tak

jak przy napiæciu izometrycznym miæ¥nia

czworogÆowego w otwartym Æañcuchu kine-

tycznym (2, 3, 4,). Potwierdzajå to wyniki

badañ przednio-tylnego przesuniæcia ko¥ci

piszczelowej, wielko¥ci siÆ ¥cinajåcych i od-

ksztaÆcenia wiæzadeÆ „in vivo”. (ryc. 8; 9)

Tom 1, Numer 4 • 289

Biomechanika wiæzadeÆ krzyºowych

Ryc. 6. OdksztaÆcenie ACL podczas izometrycznego

napiæcia miæ¥nia czworogÆowego pod róºnym obciå-

ºeniem. Wg Beynnon D.B., Fleming B.C., Johnson

R.J., Nichols C.E., Renström P.A., Pope M. H.: An-

terior Cruciate Ligament strain behavior during re-

habilitation exercises in vivo. Am J Sports Med;

1995, 23 (1):24 – 34

Ryc. 7. OdksztaÆcenie ACL podczas ruchu aktywne-

go wyprostu w otwartym Æañcuchu kinetycznym.

Wg Beynnon D.B., Fleming B.C., Johnson R.J., Ni-

chols C.E., Renström P.A., Pope M.H.: Anterior

Cruciate Ligament strain behavior during rehabili-

tation exercises in vivo. Am J Sports Med; 1995, 23

(1):24 – 34

Ryc. 8. Przednio-tylne przesuniæcie piszczeli w za-

leºno¥ci od kåta zgiæcia stawu kolanowego i wielko-

¥ci oporu zewnætrznego podczas wyprostu w otwar-

tym Æañcuchu kinetycznym. Wg Solomonow M.,

Krogsgaard M.: Sensorimotor control of knee stabili-

ty. A review. Scand J Med Sci Sports; 2001, 11:64-80

Ryc. 9. Przednio-tylne przesuniæcie piszczeli podczas

jednoczesnego obciåºenia miæ¥nia czworogÆowego

i tylnej grupy miæ¥ni uda (w tym przypadku przednie

przesuniæcie piszczeli zmniejsza siæ o 33% w zgiæciu

15º, o 75% w zgiæciu 30º i jest caÆkowicie zniesione

w 45º zgiæcia stawu). Wg Solomonow M., Krogsga-

ard M.: Sensorimotor control of knee stability. A re-

view. Scand J Med Sci Sports; 2001, 11:64 — 80

Praca ekscentryczna miæ¥ni bardziej

obciåºa wiæzadÆa niº praca koncentryczna

(2, 3, 4, 14, 16); np. praca ekscentryczna

miæ¥nia czworogÆowego hamuje napiæcie

antagonistów, oraz powoduje wiækszå rota-

cjæ wewnætrznå goleni (3, 4, 16) zwiæksza-

jåc tym samym obciåºenie ACL.

Moºemy zmniejszyì siÆy przenoszone

przez wiæzadÆo w trakcie ìwiczeñ przez

kokontrakcjæ tylnej grupy miæ¥ni uda, u-

trzymanie prawidÆowego toru (rotacje)

i zwiækszenie prædko¥ci kåtowej ruchu (do

120º-160º/sec) (13, 21, 22).

Powyºej 60º-70º zgiæcia, podczas ruchu

aktywnego wyprostu w otwartym Æañcuchu

kinetycznym, dziaÆa tylna siÆa ¥cinajåca,

zwiækszajåca obciåºenie PCL tym wiæksza,

im wiækszy jest kåt zgiæcia stawu (7, 15,

20). Przy zginaniu kolana w otwartym Æañ-

cuchu kinetycznym obciåºenie PCL zwiæk-

sza siæ gwaÆtownie od okoÆo 30º i osiåga

maksimum powyºej 90º zgiæcia (7, 15, 20).

Kokontrakcja miæ¥nia czworogÆowego mo-

ºe je zmniejszyì tylko w poczåtkowej fazie

ruchu.

Z przeprowadzonych przez Beynnona

badañ obciåºenia ACL in vivo (2, 4) wyni-

ka ºe odksztaÆcenie ACL podczas przysia-

du (ruch w zamkniætym Æañcuchu kine-

tycznym) zwiæksza siæ stopniowo od 50º

zgiæcia do wyprostu (maks. 3,6% w okoli-

cach wyprostu) i jest wiæksze przy ekscen-

trycznej pracy miæ¥nia czworogÆowego (ryc.

10). Zwiækszenie momentu zewnætrznego

nie powoduje znaczåcego zwiækszenia od-

ksztaÆcenia ACL, tak jak ma to miejsce

przy ruchu w otwartym Æañcuchu kinetycz-

nym. WedÆug Beynnona, w 30º-40º zgiæcia

wielko¥ì odksztaÆcenia ACL podczas przy-

siadu jest wiæksza niº przy czynnym ruchu

wyprostu w otwartym Æañcuchu kinetycz-

nym (4), co nie jest zgodne z wynikami

wcze¥niejszych badañ wielko¥ci siÆ ¥cinajå-

cych i przednio-tylnego przesuniæcia pi-

szczeli, przeprowadzonych miædzy innymi

przez Wilka i Stuarta (17, 23).

Dowodzå one, ºe podczas przysiadu

(i niektórych ìwiczeñ w zamkniætych Æañ-

cuchach kinetycznych) w caÆym zakresie

ruchu dziaÆa tylko tylna siÆa ¥cinajåca ob-

ciåºajåca PCL, która w poczåtkowej fazie

Acta Clinica

290 • Grudzieñ 2001

Ryc. 10. OdksztaÆcenie ACL podczas przysiadu. Wg

Beynnon D.B., Johnson R.J., Fleming B.C., Stanke-

wich C.J., Renström P.A., Nichols C.E.: The strain

behavior of the Anterior Cruciate Ligament during

squatting and active flexion-extension. Am J Sports

Med; 1997, 25 (6):823 – 829

Ryc. 11. Opis w tek¥cie

ruchu jest najmniejsza, za¥ najwiæksza

w okolicach 90º zgiæcia. Róºnica ta moºe

byì spowodowana zastosowaniem, z jednej

strony bezpo¥redniego pomiaru odksztaÆce-

nia ACL (2,4), z drugiej strony metody po-

¥redniej, czyli pomiaru siÆ ¥cinajåcych

i przednio tylnego przesuniæcia piszczeli

wpÆywajåcych na odksztaÆcenie wiæzadeÆ

(17, 28). Równieº pozycja pacjentów pod-

czas badania mogÆa mieì wpÆyw na wyniki.

Beynnon przeprowadzaÆ pomiary w pozycji

zbliºonej do prezentowanej na ryc. 11 (2,

4) i zwróciÆ uwagæ na dominujåcå pracæ

miæ¥nia czworogÆowego i sÆabe napiæcie tyl-

nej grupy miæ¥ni uda (4). Autorzy så jed-

nak zgodni co do tego, ºe pozycja tuÆowia

wzglædem kolana i stopy ma wpÆyw na sto-

pieñ napiæcia miæ¥ni stabilizujåcych staw,

oraz wielko¥ì siÆ dziaÆajåcych na wiæzadÆa.

Pochylenie miednicy i tuÆowia w przód

podczas przysiadu wywoÆuje spontanicznå

kokontrakcjæ tylnej grupy miæ¥ni uda, prze-

suwa poÆoºenie ¥rodka ciæºko¥ci i zmniej-

sza obciåºenie ACL a zwiæksza obciåºenie

PCL (15, 17, 22) (ryc. 11, 12). Pochylenie

miednicy i tuÆowia w tyÆ wywoÆuje odwrot-

ny efekt.

Tom 1, Numer 4 • 291

Biomechanika wiæzadeÆ krzyºowych

Ryc. 12. Opis w tek¥cie

Tab. 2. OdksztaÆcenie ACL podczas róºnej aktywno¥ci

ODKSZTA£CENIE

(STRAIN)

Izometryczne napiæcie miæ¥nia czworogÆowego @ 15 & 730 (30 Nm.)

4,4%

Czynny wyprost z obciåºeniem 45 N

3,8%

Przysiady

3,6%

Izometryczne napiæcie miæ¥ni Æydki @ 15º

3,5%

Czynny wyprost bez obciåºenia

2,8%

Izometryczne napiæcie miæ¥nia czworogÆowego @ 30º (30 Nm.)

2,7%

Wchodzenie po schodach

2,7%

Rower stacjonarny

1,7%

Izometryczne napiæcie miæ¥nia czworogÆowego 60º — 90º (30 Nm.)

0,0%

Izometryczne napiæcie tylnej grupy miæ¥ni uda @ 30º, 60º, 90º (10 Nm.)

0,0%

W trakcie wykonywania przysiadu i in-

nych ìwiczeñ w zamkniætych Æañcuchach

kinetycznych moºemy zmniejszyì obciåºe-

nie ACL powyºej 22º zgiæcia poprzez ko-

kontrakcjæ tylnej grypy miæsni uda, utrzy-

manie prawidÆowej pozycji i zmniejszenie

prædko¥ci ruchu.

Wnioski koñcowe

— WiæzadÆa krzyºowe zapewniajå bier-

nå stabilizacjæ stawu kolanowego w kilku

pÆaszczyznach.

— W trakcie ruchu biernego wspoma-

gajå zamianæ toczenia na ruch ¥lizgowy

a podczas czynnego ruchu zgiæcia, wypro-

stu i rotacji kontrolujå (hamujå) translacje

wywoÆane pracå miæ¥ni lub siÆami ze-

wnætrznymi, redukujåc siÆy ¥cinajåce.

— Wielko¥ì obciåºeñ przenoszonych

przez wiæzadÆa zaleºy od aktualnej pozycji

stawu kolanowego, dziaÆajåcego momentu

zewnætrznego i siÆ nacisku w stawie udo-

wo-piszczelowym.

— Zwiækszenie momentu zewnætrznego

zwiæksza obciåºenie wiæzadeÆ, szczególnie

podczas ruchu w otwartym Æañcuchu kine-

tycznym.

— WiæzadÆa przenoszå najwiæksze ob-

ciåºenia w pozycjach bliskich zaryglowania

stawu.

— Dobierajåc odpowiedni zakres ruchu,

prædko¥ì i pozycjæ w czasie ìwiczeñ, oraz

stosujåc równoczesne napiæcie miæ¥ni an-

tagonistycznych (kokontrakcjæ) moºna

zmniejszyì obciåºenia wiæzadeÆ.

Pi¥miennictwo

1. Allen A.A., Harner C.D., Fu F.H.: Anatomy and

biomechanics of Posterior Cruciate Ligament. Sport

med Arth Rev; 1994, 2:81 – 87

2. Beynnon B.D.: The Biomechanics of the ACL

During Rehabilitation Exercises In-Vivo. Second

Heidelberg ACL — Symposium Germany; March

25, 1999

3. Beynnon D.B., Fleming B.C., Johnson R.J., Ni-

chols C.E., Renström P.A., Pope M.H.: Anterior

Cruciate Ligament strain behavior during rehabili-

tation exercises in vivo. Am J Sports Med; 1995, 23

(1):24 – 34

4. Beynnon D.B., Johnson R.J., Fleming B.C., Stan-

kewich C.J., Renström P.A., Nichols C.E.: The

strain behavior of the Anterior Cruciate Ligament

during squatting and active flexion-extension. Am

J Sports Med; 1997, 25(6):823 – 829

5. Bosch U., Kasperczyk W.J., Ostern H.J., Tscher-

ne H.: Biology of Posterior Cruciate Ligament hea-

ling. Sport med Arth Rev; 1994, 2:88 – 99

6. Dürselen L., Claes L., Kiefer H.: The influence

of muscle forces and external loads on cruciate liga-

ment strain. Am J Sport Med; 1995, 23(1):129 – 136

7. Harner C.D., Vogrin T.M., Woo S. L-Y.: Anato-

mical and biomechanical consideration of the PCL.

J Sport Reh; 1999, 8(4):260 – 279

8. Harner C.D., Xerogeanes J.W., Livesay G.A.,

Carlin G.J., Smith B.A., Kusayama T., Kashiwagu-

chi S., Woo S. L-Y.: The human posterior cruciate

ligament complex: an interdisciplinary study. Am

J Sport Med; 1995, 23 (6):736 - 745

9. Hirokawa S., Yamamoto K., Kawada T.: Circum-

ferential measurement and analysis of strain distri-

bution in the human ACL using a photoelastic coa-

ting method. J Biom; 2001, 34:1135 – 1143

10. Jagodziñski M.: Biomechanical MRI Analysis of

Knee Hyperextension and the impingement of the

Anterior Cruciate Ligament. Second Heidelberg

ACL — Symposium Germany; March 25, 1999

11. Johnson R.J.: The science of rehabilitation follo-

wing ACL reconstruction. The Panther Sports Me-

dicine Symposium. The knee: A new Millennium

from robotics to gene therapy; May 4 — 6, 2000 Pitt-

sburgh, Pennsylwania

12. Kapandji I.A.: The physiology of the joints.

Churchill Livingstone, Edinburgh London Melbo-

urne and New York 1987, 2:114 – 129

13. O’Connor J. J.: Can muscle co-contraction pro-

tect knee ligaments after injury or repair? J Bone Jo-

int Surg; 1993, 75-B (1):41 — 47

14. Parker M.G.: Biomechanical and histological

concepts in the rehabilitation of patients with Ante-

rior Cruciate Ligament reconstructions. JOSPT;

1994:20 (1)

15. Schultz E. A., Irrgang J. J.: Rehabilitation follo-

wing Posterior Cruciate Ligament injury or recon-

struction. Sport Med Arth Rev; 1994, 2 (2):165 – 173

16. Solomonow M., Krogsgaard M.: Sensorimotor

control of knee stability. A review. Scand J Med Sci

Sports; 2001, 11:64 — 80

Acta Clinica

292 • Grudzieñ 2001

17. Stuart M. J., Meglan D.A., Lutz G. E., Growney

E.S., An K.: Comparison of intersegmental tibiofe-

moral joint forces and muscle activity during various

closed kinetic chain exercises. Am J Sports Med;

1996:24 (6):792 – 799

18. Veltri D.M.,,Deng X., Torzilli P. A., Warren

R.F., Maynard M.J.: The role of the cruciate and

posterolateral ligaments in stability of the knee. Am

J Sport Med; 1995, 23 (4):436 — 443

19. Vergis A., Gillquist J.: Sagittal plane translation

of the knee during stair walking. Comparison of

healthy and Anterior Cruciate Ligament-deficient

subjects. Am J Sports Med; 1998, 26 (6):841 – 846

20. Wilk K.E., Andrews J.R., Clancy W.G., Crockett

H.C., O’Mara J.W.: Rehabilitation programs for the

PCL-injured and reconstructed knee. J Sport Reh;

1999, 8 (4):333 – 362

21. Wilk K.E., Andrews J.R.: Current concepts in

the treatment of anterior cruciate ligament disrup-

tion. JOSPT; 1992, 15 (6):279 – 290

22. Wilk K.E., Zheng N., Flesing G.S., Andrews

J.R., Clancy W.G.: Kinetic chain exercise: implica-

tions for the Anterior Cruciate Ligament patient.

J Sport Reh; 1997, 6:125 143

23. Wilk K.E., Escamilla R.F., Fleising G.S., Bar-

rentine S.W., Andrews J.R., Boyd M.L.: A compari-

son of tibiofemoral joint forces and electromyograp-

hic activity during open and closed kinetic chain e-

xercises. Am J Sport Med; 1996, 24 (4):518 – 527

24. Woo S. L-Y., Debski R.E., Withrow J.D., Jana-

ushek M.A.: Biomechanics of knee Ligaments. Am

J Sport Med; 1999, 27 (4):533 – 543

25. Woo S. L-Y.: Basic science and properities of

tissue as a function of aging. 2001 ISAKOS con-

gress, May 14 - 18, 2001 Montreux, Switzerland

26. Woo S. L-Y.: New Biomechanical Data of the

ACL Using Robot-Technology. Second Heidelberg

ACL — Symposium Germany; March 25, 1999

27. Yack H.J., Riley L.M., Whieldon T.R.: Anterior

tibial translation during progressive loading of the

ACL-deficient knee during weight-bearing and non

weight-bearing isometric exercise. JOSPT; 1994,

20(5):247 – 252

28. Yasuda K.: Biomechanics of knee ligament. The

Panther Sports Medicine Symposium The knee:

A new Millennium from robotics to gene therapy;

May 4 – 6, 2000 Pittsburgh, Pennsylwania

Adres do korespondencji / Address for correspon-

dence: Artur Pasierbiñski, Carolina Medical Center,

ul Broniewskiego 89, 01 – 876 Warszawa

Tom 1, Numer 4 • 293

Biomechanika wiæzadeÆ krzyºowych