Biomechaniczna ocena wĆasnoĄci dynamicznych
mićĄni stawu kolanowego1
Andrzej Wit, MichaĆ Mirowski
WydziaĆ Rehabilitacji,
Akademia Wychowania Fizycznego w Warszawie
Streszczenie
si-izotonicznych oraz w warunkach izometrycznych.
Dla celów diagnostyki medycznej istotne znaczenie
Analiza wariancji dla oceny ró�nicy Ąrednich, przepro-
maj� pomiary pojedynczych zespoĆów mićĄniowych
wadzona metod� MANOVA wykazaĆa, i� w grupie
przeprowadzane w warunkach pracy koncentrycznej
kobiet i mć�czyzn po operacji nie wystćpuj� statys-
(skracania mićĄnia) i ekscentrycznej (rozci�ganie
tycznie istotne ró�nice (p. 05) w sile statycznej zgina-
mićĄnia) oraz przy obci�eniu izokinetycznym i izoto- czy i prostowników stawu kolanowego. Natomiast
nicznym [2]. W badaniach zmierzaj�cych do wyzna- analizuj�c ró�nice pomićdzy kończyn� operowan�,
czenia peĆnej charakterystyki M=f(� ) wartoĄci para- a nieoperowan� w grupie mć�czyzn po operacji, oka-
metru zadawanego wyznacza sić skokowo przed wy- zaĆo sić, i� w przypadku prostowania podudzia wystć-
konaniem kolejnej próby [3]. Krzywa ilustruj�ca za- puje statystycznie istotna ró�nica w wartoĄci prćdkoĄci
le�noĄ� mićdzy siĆ�, a prćdkoĄci� skracania sić mićĄnia k�towej z jak� porusza sić podudzie. Ró�nice te s�
nosi nazwć krzywej Hilla [1]. Rekonstrukcja wićzadeĆ równomierne w caĆym zakresie badanych obci�eń
krzy�owych przednich prowadzi do zmian morfolo- i wynosz� okoĆo 1rad/s. Takiej zale�noĄci nie obser-
gicznych i funkcjonalnych w obrćbie stawu kolanowe- wuje sić w przypadku badania mo�liwoĄci funkcjonal-
go. Zachodzi zatem pytanie: jaki jest wpĆyw operacji nych zginaczy. Identyczne wyniki uzyskano w grupie
wićzadeĆ kolana na zmianć wĆasnoĄci mechanicznych kobiet po operacji. Analizowano tak�e przebiegi
zespoĆu mićĄni obsĆuguj�cych staw kolanowy? zmian wartoĄci mocy w funkcji obci�enia zewnćtrz-
W badaniach wzićĆo udziaĆ Ć�cznie 106 osób. Grupć nego podczas prostowania i zginania. Zasadnicza
kontroln� stanowiĆo 52 studentów wychowania, 26 ko- ró�nica mićdzy obu krzywymi dla obu kończyn
biet w wieku 25,3 ą 2,1 lat oraz 25 mć�czyzn w wie- u osób operowanych jest taka, �e w kończynie nieope-
ku 24,5 ą 2,8 lat. Grupć eksperymentaln� stanowiĆo rowanej maksimum mocy nie jest osi�gane a wićc pa-
52 pacjentów po operacyjnej rekonstrukcji wićzadĆa cjent dysponuje potencjaĆem motorycznym, który
krzy�owego przedniego, 22 kobiet w wieku 31,7 ą 8,9 umo�liwia kontynuowania pracy z obci�eniem ze-
lat i 30 mć�czyzn w wieku 30,1 ą 9,2 lat. Najkrótszy wnćtrznym wy�szym ni� 195 Nm. W przypadku koń-
czas od operacji do pomiaru wynosiĆ 10 miesićcy czyny po leczeniu operacyjnym wićzadeĆ krzy�owych
a najdĆu�szy 18 miesićcy. Pacjenci byli leczeni w Cen- przednich, maksimum mocy osi�gane u wićkszoĄci
trum Medycznym Carolina Center. Badania wykona- badanych osób znajduje sić w przedziale obci�eń
no na stanowisku firmy HUR (Fin), przystosowanym 135  150 Nm. [Acta Clinica 2002 2:77-85]
do pomiarów momentów siĆ zespoĆu mićĄni prostuj�-
cych i zginaj�cych kończynć doln� w stawie kolano- SĆowa kluczowe: wićzadĆa krzy�owe, staw kolanowy,
wym, pomiarów wykonywanych w warunkach qua- mićĄnie, wĆasnoĄci dynamiczne
Wstćp naukowy w dzisiejszym tego sĆowa znacze-
niu, zostaĆy przeprowadzone przez fran-
Obserwacje dotycz�ce mo�liwoĄci siĆowych cuskiego uczonego De La Hire w 1699 ro-
i szybkoĄciowych towarzysz� czĆowiekowi ku. Prawdopodobnie w 1790 roku Graham
od niepamićtnych czasów. Pocz�tkowo lu- przeprowadziĆ badania siĆy z wykorzysta-
dzie porównywali kto jest silniejszy lub niem urz�dzenia, które po raz pierwszy na-
sprawniejszy, bior�c udziaĆ w ró�nych za- zwaĆ dynamometrem dĆoniowym (Hunsic-
bawach ruchowych, turniejach rycerskich ker and Donnelly, 1955). Obecnie w labo-
natomiast wspóĆczeĄnie rywalizacja przyjć- ratoriach biomechanicznych wykorzystuje
Ća formć zawodów sportowych. Pierwsze sić do celów diagnostycznych i oceny wĆas-
badania, w których mierzono siĆć w sposób noĄci mechanicznych ukĆadu ruchu czĆo-
1
Praca wykonana w ramach tematu DS33., AWF Warszawa
Tom 2, Numer 1 " 77
Acta Clinica
wieka aparaturć badawcz�, o wysokim ObsĆuga tych systemów jest stosunkowo
stopniu zĆo�onoĄci technicznej z wykorzy- prosta i mo�e by� wykonywana przez per-
staniem elektronicznej techniki cyfrowej. sonel pomocniczy. Do popularyzacji przy-
Nowoczesne systemy pomiarowe tworzone czyniĆo sić i to, �e otrzymywane wyniki,
s� z myĄl� o gĆównych kierunkach badań najczćĄciej wyra�one jako pojedyncze war-
w medycynie, sporcie, ergonomii, rehabili- toĄci momentów siĆ mićĄniowych, s� Ćatwe
tacji itd. do interpretacji i umo�liwiaj� stosowanie
Studia nad zale�noĄci� rozwijanej siĆy metod analizy statyki parametrycznej.
przez mićĄnie a prćdkoĄci� ich skracania, Urz�dzenia do badania siĆy mićĄniowej
zapocz�tkowaĆ w 1935 roku Fenn i Marsh. w warunkach dynamicznych s� skompliko-
Badania swoje przeprowadzali na wyizolo- wane i dopiero z chwil� pojawienia sić
wanych mićĄniach zwierz�t. Tematyka ta komputerowych systemów przetwarzania,
zostaĆa rozwinićta przez Hilla, który gromadzenia i analizy danych pomiaro-
w 1938 roku sformuĆowaĆ równanie, cha- wych, kilka firm zdecydowaĆo sić na pro-
rakteryzuj�ce zale�noĄ� siĆa skurczu dukcjć seryjn� tych urz�dzeń. Podstawo-
mićĄnia  prćdkoĄ� skracania. Pierwsze ba- wym problemem w badaniach dynamicz-
dania przeprowadzone na ludziach opubli- nych jest rozwi�zanie sterowania obci�e-
kowaĆ Wilkie w 1950 roku. niem zewnćtrznym. Obci�niki pierwszej
Prowadzenie badań zmierzaj�cych do generacji to obci�niki inercyjne, nastćpnej
poznania wĆasnoĄci biomechanicznych na- elektryczne a ostatnio powszechnie stoso-
rz�du ruchu czĆowieka, ograniczone jest wane s� hydrauliczne. Czwart� generacjć
pewnymi czynnikami zwi�zanymi z budo- stanowi� obci�niki pneumatyczne. Nieste-
w� i funkcj� wielu ukĆadów (mićĄniowego, ty ka�dy w wymienionych sposobów zada-
nerwowego, kostno-stawowego), a tak�e wania obci�enia zewnćtrznego ma swoje
ograniczeniami technicznymi metrologicz- zalety i wady, a wybór jednego z nich jest
nymi stanowisk pomiarowych. Z uwagi na kompromisem mićdzy liczb� mo�liwych
budowć anatomiczn� czĆowieka jak do- funkcji pomiarowych, dokĆadnoĄci� pomia-
tychczas nie wynaleziono metody pozwala- rów oraz zakresem mo�liwych do ustawie-
j�cej na pomiar siĆy lub momentu siĆy jed- nia obci�eń.
nego wydzielonego mićĄnia. Dlatego te� Nale�y stwierdzi�, �e wobec intensyw-
przedmiotem obserwacji mog� by� w obu nej eksploracji tematyki badania siĆy sta-
wymienionych przypadkach zarówno poje- tycznej, której szczyt przypadaĆ na lata sie-
dyncze zespoĆy mićĄniowe lub caĆe Ćańcu- demdziesi�te, ostatnie doniesienia z litera-
chy kinematyczne, na przykĆad kończyny tury wskazuj� na wzrastaj�ce zainteresowa-
dolnej. Pomiary wĆasnoĄci mechanicznych nie badaniami charakterystyk dynamicz-
ukĆadu ruchu czĆowieka mog� by� wykony- nych mićĄni szkieletowych czĆowieka.
wane w warunkach statycznych i dyna-
micznych. Pomiary siĆy mićĄniowej w dynamice
Mimo �e historia badań siĆy mićĄniowej
w warunkach dynamicznych ma swoj� dĆu- Jak ju� wczeĄniej wspomniano pomiary siĆy
g� historić, jednak metodyka pomiaru siĆy mićĄniowej mog� by� prowadzone w wa-
w warunkach statycznych znalazĆa, jak do- runkach statycznych b�d� dynamicznych
tychczas, szersze zastosowanie. Przyczyn� i dotycz� pojedynczych zespoĆów mićĄnio-
jest to, �e pomiary w warunkach statycz- wych, jak i caĆych Ćańcuchów biokinema-
nych nie wymagaj� kosztownych stanowisk tycznych. Wybór metody oceny poziomu
o skomplikowanych torach pomiarowych. siĆy mićĄniowej nie mo�e by� przypadkowy
78 " Wiosna 2002
Mićsień stawu kolanowego
 zale�y od celu jakiemu ma sĆu�y�. Doko- moment siĆy mićĄniowej a prćdkoĄ� ruchu
nuj�c wyboru testu nale�y wzi�� pod uwa- segmentu ciaĆa napćdzaj�cego d�wignić po-
gć trafnoĄ�, rzetelnoĄ� i wartoĄ� informacyj- miarow� jest staĆa (� = const). Zasada
n� samej próby oraz mo�liwoĄ� jej wykony- dziaĆania dynamometrów izokinetycznych
wania i powtarzania w regularnych odstć- polega na tym, �e urz�dzenie zapewnia sta-
pach czasu, by móc porównywa� wyniki. Ć�, wczeĄniej zadan�, prćdkoĄ� ruchu w ca-
Dla celów rehabilitacji istotniejsze znacze- Ćym zakresie pomiarowym. Gdy napćdzana
nie maj� pomiary pojedynczych zespoĆów przez badanego d�wignia dynamometru
mićĄniowych. WĆaĄciwe wykonanie pomia- osi�gnie wymagan� prćdkoĄ�, sterowany
rów siĆ pojedynczych zespoĆów mićĄnio- komputerowo mechanizm oporowy urz�-
wych wymaga standaryzacji poĆo�enia ciaĆa dzenia uniemo�liwia dalsze jej zwićkszanie.
i kończyn oraz okreĄlenia wartoĄci k�ta sta- Sterowanie obywa sić na zasadzie analizy
wowego, przy którym nastćpuje pomiar siĆy wartoĄci uchybu mićdzy wartoĄci� rzeczy-
lub prćdkoĄci. Je�eli testy te wykorzystywa- wist� a wartoĄci� zadan� prćdkoĄci k�towej
ne s� w odniesieniu do pacjentów z kon- ruchu. Przyjćta metodyka wynika z faktu, �e
kretnym schorzeniem, to musz� tak do- wykreĄlenie krzywej w caĆym zakresie bada-
kĆadnie jak to tylko jest mo�liwe, odzwier- nych prćdkoĄci lub siĆ mo�liwe jest wów-
ciedla� ruch, w którym poszczególne grupy czas, kiedy znany jest i ustalony jeden z ba-
mićĄniowe s� zaanga�owane w warunkach danych parametrów, tj. prćdkoĄ� ruchu (�
rzeczywistych. Stopień rzetelnoĄci testu za- = const), albo moment obci�enia ze-
le�y wĆaĄnie od tego, jak ĄciĄle odwzorowu- wnćtrznego (M = const). Jak zaznaczono
je on nawyk ruchowy, specyficzny dla da- wczeĄniej w przypadku obci�ników izoki-
nej czynnoĄci ruchowej (Wit 1992). netycznych znana jest prćdkoĄ� k�towa ru-
Testy dynamiczne mog� by� prowadzo- chu a mierzony jest moment siĆy. W wielu
ne w warunkach pracy koncentrycznej opracowaniach rozszerza sić interpretacji
(skracania mićĄnia) i ekscentrycznej (roz- wyników poprzez wprowadzenie do za-
ci�ganie mićĄnia) oraz przy obci�eniu izo- le�noĄci opisuj�cej zale�noĄ� mićdzy moc�
kinetycznym i izotonicznym (Perrin 1993). a momentu siĆy (P = f(M)).
Badania wĆasnoĄci dynamicznych pojedyn- Urz�dzenia pozwalaj�ce dokona� po-
czych zespoĆów mićĄniowych nale�� do miaru siĆy w warunkach izotonicznych po-
najtrudniejszych zagadnień metodycznych winny zapewnia� niezmiennoĄ� obci�enia
w biomechanice. W ocenie siĆy mićĄniowej w caĆym zakresie ruchu. Pod wzglćdem
pojawia sić kwestia wyboru mićdzy pomia- technicznym jest to zadanie jeszcze trud-
rem poziomu siĆy lub momentu siĆy, poje- niejsze od zrealizowania ani�eli utrzyma-
dynczych zespoĆów mićĄniowych, b�d� te� nie staĆej prćdkoĄci ruchu, poniewa� zmia-
Ćańcuchów biokinematycznych. NajczćĄciej ny mechaniczne parametrów ruchu tj.:
wykorzystywane s� w analizie wartoĄci na- prćdkoĄ�, przyspieszenie, moment bez-
stćpuj�cych parametrów: wĆadnoĄci czćĄci ciaĆa, wpĆywaj� na wartoĄ�
 maksymalnej i Ąredniej prćdkoĄci k�- rozwijanej siĆy. Faktycznie wićc izotonicz-
towej ruchu przy okreĄlonym obci�eniu ny system pomiarowy najczćĄciej nie po-
zewnćtrznym (� = f(Mz)), zwala jedynie na przekroczenie na wstćpie
 maksymalnego i Ąredniego momentu zadanej wartoĄci siĆy (Perrin 1993).
siĆy przy okreĄlonej prćdkoĄci ruchu (M = Obecnie spotykane stanowiska pomia-
f(� )). rowe do badania momentu siĆy w funkcji
Warunki izokinetyczne oznaczaj� sy- prćdkoĄci ruchu pozwalaj� na prowadzenie
tuacjć, kiedy przedmiotem pomiaru jest pomiarów do prćdkoĄci 6 rad/s. W warun-
Tom 2, Numer 1 " 79
Acta Clinica
czesnoĄ� i oryginalnoĄ� urz�dzenia polega
na tym, i� wyposa�one jest w obci�niki
pneumatyczne, szybko reaguj�ce na zmia-
ny prćdkoĄci ruchu i wartoĄci przykĆada-
nych momentów siĆ mićĄniowych. Zastoso-
wanie tego typu obci�ników powoduje, �e
siĆa oporu zadawana badanemu ma charak-
ter  aktywny , tzn. jest niezmienna w ca-
Ćym zakresie ruchu, nawet w przypadku
zmiany kierunku ruchu w stawie. Quasi
izotoniczne warunki zapewniane przez sta-
nowisko HUR oznaczaj�, �e wartoĄci ob-
ci�enia i prćdkoĄci s� staĆe w szerokim za-
kresie ruchu, dopasowuj�c sić do mniej-
szych mo�liwoĄci siĆowych mićĄni w po-
cz�tkowym i końcowym poĆo�eniu pod-
udzia podczas zginania i prostowania koń-
Ryc. 1. Widok stanowiska do badania siĆy mićĄni
czyny w stawie kolanowym.
stawu kolanowego, wykonywanych w warunkach
Stanowisko jest przystosowane do po-
dynamicznych
miarów momentów siĆ zespoĆu prostowni-
kach naturalnych prćdkoĄci k�towe w sta- ków i zginaczy stawu kolanowego, wyko-
wie kolanowym s� znacznie wy�sze, na nywanych w warunkach quasi-izotonicz-
przykĆad podczas kopnićcia piĆki wynosz� nych oraz w warunkach izometrycznych.
okoĆo 25 rad/s. Aktualny rozwój systemów W warunkach pracy dynamicznej mićĄnie
pomiarowych nie pozwala na podniesienie rozwijaj� siĆć w czasie skurczu koncen-
górnej granicy prćdkoĄci ruchu. trycznego. Stanowisko poĆ�czone jest
W badaniach zmierzaj�cych do wyzna- z komputerem, który sĆu�y do sterowania
czenia peĆnej charakterystyki M = f(w) prac� tĆoków pneumatycznych, przetwarza-
wartoĄci parametru zadawanego wyznacza nia i gromadzenia danych pomiarowych
sić skokowo przed wykonaniem kolejnej czterech niezale�nych torów pomiarowych,
próby (Wit 1992). W biomechanice krzywa wykonywania obliczeń wedĆug zadanych
ilustruj�ca zale�noĄ� mićdzy siĆ�, a prćd- algorytmów oraz wizualizacji i eksportu
koĄci� skracania sić mićĄnia nosi nazwć wyników. Przedmiotem pomiaru s�: siĆa,
krzywej Hilla, od nazwiska autora który ja- dĆugoĄ� d�wigni, k�t obrotu d�wigni oraz
ko pierwszy przedstawiĆ i opisaĆ równa- czas trwania ruchu. Wyliczane s�: moment
niem wyniki badań na mićĄniach izolo- siĆy, prćdkoĄ� k�towa, moc maksymalna,
wanych. k�t przy którym osi�gany jest maksymalny
moment siĆy oraz mocy. Ponadto program
Metody i materiaĆ badawczy podaje wartoĄci stosunku prostowników do
zginaczy zginacz tej samej kończyny koń-
W ostatnim czasie dzićki kooperacji AWF czyn przeciwnych. Pomiary odbywaj� nie-
Warszawa i fińskiej firmy HUR, powstaĆo zale�nie dla kończyny lewej i prawej oraz
stanowisko do pomiarów stawu kolanowe- osobno do ruchu prostowania i zginania
go w warunkach dynamicznych (ryc. 1.). kończyny w stawie kolanowym.
Urz�dzenia pozwala na wykonywanie ru- W badaniach wzićĆo udziaĆ Ć�cznie 106
chu z prćdkoĄci� od 0 do 10 rad/s. Nowo- osób. Grupć kontroln� stanowiĆo 52 stu-
80 " Wiosna 2002
Mićsień stawu kolanowego
dentów wychowania, 26 kobiet w wieku miesićcy a najdĆu�szy 18 miesićcy. Pacjenci
25,3 ą 2,1 lat oraz 25 mć�czyzn w wieku byli leczeni w Centrum Medycznym Caro-
24,5 ą 2,8 lat. Grupć eksperymentaln� sta- lina Center.
nowiĆo 52 pacjentów po operacyjnej rekon- Badania na grupie osób zdrowych po-
strukcji wićzadĆa krzy�owego przedniego, zwoliĆy na wyznaczenie optymalnej liczby
22 kobiety w wieku 31,7 ą 8,9 lat i 30 punktów pomiarowych i zakresu obci�eń
mć�czyzn w wieku 30,1 ą 9,2 lat. Najkrót- na stanowisku HUR. W ten sposób ujedno-
szy czas od operacji do pomiaru wynosiĆ 10 licono protokóĆ badań dla celów niniejszej
pracy. Zakres obci�eń zostaĆ ustalony
w wyniku dwustopniowej analizy.
W pierwszym kroku analizowany byĆ bĆ�d
regresji a w drugim ró�nica pomićdzy war-
toĄci� empiryczn� oraz wartoĄci� teoretycz-
n�, wyliczon� z równania regresji prostej.
W badaniach wstćpnych badani byli testo-
wani w pomiarach w dynamice w zakresie
obci�eń 60  210 Nm. Analiza bĆćdu re-
gresji charakteryzuj�cej zale�noĄ� typu
Ryc. 2. Analiza bĆćdu regresji charakterystyki izoto-
prćdkoĄ� k�towa-obci�enie zewnćtrzne,
nicznej mićĄni prostuj�cych kończynć w stawie ko-
w powy�ej podanym zakresie obci�eń wy-
lanowym
kazaĆa, �e nale�y ograniczy� zakres do
przedziaĆu od 105 do 210 Nm (ryc. 2). We-
ryfikuj�c bezwzglćdne ró�nice pomićdzy
wartoĄci� uzyskan�, a wartoĄci� przewidy-
wan� przez równanie regresji zdecydowano
sić ostatecznie przeprowadzi� pomiary
w przedziale obci�eń od 105 do 195 Nm
(ryc. 3.).
Wyniki badań
Ryc. 3. WartoĄci bĆćdu bezwzglćdnego ró�nic da-
W pierwszej tabeli przedstawiono wartoĄci
nych eksperymentalnych i teoretycznych podczas
siĆy prostowników i zginaczy kończyny dol-
badania siĆy mićĄni prostowników stawu kola-
nowego. nej w stawie kolanowym, jak� rozwijali
ZDROWI OPEROWANI
Kobiety Mć�czy�ni Kobiety Mć�czy�ni
zg pr zg pr zg pr zg pr
L P L P L P L P OP ZD OP ZD OP ZD OP ZD
�rednia 1,46 1,51 2,61 2,88 1,78 1,88 3,07 3,48 1,48 1,27 2,53 2,26 1,71 1,59 3,07 2,68
Min. 0,77 0,92 2,11 2,16 1,02 1,01 2,11 2,37 0,89 0,70 1,60 0,75 0,55 0,63 1,61 1,47
Max 2,05 2,33 3,22 4,07 2,44 2,57 4,38 4,78 1,94 2,02 4,13 3,15 2,91 2,59 4,62 4,45
ą SD 0,30 0,37 0,29 0,54 0,39 0,42 0,68 0,69 0,32 0,33 0,53 0,59 0,51 0,46 0,72 0,74
Tabela 1. WartoĄci wzglćdnych momentów siĆy prostowników i zginaczy kończyny w stawie kolanowym
rozwijanych przez przedstawicieli badanych grup.
Tom 2, Numer 1 " 81
Acta Clinica
przedstawiciele poszczególnych grup bada-
nych. SiĆć mićĄniow� wyra�ono w war-
toĄciach wzglćdnych, to znaczy moment si-
Ćy podzielono przez masć ciaĆa (tab. 1.).
Analiza wariancji dla oceny ró�nicy
Ąrednich, przeprowadzona metod� MANO-
VA wykazaĆa, i� w grupach osób nieopero-
wanych nie ma ró�nic statystycznie istot-
nych w wartoĄci momentów siĆy wzglćdnej
Ryc. 5. Zale�noĄci mićdzy prćdkoĄci� k�tow� a ob-
ci�eniem zewnćtrznym podczas prostowania koń-
czyny dolnej w stawie kolanowym. Porównanie
wartoĄci wyników uzyskanych kończyna lew� i pra-
w� u jednego z badanych mć�czyzn
ci�eń zewnćtrznych. Analizuj�c proste re-
gresji charakteryzuj�ce zale�noĄ� obci�e-
nie zewnćtrzne  prćdkoĄ� k�towa dla pro-
stowników w grupie osób nieoperowanych,
Ryc. 4. Zale�noĄci mićdzy prćdkoĄci� k�tow� a ob- okazaĆo sić, �e nie ma ró�nic pomićdzy
ci�eniem zewnćtrznym podczas prostowania koń-
kończyn� lew�, a praw�, u kobiet jak
czyny dolnej w stawie kolanowym. Porównanie
i u mć�czyzn. JednoczeĄnie mć�czy�ni
wartoĄci wyników uzyskanych kończyna lew� i pra-
osi�gaj� znacz�co wićksze wartoĄci prćd-
w� w grupie kobiet i mć�czyzn zdrowych
koĄci k�towej ni� kobiety. Ró�nice te przy
zespoĆu zginaczy i prostowników stawu wićkszych obci�eniach dochodz� do 100
kolanowego. Tak�e w grupie kobiet procent. Przy mniejszych obci�eniach
i mć�czyzn bćd�cych po operacji nie zano- ró�nica s� mniejsza i wynosz� okoĆo 20
towany statystycznie istotnych ró�nic w sile procent.
statycznej prostowników kończyny zdrowej W kolejnym etapie analizy wyników
i operowanej. Taki sam rezultat uzyskano porównano prćdkoĄci k�towe podczas pro-
poddaj�c analizie wartoĄci statycznych mo- stowania i zginania podudzia w grupy eks-
mentów siĆ mićĄni zginaj�cych kończynć perymentalnej mć�czyzn. Górne obci�e-
doln� w stawie kolanowym. Ani w grupach nie zewnćtrzne na ryc. 5. wynosi 180 Nm
osób zdrowych oraz w grupach eksperymen- z uwagi na fakt, �e nie wszystkie badane
talnych kobiet i mć�czyzn nie wystćpuj� osoby byĆy w stanie wykona� próbć z obci�-
znacz�ce ró�nice w sile zginaczy stawu ko-
lanowego. W tej sytuacji staje sić oczywiste,
�e stosunek wartoĄci momentu wzglćdnego
prostownika do zginacza nie ró�nicuje koń-
czyny operowanej od nieoperowanej zarów-
no u kobiet jak i u mć�czyzn.
Na rycinie 4 przedstawiono wyniki po-
miaru prćdkoĄci k�towej w stawie kolano-
Ryc. 6. Zale�noĄci mićdzy prćdkoĄci� k�tow� a ob-
wym podczas ruchu wyprostnego pod-
ci�eniem zewnćtrznym podczas zginania kończyny
udzia, przy ró�nych wartoĄciach obci�enia
dolnej w stawie kolanowym. Porównanie wartoĄci
zewnćtrznego. Otrzymane wyniki dobrze
wyników uzyskanych kończyna lew� i praw�
u mć�czyzny jak na rycinie poprzedniej
opisuje prosta w badanym przedziale ob-
82 " Wiosna 2002
Mićsień stawu kolanowego
�eniem 195 Nm. Analizuj�c ró�nice po-
mićdzy kończyn� operowan�, a nieopero-
wan� w grupie mć�czyzn po operacji, oka-
zaĆo sić, i� w przypadku prostowania pod-
udzia wystćpuje statystycznie istotna ró�ni-
ca w wartoĄci prćdkoĄci k�towej z jak� po-
rusza sić podudzie. Przy ka�dym z obci�-
�eń prćdkoĄ� wyprostu, osi�gana przez
kończynć operowan�, byĆa ni�sza. Ró�nice
te s� równomierne w caĆym zakresie bada- Ryc. 8. PrzykĆad przebiegu zale�noĄ� mićdzy moc�
a obci�eniem zewnćtrznym podczas zginania pod-
nych obci�eń i wynosz� okoĆo 1rad/s. Ta-
udzia kończyny operowanej i nieoperowanej
kiej zale�noĄci nie obserwuje sić w przy-
padku badania mo�liwoĄci funkcjonalnych
zginaczy, gdy� rozwijane prćdkoĄci byĆa ta- cza ró�nica mićdzy obu krzywymi jest taka,
ka sama w kończynie operowanej jak i nie- �e w kończynie nieoperowanej maksimum
operowanej (ryc. 6). Identyczne wyniki mocy nie jest osi�gane a wićc pacjent dys-
uzyskano w grupie kobiet po operacji. Przy ponuje jeszcze potencjaĆem motorycznym,
obci�eniu 135 Nm, które znajduje sić po- który umo�liwia kontynuowania pracy
Ąrodku zakresu dozowanego obci�enia ze- z wy�szym obci�eniem zewnćtrznym.
wnćtrznego, zauwa�ono ró�nice na pozio- W przypadku kończyny po leczeniu opera-
mie p.05 w prćdkoĄci k�towej podczas pro- cyjnym wićzadeĆ krzy�owych przednich,
stowania podudzia, zarówno w grupie ko- maksimum mocy osi�gane u wićkszoĄci ba-
biet jak i mć�czyzn z grupy osób operowa- danych osób znajduje sić w przedziale ob-
nych. Podczas ruchu zginania ró�nice te ci�eń 135  150 Nm. Zanotowano brak
nie wystćpuj� zarówno przy obci�eniu ze- ró�nic w wartoĄciach mocy maksymalnej
wnćtrznym 135 Nm jak i pozostaĆych ob- przy jednoczesnym braku maksimum lo-
ci�eniach. kalnego w obu kończynach (ryc. 8).
Ostatnim z analizowanych byĆ para-
metrów byĆa mocy rozwijanej podczas pro- Dyskusja
stowania lub zginania kończyny w stawie
kolanowym. Na rycinie 7 przedstawiono Badania przekrojowe siĆy mićĄniowej mie-
przykĆad przebiegu zmian wartoĄci mocy rzonej w warunkach statycznych wĄród
w funkcji obci�enia zewnćtrznego, jakie dzieci i mĆodzie�y byĆy wykonane w Polsce
uzyskaĆa jedna z badanych osób. Zasadni- miedzy innymi przez Jaszczuka i Dworaka
(za Wit 1999). Wyniki tych eksperymentów
wskazuj�, �e zdecydowane ró�nice w sile
mićĄniowej dziewcz�t i chĆopców ujawnia-
j� sić od 14 roku �ycia. Natomiast niewiele
jest publikacji poĄwićconych analizie dy-
morfizmu pĆciowego siĆy mićĄniowej roz-
wijanej w warunkach dynamicznych,
a w szczególnoĄci podczas badań w warun-
kach izokinetycznych na stanowiskach do
pomiarów pojedynczych zespoĆów mićĄnio-
Ryc. 7. PrzykĆad przebiegu zale�noĄ� mićdzy moc�
wych. Badania wykonane przez De Ste
a obci�eniem zewnćtrznym podczas prostowania
podudzia kończyny operowanej i nieoperowanej
Croix i wsp. (2000) na niewielkiej populacji
Tom 2, Numer 1 " 83
Acta Clinica
dzieci w wieku 10  14 lat nie wykazaĆy W obu grupach eksperymentalnych nie
ró�nic w tym wieku mićdzy dziewczynka- zauwa�ono zmian funkcjonalnych w zgi-
mi i chĆopcami. Mierzone byĆy mićdzy in- naczach podudzia. Podobne wyniki uzys-
nymi takie parametry jak maksymalna war- kaĆ Mikkelsen i wsp. (2000), który badaĆ
toĄ� momentu siĆy w funkcji prćdkoĄci k�- zmiany w sile dynamicznej osób po opera-
towej, podczas prostowania oraz zginania cji wićzadĆa krzy�owego kolana, jako wy-
kończyny w stawie kolanowym przy izoki- nik dwóch ró�nych programów rehabilita-
netycznym charakterze ruchu d�wigni. cyjnych. W sposób istotny statystycznie
W tego typu rozwa�aniach nasuwa sić py- podniósĆ sić poziom siĆy dynamicznej pro-
tanie jaka jest dokĆadnoĄ� i powtarzalnoĄ� stowników, mierzonej na urz�dzeniu
pomiarów siĆy mićĄniowej w warunkach Kin-Com, natomiast siĆa zginaczy pozosta-
dynamicznych, które mogĆyby wykaza� Ća bez zmian. Dodatkowo w tym ekspery-
ró�nice mićdzy badanymi grupami. We- mencie udowodniono, �e �wiczenia
dĆug Callaghan a i wsp. (2000) wspóĆczyn- w zamknićtych Ćańcuchach kinematycz-
nik korelacji przy pomiarach powtarzanych nych s� efektywniejsze w rozwijaniu siĆy
maksymalnej wartoĄci momentu siĆy wyno- dynamicznej od �wiczeń wykonywanych
si r 0.75 oraz r 0.83 dla Ąredniej wartoĄci w tak zwanych Ćańcuchach otwartych. Na-
rozwijanej mocy. WartoĄci te s� statystycz- le�y podkreĄli�, �e w naszych badaniach
nie znamienne. W naszych wczeĄniejszych braĆy udziaĆ osoby Ąrednio po roku od ope-
badaniach momentu siĆy statycznej mićĄni racji. �aden z pacjentów nie skar�yĆ sić na
stawu kolanowego powtarzalnoĄ� pomia- ból w czasie pomiarów a tak�e nie odczu-
rów byĆa bardzo wysoko i mieĄciĆa sić waĆ obawy wykonania zadanych prób
w przedziale do 5 procent wartoĄci bez- z ró�nym obci�eniem fizycznym. Feller
wzglćdnych. Na stanowisku HUR szaco- i wsp. (2001) obserwowaĆ przebieg zmian
wana powtarzalnoĄ� badań siĆy w warun- poziomu bólu po operacji wspomnianych
kach dynamicznych jest ni�sza i w wićk- wićzadeĆ i wykazaĆ, �e rodzaj wykonanego
szoĄci mierzonych parametrów dochodzi zabiegu nie miaĆ znaczenia na poziom od-
do 10 procent. czuwanego bólu w 4 miesi�cu po operacji.
Do najistotniejszych wyników jakie Jakie mog� by� domniemane przyczyny
uzyskano w niniejszej pracy nale�y zaliczy� ró�nicy w efektach rehabilitacji, oceniane
te, które wskazuj� na brak ró�nic w sile wartoĄci� siĆy maksymalnej rozwijanej
mićĄniowej mierzonej w warunkach sta- w warunkach statycznych lub maksymaln�
tycznych i warunkach dynamicznych. Po- prćdkoĄci pojedynczego ruchu przy zada-
równuj�c wartoĄci momentów siĆy statycz- nym obci�eniu zewnćtrzny? Odpowied�
nej zginaczy i prostowników kończyny na to pytanie prowadzi mićdzy innymi po-
zdrowej i operowanej, zarówno w grupie przez wyniki badań wykonanych przez
kobiet jak i w grupie mć�czyzn, nie zaob- Birmingham a i wsp. (2001), który analizo-
serwowano znacz�cych ró�nic mićdzy koń- waĆ stabilnoĄ� postawy stoj�cej u osób po
czynami. Otrzymane wyniki mogĆyby za- rekonstrukcji wićzadĆa krzy�owego przed-
tem wskazywa� na udany przebieg leczenia niego kolana. Rekonstrukcja tych wićzadeĆ
operacyjnego, a tak�e skutecznoĄ� procesu niesie za sob� zaburzenia czucia propriore-
rehabilitacyjnego. Natomiast nie mo�na ceptywnego. Bosco (1999) dowodzi, posĆu-
uzna� za przypadkowy wynik, wskazuj�cy guj�c sić oryginalna metodyk� badania, �e
na ró�nice w mo�liwoĄciach dynamicznych upoĄledzenie impulsacji somatosensorycz-
mićĄni prostuj�cych podudzie, zauwa�ony nej, wynikaj�ce z przebytej operacji kolana,
w grupie badanych kobiet i mć�czyzn. widoczne jest w obrazie sygnaĆów EMG
84 " Wiosna 2002
Mićsień stawu kolanowego
3. Callaghan M.J., C.J. McCarthy, A. Al.-Omar, J.A.
powierzchniowego. Powy�sze obserwacje
Oldham (2000)  The reproducibility of multi-joint
zbli�aj� nas do wyjaĄnienia przyczyny wy-
isokinetic and isometric assessment in a health and
woĆuj�cej ró�nice w wynikach badania pro-
patient population. Clin. Biomech. 15 (9): 678  683.
stowników stawu kolanowego wykonywa-
4. De Ste Croix M.B., N. Armstrong, J.R. Welsman,
nych w warunkach statycznych i dyna-
P. Sharpe (2002) -Longitudinal changes in isokine-
micznych. Podczas pomiaru maksymalnego tic leg strength in 10  14-year-olds. Ann Hum Biol
29 (1): 50  62.
momentu siĆy w warunkach statycznych
5. Feller J.A., K.E. Webster, B. Gavin (2001)  Ear-
kończyna uĆo�ona jest na stanowisku tak,
ly post-operative morbidity following anterior cruci-
�e k�t mićdzy podudziem a udem wynosi
ate ligament reconstruction: patellar tendon versus
900. W tym ustawieniu mićĄnie prostuj�ce
hamstring graft. Knee Surg. Sports Traumatol. Ar-
kończynć w stawie kolanowym znajduj� sić
throsc 9 (5): 260  266.
w najkorzystniejszym poĆo�eniu do rozwi- 6. Fenn W.O., B.S. March (1937)  Muscuar force
at different speed of shortening. J. Physiolo. (Lon-
jania maksymalnej siĆy izometrycznej. Po-
don) 85, 227  297.
nadto w pomiarach wykonywanych w sta-
7. Hill A.V. (1938)  The heat of shortening and
tyce nie ma koniecznoĄci sterowania ru-
dynamic constants of muscle. Proc. R. Soc. Series
chem, które wymaga zwrotnej informacja
B 126, 136  195.
o zmieniaj�cym sić obci�eniu, poĆo�eniu
8. Hunsicker P., R.J. Donnelly (1955)  Instruments
k�towym i prćdkoĄci chwilowej. Podobne to measure strength. Res. Quart. 26, 4, 408  420.
9. Kellis E. (2001)  Tibiofemoral joint forces dur-
wnioski wypĆywaj� z analizy przebiegu
ing maximal isokinetic eccentric and concentric ef-
zmian mocy w funkcji obci�enia ze-
forts of the knee flexors. Clin. Biomech. 16 (3):
wnćtrznego.
229  236.
Reasumuj�c nale�y stwierdzi�, �e prze-
10. Mikkelsen C., S. Werner, E. Eriksson (2000) 
prowadzone badania pozwoliĆy na opraco-
Closed kinetic chain alone compared to combined
wanie metody badania wĆasnoĄci mecha- open and closed kinetic chain exercises for quadri-
ceps strengthening after anterior cruciate ligament
nicznych mićĄni stawu kolanowego u osób
reconstruction with respect to return to sport: a pro-
zdrowych i z dysfunkcj� narz�du ruchu
spective matched follow-up study. Knee Surg.
kończyn dolnych. Zebrano szereg charakte-
Sports Traumatol. Arthrosc. 8 (6): 337  342.
rystyk, które pozwalaj� na bli�sze poznanie
11. Perrin D. (1993)  Isokinetic exercise and asses-
wĆasnoĄci funkcjonalnych tych zespoĆów
sment. Human Kinetics Publishers, Champajgne,
mićĄniowych i mog� by� przydatne w pla- Illinois.
12. Wilkie D.R. (1950)  The relation btween force
nowaniu leczenia i planowaniu rehabilita-
and velocity in human muscle. J. Physiol. 110,
cji ruchowej.
249  280.
13. Wit A. (1992)  Wybrane zagadnienia diagnos-
tyki ukĆadu ruchu czĆowieka. Wit A. (red.) Biome-
chaniczna ocena ukĆadu ruchu sportowca. Instytut
PiĄmiennictwo
Sportu w Warszawie, 53  70.
14. Wit A. (1999)  Postawa i ruchy ciaĆa  biome-
chanika. W: Traczyk W.Z. (red)  Diagnostyka
1. Birmingham T.B., J.F. Kramer, A. Kirkley, J.T.
czynnosciowa czĆowieka. Fizjologia stosowana.
Inglis, S.J. Spaulding, A.A. Vandervoot (2001) 
PZWL, Warszawa.
knee bracing after ACL reconstruction: effects on
postural control and proprioception. Med. Sci.
Sports Exerc 33 (8): 1253  1258. Adres do korepondencji / Address for correspon-
2. Bosco C., M. Cardinale, O. Tsarpela (1999)  In- dence: Andrzej Wit, WydziaĆ Rehabilitacji, Akade-
fluence vibration on mechanical power and elec- mia Wychowania Fizycznego w Warszawie, ul. Ma-
tromyogram activity in human arm flexor muscles. rymoncka 34, 00  968 Warszawa, tel. kom:
Eur. J. Appl. Physiol. 79 (4): 306  311. 606 100 621, e-mail: [e-mail]
Tom 2, Numer 1 " 85