ŁAŃCUCH

BIOKINEMATYCZNY

OTWARTY I

ZAMKNIĘTY

ZAMKNIĘTY

(

definicja, znaczenie, om

ó

wienie na

wybranych przykładach

)

Pojęcie łańcucha kinematycznego wprowadził w 1875 roku

tw

ó

rca wsp

ó

łczesnej kinematyki maszyn, Franciszek

Reuleux opisał go, że łańcuch kinematyczny jest zwykle

zamkniętym systemem ogniw połączonych razem w taki

spos

ó

b, że ruch jednego ogniwa przy ustabilizowaniu

innego powoduje ruch pozostałych ogniw w

przewidywalny spos

ó

b.

Natomiast pojęcie łańcucha kinematycznego wprowadził

Natomiast pojęcie łańcucha kinematycznego wprowadził

do kinezjologii człowieka Steindler w 1955 roku. Według

niego łańcuch kinematyczny

–

to kombinacja kilku kolejno

rozmieszczonych staw

ó

w stanowiących kompleksowy

układ ruchowy. Podzielił on łańcuchy kinematyczne na

otwarte i zamknięte. To sp

ó

jny zesp

ó

ł człon

ó

w

połączonych w pary biokinematyczne.

Trochę biomechaniki

•

Para kinematyczna

–

to ruchome połączenie

dw

ó

ch lub więcej człon

ó

w wzajemnie

ograniczających ich ruchy względne.

•

Człon

- to sztywny element ciała ludzkiego w

postaci kości

•

Ruchliwość łańcucha kinematycznego

- to

określona liczba stopni swobody tego łańcucha
względem podstawy, kt

ó

rą jest człon stanowiący

nieruchomy układ odniesienia np. dla kończyny
dolnej

–

miednica; a dla kończyny g

ó

rnej

–

łopatka.

łopatka.

•

Liczba stopni swobody ciała sztywnego

-

nazywamy liczbę niezależnych wsp

ó

łrzędnych

określających jednoznacznie jego położenie w
przestrzeni względem wybranego układu
odniesienia. Swobodny człon zawieszony w
przestrzeni posiada 6 stopni swobody ruchu :
trzy ruchu postępowego wzdłuż osi x,y,z i trzy
ruchu obrotowego względem też osi x,y,z.

•

Stopień swobody

–

to niezależny ruch względem

człon

ó

w w stawie.

Człowiek posiada stawy o

maksymalnie trzech stopniach

swobody ruchu, np. staw

ramienny lub biodrowy, gdzie

kość ramienna, czy udowa

łączy się z panewką w jednym

końcu.

Budowa łańcuchów stawowych

kończyny górnej i dolnej

charakteryzuje się tym, że

stawy o dużej ruchomości są

stawy o dużej ruchomości są

oddzielone od siebie ogniwami

stawowymi o ruchomości

ograniczonej. I tak np.:

Staw ramienny -

3

°

swobody ruchu

Staw łokciowy -

1

°

swobody ruchu

Staw promieniowo-łokciowy -

1

°

swobody ruchu

Stawy nadgarstka -

2

°

swobody ruchu

Staw śródręczno-paliczkowy kciuka -

2

°

swobody ruchu

Stawy śródręczno-paliczkowe palców II-V -

2

°

swobody ruchu

Staw międzypaliczkowy kciuka -

1

°

swobody ruchu

Stawy międzypaliczkowe palców II-V-

1

°

swobody ruchu

Kończyna dolna

Staw biodrowy

- 3

°

swobody ruchu

Staw biodrowy

- 3

°

swobody ruchu

Staw kolanowy -

2

°

swobody ruchu

Staw skokowo-goleniowy -

1

°

swobody ruchu

Staw skokowo-piętowy -

1

°

swobody ruchu

Staw skokowo-sześcienny -

1

°

swobody ruchu

Staw skokowo-łódkowaty -

1

°

swobody ruchu

Staw śródstopno-palcowy palucha -

2

°

swobody ruchu

Staw międzypaliczkowy palucha -

1

°

swobody ruchu

Stawy śródstopno-palcowe palców II-V -

2

°

swobody ruchu

Stawy międzypaliczkowe palców II-V-

1

°

swobody ruchu

Otwarty łańcuch kinematyczny

• to łańcuch, w kt

ó

rym

końcowe ogniwo jest
swobodne i łączy się
tylko z jednym,

tylko z jednym,
sąsiednim ogniwem.
Ruchy ogniw są
niezależne od siebie i
chociaż jeden z człon

ó

w

nie wchodzi w pełne
połączenie z innymi .

Zamknięty łańcuch

kinematyczny

• to łańcuch w kt

ó

rym,

końcowe ogniwo nie
jest swobodne. Ruch
jednego ogniwa
powoduje określony

powoduje określony
ruch innych ogniw, a
każdy jego człon jest
połączony z co
najmniej dwoma
innymi członami.

Układy stawowe , zwane łańcuchami biokinematycznymi, tworzą

w narządzie ruchu pięć łańcuch

ó

w stawowych: jeden szyjno-

tułowiowy i cztery kończynowe

ŁAŃCUCH SZYJNO-TUŁOWIOWY

–

jest utworzony przez

stawy szczytowo-potyliczne, szczytowo-obrotowe, oraz połączenia

międzykręgowe odcinka szyjnego, piersiowego i lędźwiowego; aż

do staw

ó

w lędźwiowo-krzyżowych

ŁAŃCUCH KOŃCZYNY G

Ó

RNEJ

–

tworzą stawy:

ŁAŃCUCH KOŃCZYNY G

Ó

RNEJ

–

tworzą stawy:

obojczykowo-mostkowy, obojczykowo-barkowy, ramienny,

łokciowy, promieniowo-łokciowy, oraz stawy nadgarstka ułożone

w postaci trzech pięter, stawy śr

ó

dręczno-palcowe,

międzypaliczkowe.

ŁAŃCUCH KOŃCZYNY DOLNEJ

–

rozpoczyna się stawem

krzyżowo-biodrowym, następnie biegnie staw biodrowy,

kolanowy, skokowe i kończy się stawami międzypaliczkowymi

stopy

Ciało człowieka składa się gł

ó

wnie z otwartych

łańcuch

ó

w kinematycznych, ponieważ ogniwa

końcowe, czyli stopa i ręka pozostają wolne.

Można r

ó

wnież wyodrębnić w ciele człowieka dwa

zamknięte łańcuchy. Jednym z nich jest klatka

piersiowa i wszystkie jej struktury ruchowe

zaangażowane w proces oddychania.

ruchy żeber wymuszają określone ruchy mostka i

ruchy żeber wymuszają określone ruchy mostka i

kręgosłupa piersiowego i r

ó

wnież odwrotnie

wymienia się 56 staw

ó

w sprzężonych, kt

ó

re

wsp

ó

łdziałają przy ruchach całej klatki piersiowej

Drugim takim łańcuchem jest miednica, gdzie

niewielka ruchomość w stawach krzyżowo-biodrowych

powoduje przy ruchu w jednym z tych staw

ó

w

określony ruch drugiego.

Struktura szkieletu człowieka

•

Na rysunku przedstawiono schemat strukturalny
biernego układu ruchu człowieka, potraktowanego
jako łańcuch biokinematyczny. Składa się on

z:

•

143 par kinematycznych o ruchliwości:

•

-

3

°°°°

swobody, czyli III klasy ( 29 par)

•

-

2

°°°°

swobody, czyli IV klasy ( 33 pary)

•

-

1

°°°°

swobody, czyli V klasy ( 81 par)

•

Struktura ta uwzględnia wszystkie stawy
występujące w układzie ruchu człowieka, spełniające
następujące warunki:

•

-

I

–

za ruchowe połączenie człon

ó

w uważa się

takie, w kt

ó

rym między członami występuje stale

takie, w kt

ó

rym między członami występuje stale

przynajmniej jeden punkt styku

•

-

II

–

zakres ruchu człon

ó

w względem siebie

wynosi, co najmniej 5

°°°°

kątowych

•

-

III

–

zakres ruchu postępowego człon

ó

w

względem siebie nie mniejszy niż 3 mm

•

Analiza własności ruchowych staw

ó

w człowieka,

przeprowadzona z punktu widzenia wyżej
wymienionych kryteri

ó

w, pozwala stwierdzić, że:

•

w układzie ruchu człowieka brakuje staw

ó

w

spełniających warunek III, co oznacza, że ruchy
części ciała w stawach nie zawierają składowych
postępowych, zatem ich ruchliwość, wynikająca z
wyłącznie z ruch

ó

w obrotowych nie może

przekraczać 3 stopni swobody

Stawy w układzie ruchu człowieka tworzą obrotowe pary, zatem ich ruchomość może wynosić

najwyżej trzy stopnie swobody, podczas gdy za maksymalną liczbę uważa się 6 stopni swobody.

Ruchomością łańcucha kinematycznego nazywamy, więc liczbę stopni swobody człon

ó

w

ruchomych łańcucha, względem nieruchomej podstawy, za kt

ó

rą uważa się jeden dowolnie

wybrany człon

Liczbę stopni swobody możemy obliczyć według następującego wzoru

( dotyczy par klasy od 3 do 5)

W = 6n -

ΣΣΣΣ

Pi x i

gdzie:

gdzie:

W

–

ruchomość łańcucha kinematycznego

n

–

liczba ruchomych człon

ó

w bez podstawy

i

–

klasa pary kinematycznej

Pi

–

liczba par i-tej klasy

Dodatkowo należy stwierdzić, że nie wszystkie połączenia kości uznawane są za pary

kinematyczne. Można wymienić tu połączenia za pomocą więzozrost

ó

w i chrząstkozrost

ó

w, a

także stawy p

ó

łścisłe, kt

ó

re nie są uznawane za pary kinematyczne.

Ruchomość staw

ó

w jest związana z typem jego budowy oraz kształtem powierzchni stawowych

Dla przykładu...

Kończyna g

ó

rna człowieka składa się z:

•

22 człon

ó

w ruchomych

( względem

łopatki) tworzących 22 pary o ruchliwości
3 stopni swobody ( jedna para III klasy)

•

2 stopnie swobody ( sześć par klasy IV)

•

1 stopień swobody ( 15 par klasy V)

•

Ruchomość kończyny g

ó

rnej wynosi,

zatem

: ( według wzoru)

W = 6x22

–

( 3x1+4x6+5x15)=132-

W = 6x22

–

( 3x1+4x6+5x15)=132-

(3+24+75)=132-102=

30stopni swobody

•

W podobny spos

ó

b możemy obliczyć

ruchliwość całego układu ruchu
człowieka

, kt

ó

ra względem czaszki (

traktowanej jako podstawa) wynosi:

W=6x144-(3x29+4x33+5x81)=864-

(87+132+405)=864-624=

240 stopni

swobody

Kończyna g

ó

rna i dolna składa się z:

Schematyczne przedstawienie
łańcucha kończyny górnej

Schematyczne przedstawienie łańcucha kinematycznego
kończyny dolnej człowieka

Ćwiczenia w otwartych łańcuchach

kinematycznych

•

Ćwiczenia te są najczęściej do tej
pory stosowanym środkiem
terapeutycznym, stanowią
specyficzne, efektywne i izolowane
ćwiczenie pojedynczych grup
mięśniowych, odtwarzając
pojedyncze wzorce ruchowe i
charakteryzują się zwiększeniem

charakteryzują się zwiększeniem
komponenty sił ścinających w
stosunku do kompresujących.

•

W mniejszym stopniu stymulują
one priopriocepcję, przede
wszystkim aktywizuja mięśnie
antagonistyczne i synergistyczne i
nie są odpowiednie do treningu
czynności dnia codziennego i
aktywności sportowej

Ćwiczenia w zamkniętych łańcuchach

kinematycznych

•

Na przestrzeni kilku ostatnich lat ćwiczenia te
stały się jednym z podstawowych i najbardziej
popularnych środk

ó

w terapeutycznych, ponieważ

angażują duże zespoły dynamiczne, odtwarzają
najbardziej funkcjonalny wzorzec ruchowy i
charakteryzują się zwiększeniem komponenty siły
kompresujących w stosunku do ścinających

•

Część z tych ćwiczeń zapewnia lepszą stabilizację
staw

ó

w poprzez uaktywnienie zespoł

ó

w mięśni

ó

ó

otaczających dany staw

.

•

Ćwiczenia te zapewniają r

ó

wnież lepszą

dynamiczną stabilizację-pripriorecepcję,
aktywizują jednocześnie mięśnie agonistyczne,
synergistyczne i antagonistyczne.

•

Są także bezpieczniejsze od niekt

ó

rych ćwiczeń w

otwartych łańcuchach kinematycznych

•

Istotną zaletą ćwiczeń w zamkniętych łańcuchach
kinematycznych jest to, że poprzez działanie
wielostawowe i angażowanie większej grupy
mięśni w dużym stopniu poprawiają one

priopriorecepcję.

Dla przykładu....

U pacjent

ó

w po

rekonstrukcji więzadła

krzyżowego przedniego

, u kt

ó

rych w początkowej

fazie procesu usprawniania stosuje się tylko

ćwiczenia w zamkniętych łańcuchach

kinematycznych (uznane za bardziej bezpieczne i

funkcjonale dla przeszczepu), zapomniano o

funkcjonale dla przeszczepu), zapomniano o

potrzebach, izolowanych ćwiczeniach mięśnia

czworogłowego uda w pozycjachbezpiecznych dla

przeszczepu. Pociąga to za sobą osłabienie tego

mięśnia i związane z tym dolegliwości np.

dolegliwość ze strony stawu rzepkowo-udowego

Dlatego też aby proces

usprawniania pacjenta był

optymalny wskazane jest

łączenie obu rodzaj

ó

w

łączenie obu rodzaj

ó

w

ćwiczeń, w zależności od

potrzeb.

Dziękuję za uwagę...