W3- Praktyczne zastosowanie pomiarów i ćwiczeń w warunkach statyki i izokinetyki w postępowaniu fizjoterapeutycznym wybranych obrażeń narządu ruchu.

• Pomiar momentów sił mięśni, a także prawidłowy dobór obciążeń w postępowaniu fizjoterapeutycznym mają na celu przywrócenie siły mięśni , proporcji sił grup mięśniowych i propriocepcji u pacjentów.

• Pomiar maksymalnych momentów sił mięśni zginających i prostujących podudzie względem uda.

-Zapoznać badanych z celem i przebiegiem badań.

-Pacjent i lekarz prowadzący musi wyrazić zgodę na badanie.

- Przeprowadzić rozgrzewkę.

-Stała pozycja

- Stabilizować kkd, obręcz biodrową oraz tułów

-Zachować oś pomiaru

- Stosować stałą długość ramienia dźwigni

- Rozpocząć pomiar na hasło start

- Dobrać kąt pomiaru lub zakres wartości kątowej pomiaru

- Wybrać wynik najlepszy lub średnią

• Siła mięśni a moment siły mięśniowej.

Siła to masa razy przyspieszenie podawana w N

Moment siły to siłą razy ramię dźwigni podane w N m.

• Pomiar wartości momentów sił mięśni przeprowadza się w warunkach statyki i dynamiki.

Skurcz koncentryczny: wartość momentu sił (N m) badanej grupy mięśniowej jest wyższa od wartości momentu sił zewnętrznych (oporu zewnętrznego).Kierunek ruchu dźwigni jest zgodny z kierunkiem skurczu badanej grupy mięśniowej.

Skurcz ekscentryczny: wartość momentu sił (N m) badanej grupy mięśniowej jest niższa od wartości momentu sił zewnętrznych (oporu zewnętrznego). Kierunek ruchu dźwigni jest zgodny z działaniem sił zewnętrznych- jest przeciwny do kierunku skurczu badanej grupy mięśniowej.

• Submaksymalne wartości momentów sił badanych grup mięśniowych wyznacza się w warunkach izokinetycznych- zależą od prędkości kątowej na sekundę.

Występuje zależność pomiędzy wartością prędkości kątowej na sekundę a wartością momentu siły:

Wyższa prędkość kątowa na sekundę, to mniejsza wartość momentu siły badanych mięśni.

Wartość pomiaru maksymalnego momentu siły w statyce zależy od wartości kąta podudzia względem uda.

Pomiar wartości momentów sił oraz trening siły u pacjentów w postępowaniu fizjoterapeutycznym jest konieczny w warunkach statyki i dynamiki, ale trening siły nie może naruszyć warunków gojenia się, przebudowy i biomechaniki implantu.

Wartość pomiarów dla doboru obciążeń indywidualnie dla każdego pacjenta.

Pomiary momentów sił (N m) w warunkach izokinetyki dla stawu kolanowego najczęściej wykonujemy przy prędkościach kątowych na sekundę: 180°/sek, 120°/sek, 90°/sek i 60 °/sek

• Wyniki pomiaru momentów sił poprzedzone badaniem klinicznym, wiedzą na temat przebiegu gojenia się i przebudowy uszkodzonych tkanek, umożliwiają dobór obciążeń uzasadnionych w statyce lub dynamice, indywidualnie dla każdego pacjenta.

• Pomiary w warunkach statyki pozwalają określić u każdego pacjenta maksymalny moment sił dla każdego kąta w stawie

• Pomiary w warunkach izokinetycznych pozwalają zmierzyć submax wartości momentów sił dla danej prędkości kątowej w dowolnym zakresie ruchu w stawie

• Badanie momentów sił w dynamice, następnie prawidłowy sposób doboru obciążeń w kompleksowym postępowaniu fizjoterapeutycznym w warunkach koncentryczno-ekscentrycznych, ma szczególne znaczenie dla powrotu pacjentów do aktywności fizycznej.

Czamara A., Szafraniec R., Tomaszewski W. Zależność siły mięśni rotujących

ramię od kąta odwiedzenia ramienia. Ortopedia, Traumatologia, Rehabilitacja”

2005, vol. 7, nr 3, s. 310-316

Czamara A. Zmiany wartości momentów siły mięśni w programie fizjoterapii po

rekonstrukcjach wiązadeł krzyżowych przednich stawów kolanowych. „Fizjoterapia Polska”,

2002, vol.2, nr 7, s.263-272

Duławski G., Bober T., Czamara A., Zaleski A. Momenty sił grup mięśni w funkcji kąta odwiedzenia i przywodzenia ramienia u mężczyzn. "Fizjoterapia" 2008, vol. 16, nr 2, s. 13- 18

POMIAR WYBRANYCH PARAMETRÓW RUCHU I TESTOWANIE CECH FIZYCZNYCH CZŁOWIEKA

Aleksander Kabsch

Ocena statyki ciała ludzkiego

W klinicznej i ergometrycznej ocenie chorego stanowczo zbyt mało miejsca poświęca się ocenie statyki jego ciała. Statyki sensu stricto, a nie zredukowa­nej do pojęć, i to uproszczonych, równowagi ciała. Tymczasem dane o sta­teczności ciała mogą dostarczyć cennych informacji o tej części wysiłku fi­zycznego, która jest związana z utrzymaniem pozycji ciała. Ocena stateczności i stabilności ciała może dostarczyć danych do oceny przebiegu procesu usprawniania ruchowego. Dotyczy to zwłaszcza procesów koordynacji rucho­wej, głównie procesów koordynacyjnych w tej części układu sterującego, która klinicznie nosi nazwę zmysłu równowagi.

Ustalenie pojęć podstawowych

Wszystkie pojęcia będą podporządkowane prawu ciążenia. Masa każdego ciała jest zdeterminowana oddziaływaniem pola grawitacji w sensie jej energii potencjalnej, która pod działaniem siły ciężkości zdąża do minimum: E_p → min. Znaczy to, że dana masa pod działaniem niezrównoważonej siły cięż­kości lub jej momentów przyjmie położenie najniższe z możliwych.

1. Stateczność ciała człowieka — traktowanego jako układ mechaniczny — jest to mechaniczny stan jego równowagi opisany parametrami geometryczny­mi oraz mechanicznymi.

2. Stabilność układu człowieka to zdolność tego układu do powrotu do równowagi (w razie zakłócenia); jest ona związana ściśle z procesami stero­wania w ośrodkowym układzie nerwowym.

3. Środek masy jest to punkt, w którym suma sił i suma momentów jest równa zeru, czyli zarówno siły, jak i momenty sił w tym punkcie się równo­ważą. Środek masy jest równoznaczny ze środkiem ciężkości — do niego przyłożony jest wypadkowy wektor siły ciężkości.

4. Ogólny środek masy — OSM (ciężkości — OSC) — jest to punkt do któ­rego przyłożony jest wypadkowy wektor siły ciężkości poszczególnych czło­nów biomechanizmu. Zatem jest punktem geometrycznym, niematerialnym, o zmiennym położeniu, które zależy od przestrzennego rozłożenia poszcze­gólnych mas ciała.

5 Moment siły jest iloczynem siły przez jej ramię Mo = F • r [1m² • kg • s^-2]

Jednostką miary jest niutonometr [Nm], Moment siły jest wektorem, nie­zrównoważony powoduje obrót masy wokół punktu (osi obrotu). Ramię siły (r) jest prostą prostopadłą od osi obrotu do kierunku działania siły lub: r = sin 0. gdzie 0 jest kątem przyłożenia (działania) siły.

Ocena mechanicznej równowagi ciała człowieka

Równowaga ciała zależna jest od oporu środowiska, czyli od tego, czy ciało jest na przykład podparte, czy zawieszone, czy też zanurzone w wodzie. W rehabilitacji ruchowej najczęściej występują sytuacje pierwsze, gdy ciało jest podparte, to znaczy posiada opór przyłożony do dołu poniżej OSC i ostatnie — w wodzie.

1. Równowaga ciała człowieka przy dolnym oporze, czyli zrównoważenie układu ciała względem podłoża. Warunki równowagi:

a. Rzut OSC musi padać w obrębie pola płaszczyzny podparcia. Płaszczyznę tę wyznaczają linie łączące zewnętrzne obrysy części układu stykających się z podłożem

b. Stateczność ciała jest wprost proporcjonalna do wielkości pola płaszczyzny podparcia.

c. Stateczność ciała względem danej krawędzi płaszczyzny podparcia jest wprost proporcjonalna do odległości rzutu OSC od tej krawędzi.

d. Stateczność ciała jest wprost proporcjonalna do kąta równowagi (y) i kątów stateczności (α, β)

e. Stateczność ciała jest odwrotnie proporcjonalna do odległości (wyso­kości h) OSC od płaszczyzny podparcia (ryc. 176).

f. Stateczność ciała jest wprost proporcjonalna do wielkości masy.

Geometryczne parametry sta­teczności ciała podpartego. OSC — ogólny środek ciężkości, y — kąt rów­nowagi, a i β— kąty stateczności

Zatem stateczność ciała przy dolnym oporze opisują takie parametry, jak: pole płaszczyzny podparcia, wysokość OSC, odległość jego rzutu od danej krawędzi podparcia, wielkość kąta równowagi i kątów stateczności oraz masa.

Należy rozróżnić zrównoważenie całego układu ciała względem podłoża i zrównoważenie części ciała względem siebie, a więc zrównoważenie we­wnątrz układu — na co zwraca się szczególną uwagę. Rzecz sprowadza się bowiem do zrównoważenia poszczególnych momentów sił ciężkości członów w łańcuchach biokinematycznych przez momenty sił mięśniowych.

2. Równowaga ciała człowieka w wodzie. Dla potrzeb rehabilitacji rucho­wej nie tyle istotny jest pomiar parametrów stateczności ciała pływającego, ile znajomość podstawowych danych. Otóż na ciało człowieka położone po­ziomo na wodzie, leżenie na plecach z kończynami górnymi ułożonymi wzdłuż tułowia, działają dwie zasadnicze siły: siła ciężkości (Q), przyłożona do OSC i siła wyporu wody (W), przyłożona do ogólnego środka objętości ciała OSC. Powstaje para sil, która powoduje obrót całego ciała wokół osi swo­bodnej. Ciało zostaje zrównoważone wtedy, gdy obie siły W i Q znajdują się na jednej linii pionowej. Ciało przyjmuje wtedy pozycję ukośną z opuszczo­nymi nogami i głową na powierzchni wody. Zrównoważenie ciała w poziomie jest natomiast możliwe poprzez przemieszczenie OSC „pod" OSC. Praktycznie można to osiągnąć przenosząc masę kończyn górnych dogłowowo (ramiona w górę). Należy zwrócić uwagę na zmianę umiejscowienia OSC przy wadach budowy ciała oraz na zmianę umiejscowienia OSC przy ubytkach masy ciała (amputacje, masywne zaniki mięśniowe itp.).

Warunki równowagi ciała w wodzie. OSC — ogólny środek objęto­ści; W — siła wyporu wody; OSC — ogólny środek ciężkości; Q — siła cięż­kości.

3. Wyznaczanie środków masy członów biomechanizmu. Odbywa się ono na zasadzie znajomości proporcji jego wymiaru liniowego. W praktyce ko­rzysta się z odpowiednich wskaźników opracowanych na podstawie danych pomiarowych ze zwłok ludzkich

4. Wyznaczanie ogólnego środka masy. Spośród wielu różnych metod po­średnich i bezpośrednich dla celów klinicznych godna polecenia jest metoda składania momentów sił. Opiera się ona na twierdzeniu Varignona: „suma momentów sił danego układu względem dowolnego punktu równa jest mo­mentowi sumy sił tego układu w stosunku do danego punktu". Postępowanie pomiarowe sprowadza się do wykonania fotogramu danej pozycji ciała, wyzna­czenie na odbitce osi obrotu w stawach, pomiaru długości członów, wyliczenia położenia punktów środków mas tych członów — na podstawie wskaźników proporcji liniowych i danych z tabeli (długość członu w mm mnoży się przez wskaźnik, uzyskany wynik jest odległością środka masy od stawu bliż­szego).

Na fotogramie w dowolnej odległości od sylwetki ciała, wyrysowuje się współrzędne X, Y, tak aby sylwetka znalazła się w I ćwiartce. Na osie X i Y rzutuje się punkty środków mas członów , wylicza ich współ­rzędne x i y (w milimetrach), a dane nanosi się na tabelę obliczeń

W rubryce 1 tabeli znajdują się wskaźniki względnej masy członu — mnożąc przez nie całkowitą masę ciała (Q) osoby badanej uzyskuje się względ­ną masę danego członu (q). Następnie mnoży się współrzędne x i y przez względną masę członu. Równowartość jest wielkością momentu siły ciężkości danego członu względem punktu 0 układu współrzędnych. Wyniki dla qx i qy sumuje się, uzyskując sumę mo­mentów sił. Podzielenie każdej przez całkowitą masę ciała (qx : Q = X i qy : Q = Y), daje współrzędną X i Y ogólnego środka ciężkości. Punkt wyznaczony przez te współrzędne na topogramie jest poszukiwanym punktem OSC.

Opisana metoda pozwala na wyznaczanie środków ciężkości ciała w ruchu zarejestrowanym na taśmie filmowej. Poszukując położenia środka ciężkości w chwili t, wykonuje się pomiar z odpowiedniego kadru filmowego. Wylicza­jąc w ten sposób OSC dla różnych położeń ciała można uzyskać tor (drogę) poszczególnych środków ciężkości lub OSC w rzucie na płaszczyznę, w której zarejestrowano ruch na filmie.

Metodę tę można także wykorzystać do pomiaru obciążeń zewnętrznych danej części ciała w statyce, na przykład na stanowisku pracy. Obciążeniem zewnętrznym jest wtedy moment siły ciężkości danej części ciała. Na przykład wyznaczenie środka masy górnej części ciała (położonej powyżej osi stawów biodrowych) pozwoliło na wyliczenie obciążeń zewnętrznych kręgosłupa na poziomie L₅/S₁, występujących w różnych pozycjach roboczych ciała. Godne polecenia jest wykorzystanie takich wyliczeń do szacowania rzeczy­wistych obciążeń w leczniczym treningu ruchowym.

Ocena siły mięśniowej

Do rutynowych badań neurologicznych i ortopedycznych oceniających stan narządów ruchu należy tak zwane badanie siły mięśniowej. Najczęściej sto­sowanymi testami są próby ręcznego oporowania ręką badającego, który su­biektywnie ocenia stawiany przez pacjenta opór jako siłę mięśniową. Wiado­mo, że przy dużym doświadczeniu lekarza takie badanie, zwłaszcza poparte możliwością porównania siły strony chorej ze stroną zdrową, wnosi dużo informacji o stanie czynnościowym mięśni.

Szczególnie cenne i niemal powszechnie stosowane stało się testowanie siły mięśniowej według sześciopunktowej skali ocen Lovetta. Zasadniczymi kry­teriami oceny w tym teście są zdolność mięśnia do skurczu i pokonanie przez mięsień danej części ciała własnej masy. To ostatnie kryterium, obiektywi­zując test, opiera się na niemożliwości lub możliwości równoważenia momentu siły ciężkości członu siłami mięśnia (odpowiednio 2 i 3 pkt.) oraz możliwości pokonania tego momentu (4 i 5 pkt.). Jest to znacznie dokładniejsze oszaco­wanie stanu siłowych możliwości mięśnia niż w przypadku pierwszego z opi­sanych sposobów oceny siły mięśniowej. Z pewnością, mimo bardzo ogólnego oszacowania siły mięśniowej, test Lovetta będzie jeszcze długo testem z wy­boru w większości naszych placówek medycznych z powodu braku urządzeń pomiarowych. Jednak ma się on tak do odpowiedniego badania siły mięśnio­wej, jak ma się badanie czynności serca osłuchiwaniem do badania elektro­kardiograficznego.

Ustalenie pojęć podstawowych

1. Mięśnie przyczepiają się do dwu lub więcej członów kostnych i kurcząc się oddziałują na jeden lub więcej stawów. W związku z tym wyróżnia się klasę mięśnia, która jest liczbą stawów, na które mięsień działa: klasa 1 = = jeden staw, klasa 2 = dwa stawy itd. W obrębie kończyn przeważają mięśnie 1 klasy, ale zawsze na każdą parę kinematyczną (czyli dany staw) oddziałują także mięśnie wyższej klasy. To znaczy, że w obrębie danej grupy mięśniowej (synergistów) zawsze czynność mięśniowa wykracza poza jeden staw.

2. Mięsień kurcząc się generuje siłę, która jest wektorem. Wektor siły mięśnia F_m przyłożony jest do kości w miejscu przyczepu mięśnia i ma kierunek styczny do przebiegu włókien mięśniowych. Siła mięśniowa Fm, działając
względem osi obrotu w stawie na ramieniu r, wywołuje moment obrotowy

F_mr = M_m

Płaszczyzny podparcia: a — postawa na „baczność"; b. — zakroczno-wykroczna, szeroka; c — idem z la­ską.

---