BIOMECHANIKA TKANEK
Tradycyjne metody nauczania fizjologii ruchu pokazują zazwyczaj układ ruchu jako zespół mięśni i dźwigni kostnych oraz sterujący nimi układ nerwowy.
Ruch jest wynikiem nie tylko aktywności mięśni przekazywanej przez układ kostno - stawowy. Biomechanika narządu ruchu ukazuje ścisły związek pomiędzy właściwościami mechanicznymi tkanek wchodzących w skład narządu ruchu a ich funkcją, uwzględnia procesy troficzne, adaptacyjne oraz wpływ patologii i procesów naprawczych (powiązanie struktury z funkcją).
Do prawidłowego funkcjonowania tkanek narządu ruchu konieczne jest pododawanie ich działaniu bodźców mechanicznych, które ustalają pewien stan równowagi pomiędzy strukturą a funkcją tkanki. W chwili zwiększenia ilości energii mechanicznej dostarczanej do tkanki (wzrost obciążenia, wzrost częstotliwości bodźców) następuje wzrost tkanki, tak aby jej wytrzymałość była odpowiednia dla nowych warunków. Zmniejszenie ilości energii mechanicznej dostarczanej do tkanki poniżej pewnego poziomu powoduje zanik tkanki, który sprowadza naprężenia wewnętrzne kości do optimum.
Fizjologicznie na tkanki działają co najmniej 3 rodzaje sił: rozciągające, ściskające i skręcające, podczas wykowania różnego rodzaju ruchów mamy do czynienia z ich kombinacją.
Zmiany wytrzymałości tkanek narządu ruchu w procesie ontogenezy oraz w stanach patologii - badania wytrzymałości tkanek na rozciąganie kości, ścięgien, powięzi i mięsni oraz wytrzymałości na ściskanie i skręcani tkanki kostnej i chrzęstnej są prowadzone w specjalnych laboratoriach - w maszynach wytrzymałościowych umieszcza się próbki tkanek, mierząc zależność między odkształceniem próbki a wielkością przyłożonej siły. Z otrzymanych wyników można wnioskować na temat wytrzymałości i sprężystości tkanek.
W 1660 roku Hook formułuje prawo, w którym stwierdza, że istnieje stała arytmetyczna zależność pomiędzy siłą i wydłużeniem, tzn. jedna jednostka siły daje jedną jednostkę wydłużenia. Każda tkanka w pewnych granicach jest elastyczna. Tkanki poddane działaniu siły zmieniają swoją pierwotna formę lub powracają do stanu wyjściowego, kiedy siła przestanie działać. Jeżeli każda jednostka siły wywołuje stałą i analogiczną jednostkę wydłużenia, to mówimy, że ciało jest doskonale elastyczne w sensie prawa Hooke`a.
Różne struktury (tkanki) różnią się w możliwościach wydłużania się bez rozpadu, szukano dla tych sytuacji możliwości nadania im wartości liczbowej i ustalono punkt odniesienia względnej wytrzymałości struktury na rozciąganie: jest to siła, która działając na jednostkę przekroju poprzecznego struktury, podwaja jego pierwotną długość. Siłę tę nazwano modułem Younga. Dla większości struktur moduł Younga jest terminem wyimaginowanym, ponieważ rozpadają się one wcześniej niż podwoją swoją długość. W praktyce, dzięki modułowi Younga można określić punkt rozpadu rozciąganej struktury lub powstania jej niedomogi w częściach tego modułu elastyczności. Modułem mierzy się tylko wytrzymałość ciał na rozciąganie.
W zależności od cech mechanicznych badanej struktury wyróżnia się podział materiałów na sprężyste, plastyczne oraz kruche. Żywe tkanki, ze względu na duża zawartość wody nie mieszczą się zazwyczaj w ramach tego podziału, tworzą oddzielną grupę materiałów lepko - sprężystych.
Parametry mechaniczne materiałów lepko -sprężystych wykazuję pewne cechy dynamiczne, tj. mogą zmieniać się w czasie.
Podstawowe cechy materiałów lepko -sprężystych:
Zależność charakterystyki mechanicznej (zwłaszcza powstających naprężeń) od szybkości działania siły odkształcającej, ogólnie można stwierdzić, że tkanki narządu ruchu wykazują większą sztywność podczas próby szybkiego rozciągania, natomiast są bardziej miękkie i podatne na odkształcenia podczas, gdy siła narasta stopniowo. Wytrzymałość materiałów lepko - sprężystych wzrasta wraz ze zwiększeniem tempa odkształcenia, tzn., że materiały te mogą wytrzymać znacznie większe obciążenia dynamiczne w porównaniu z obciążeniami statycznymi,
Pełzanie - jest to zjawisko ciągłego, plastycznego odkształcania materiału pod wpływem stałego obciążenia (występuje często w implantach stawu biodrowego). Obciążenie tkanki stałą siłą powoduje jej wydłużenie zależne od wielkości przyłożonej siły. Utrzymanie przez dłuższy czas stałej wartości siły obciążenia, spowoduje ciągły powolny przyrost próbki, aż do momentu osiągnięcia równowagi lub do zerwania próbki - pełznie.
Relaksacja - jest to zjawisko powolnego zmniejszania się wartości obciążenia w materiale poddawanym długotrwałemu odkształceniu (występuje w wykonanych z teflonu lub dakronu implantach więzadeł krzyżowych). Za pomocą siły zew. rozciągamy próbkę materiału lepko - sprężystego do określonej długości i w takim stanie długo utrzymujemy, okazuje się, że siła konieczna do utrzymania odpowiedniej długości będzie powoli maleć - relaksacja.
Charakterystyka białek sprężystych:
Aktyna - jedno z podstawowych białek mięśniowych, występuje także w krwinkach białych i czerwonych
Tatyna (konektyna) -odgrywa ważną rolę w wytwarzaniu biernego oporu mięśnia, izoformy tatyny odpowiedzialne są za różnice pomiędzy włóknami mięśniowymi typu I i typu II
Desmina (selektyna) - tworzy w sarkomerach dysk Z, podczas rozciągania sarkomeru ulega wydłużeniu, ma wpływ na bierny opór mięśnia
Kolagen - podstawowy element strukturalny tkanek miękkich i twardych, włókna kolagenowe są dość twarde i niepodatne na rozciąganie
BIOMECHANIKA BIERNGO NARZĄDU RUCHU
KOŚCI
Kości stanowią złożony pod względem strukturalnym i funkcjonalnym system, w ciele dorosłego człowieka znajduje się 206 kości.
Konstrukcja szkieletu nadaje sylwetce charakterystyczny kształt, zapewnia przyjęcie pozycji spionizowanej, dźwignie kostne pozwalają na przekształcenie skurczu mięsni w określoną prace organizmu, szkielet pełni funkcje ochronną dla narządów wewnętrznych.
Kość jest strukturą czynną metabolicznie, zdolną do dynamicznej adaptacji. Jest zbudowana z składników organicznych: komórek- osteoblasty, osteoklasty; kolagenu i innych białek (tzw. macierz kostna) oraz nieorganicznych: soli wapnia w postaci hydroksyapatytu, fosforu, sodu, magnezu, fluoru i innych pierwiastków w ilościach śladowych, które zapewniają odpowiednią twardość kości. Zawartość substancji mineralnych w kościach dorosłego człowieka sięga 70%, pozostałe 30% to składniki organiczne. Ponadto kości zawierają niewielkie ilości wody oraz cukrów -mukopolisacharydów.
Ukrwienie kości to ok. 5% całkowitej objętości krwi, są zaopatrywane przez trzy systemy krążeniowe: odżywczy, okostnowy i przynasadowy (związek z systemem krwiotwórczym oraz gospodarką wapniową)
W kościach została zmagazynowana prawie całość wapnia w organizmie -99%.
Makroskopowo wyróżnia się dwie części kości, zewnętrzną powłokę stanowi kość korowa, natomiast we wnętrzu kości krótkich, płaskich, nasadach i przynasadach występuje kość gąbczasta.
Kość korowa, stanowi 80% tkanki układu szkieletowego. Jest zbudowana ze ściśle upakowanych osteonów. Osteony utworzone są przez koncentryczne blaszkowate cylindry otaczające centralny kanał Haversa, natomiast każda blaszka zbudowana jest z włókien kolagenowych. Ułożenie włókien kolagenowych w poszczególnych blaszkach jest różne, dzięki czemu zwiększa się wytrzymałość mechaniczna kości. Wokół kanału Hawersa znajduje się 4-20 koncentrycznie ułożonych blaszek kostnych, otoczonych na zewnątrz linią cementową (warstwa mukopolisacharydów, łącząca sąsiednie osteony).
Kość gąbczasta, cechuje się mniejszą gęstością oraz większą elastycznością. Zbudowana jest z beleczek kostnych tworzących gąbczastą strukturę, w zagłębieniach, której znajduje się szpik kostny.
Fizyczne właściwości kości - wewnętrzna struktura kości w znacznym stopniu odzwierciedla działanie na nią sił zewnętrznych, co potwierdza zależność między architekturą kości i jej funkcją. Zależność tą opisuje prawo funkcjonalnej przebudowy kość Wolffa, które mówi, że kość sama zmienia kształt w warunkach normalnych i patologicznych, tak, aby wytrzymać maksymalny ucisk przy minimalnym wydatku tkanki kostnej. Przebudowa wewnętrznej architektury kości odbywa się przez proces wchłaniania i odkładania się tkanki kostnej.
W biomechanice mają znaczenie dwie cechy fizyczne kości - elastyczność i wytrzymałość na działanie różnych sił. Elastyczność kości oznacza możliwość deformacji kości bez jej złamania, natomiast jednostka wytrzymałości wskazuje na siłę, która działając na jednostkę przekroju poprzecznego, powoduje jej złamanie lub niewydolność.
Modelowanie struktury kości - dwie drogi:
Powolny proces przebiegający na przestrzeni lat, zależy od aktywności komórek kostnych osteoblastów - komórek kościotwórczych i osteoklastów - komórek odpowiedzialnych za resorpcje kości, parametry mechaniczne kości zależą od równowagi w aktywności tych komórek
Szybciej postępujące zmiany w strukturze kości związana są z procesami uwalniania i gromadzenia soli mineralnych
Zmiany kształtu kości związane aktywnością komórek nazywamy modelowaniem zewnętrznym lub powierzchniowym, natomiast modelowanie wewnętrzne wiąże się ze zmianami porowatości, gęstości kości oraz zmianami koncentracji soli mineralnych. Procesy modelowania tkanki kostnej występują zarówno w okresie wzrostu organizmu, jak i w dojrzałych kościach.
Dane kliniczne jednoznacznie wskazują, że obciążenie mechaniczne stymuluje tworzenie nowej kości oraz jest istotnym czynnikiem gojenia się złamań.
Zjawisko modelowania kości nie jest do końca wyjaśnione, jedna z hipotez przyjmuje, że zjawisko piezoelektryczności kostnej może być odpowiedzialne za ten proces. Inna hipoteza zakłada, że mechaniczne naprężenia powodują w kości wzrost przepuszczalności kryształów hydroksyapatytu, a tym samym większe stężenie jonów wapnia w płynie pozakomórkowym, co z kolei pobudza aktywność komórek kostnych lub uruchamia inne procesy, np. hormonalne. Wiadomo, że przyłożenie ujemnej elektrody pobudza kościotworzenie, elektroda dodatnia zwiększa aktywność komórek kościogubnych. Wiadomo także, że bodźcem do wzmacniania i przebudowy kości są długotrwałe naprężenia mechaniczne.
Zjawisko modelowania kości jest najbardziej widoczne w okresie rozwoju - pod wpływem wzrostu obciążenia beleczki kostne w przynasadach grubieją, co pobudza wzrost kostny. Jednak nadmierne, długotrwałe obciążenie w okresie rozwoju może prowadzić do zahamowania wzrostu kości i ich pogrubienia. Także długotrwałe unieruchomienie wpływa niekorzystnie na procesy kościotworzenia.
Wytrzymałość kości zależy od materiału, z którego jest zbudowana, od jej kształtu, rozmiarów i struktury. Aktywność ruchowa, tj. odpowiedni rodzaj i natężenie bodźców mechanicznych ma zasadnicze znaczenie dla wytrzymałości kości.
Patologiczne zmiany wytrzymałości kości mogą być związane z unieruchomieniem, urazami lub procesami chorobowymi, które niekoniecznie muszą dotyczyć narządu ruchu (uszkodzenia układu nerwowego, zaburzenia hormonalne, zaburzenia ukrwienia).
Nawet najmniejsze uszkodzenia struktury kostnej powodują zmiany mechaniczne, tj. zmniejszenie wytrzymałości.
Kości długie wykazują najmniejszą odporność na skręcanie i zginanie. Działanie siły zginającej powoduje, że po jednej stronie pojawiają się naprężenie rozciągające, a po przeciwnej naprężenia ściskające, wewnątrz struktury kostnej znajduje się obszar, gdzie naprężenia są równe zeru - mechaniczna oś neutralna. Wokół tej osi występują obszary ze zwiększonymi naprężeniami, przy czym im dalej od osi neutralnej, tym większe naprężenia. W zawiązku z tym o wytrzymałości kości długich decyduje ich średnica, oznacza to , że kość o przekroju rury i większej średnicy będzie sztywniejsza niż kość o tej samej powierzchni przekroju, ale o przekroju pręta lub rury o mniejszej średnicy.
Podatność kości na działanie sił skręcających zależy również od jej kształtu, tj. kości o większej średnicy są sztywniejsze, czyli mniej podatne na odkształcenia skręcające, niż kości o tej samej powierzchni przekroju, ale o mniejszej średnicy. Działanie nadmiernych momentów skręcających powoduje charakterystyczne spiralne złamania kości.
Przekroczenie mechanicznej wytrzymałości kości powoduje jej pęknięcie lub złamania, jest to mechanizm, który zabezpiecza staw przed uszkodzeniem.
Rodzaj złamania, jego postać i charter zależą od:
Rodzaju urazu
Kierunku i wielkości działającej siły
Stanu układu kostnego (wiek, stan zdrowia)
Kąt nachylenia przełomu kości wynosi ok. 45%. Kość jako struktura lepko - sprężysta wykazuje większą odporność na działanie przeciążeń dynamicznych. Podczas przeciążenia dynamicznego w kości jest akumulowana energia kinetyczna, jeśli przekroczona zostanie granica wytrzymałości dochodzi do złamania wieloodłamowego.
W okresie rozwojowym często występują złamania podokostnowe typu zielonej gałązki - są to zamknięte złamania, tj. następuje przerwanie ciągłości kości z jej przemieszczeniem kątowym bez naruszenia elastycznej powłoki okostnej.
U osób starszych występują tzw. złamania typu tłukącego się szkła, spowodowane zwiększoną kruchością kości w tym wieku.
Złamania z oderwania (awulsyjne) - następuje rozerwanie tkanki kostnej poprzez nagłe przeciążenie układu kostnego siłami rozciągającymi; np. nagłe, niekontrolowane zgięcie kolana połączone z silnym skurczem mięśnia czworogłowego uda, może spowodować awulsujne złamanie rzepki lub guzowatości kości piszczelowej.
Proces gojenia się złamań zależy od:
Wieku pacjenta
Równowagi hormonalnej
Właściwego odżywiania
Typu uszkodzenia kości, stanu zapalnego
Rekcje organizmu na złamanie można podzielić na trzy fazy:
Faza zapalna, występuje bezpośrednio po urazie, trwa kilka godzin, charakteryzuje się krwawieniem ze złamanej kości oraz otaczających ją tkanek, tworzy się krwiak, występuje opuchlizna i ból, uwalniane zostają enzymy lizosomowe, pojawia się nekroza tkanek
Faza naprawcza, występuje wzmożona aktywność osteoklastów oraz makrofagów, które usuwają obumarłą tkankę, kolejno następuje proliferacja osteoblastów, czas trwania - tygodnie- miesiące. Po dwóch tygodniach od urazu rozpoczyna się reakcja kostniny, formują się miękkie mostkowe połączenia, tzw. mostki kostninowe, które ograniczają ruchomość elementów złamanej kości. Kostnina miękka zawiera fibroblasty, osteoblasty, chondroblasty, kolagen, glikoproteiny, tworzą się naczynia krwionośne. Następnie kostnina miękka przekształca się poprzez kostnienie chrzęstne w kość utkaną. Twarda kostnina wzmacnia mostkowe połączenia złamanej kości. Proces ten trwa aż do całkowitego połączenia odłamów kości, czyli 2 -3 miesiące.
Faza przemodelowania zrostu jest procesem najwolniejszym, trwa bardzo długo, nawet do 7 lat, następuje zmiana kości tkanej w strukturę blaszkową, zmienia się kształt zrostu - usuwana jest zbędna tkanka i wzmacniana jest mechaniczna wytrzymałość zrostu
Hormony mające wpływ na przebieg gojenia złamania to hormon wzrostu, który zwiększa objętość kostniny oraz hormony gruczołu tarczowego, biorące udział w przemodelowaniu kostniny. Kortyzon natomiast hamuje wzrost kostniny.
Czynniki wpływające na proce gojenia:
Prawidłowe zespolenie
Sztywne połączenie odłamów
Kompresja
STAWY
Staw tworzą zazwyczaj dopasowane do siebie powierzchnie stawowe kości zamknięte torebką stawową. Powierzchnie stawowe kości pokryte są chrząstka stawową( chrząstka szklista), zapewnia ona bezstratny ruch powierzchni stawowych oraz zabezpiecza staw przed niewielkimi przeciążeniami. Wnętrze stawu nosi nazwę jamy stawowej i wypełnione jest mazią stawową. Maź stawowa zapewnia smarowanie, które zmniejsza tarcie powierzchni stawowych, oraz zapewnia odżywienie tkanek stawowych. Staw otoczony jest torebką stawową, która składa się z dwóch warstw, zewnętrznej - włóknistej i wewnętrznej - maziowej. Torebka stawowa utrzymuje kości w stawie, dostarcza substancje smarujące i odżywcze, zabezpiecza staw przed rozciąganiem i ogranicza niepożądane ruchy, zawiera mechanoreceptory informujące o ruchach i położeniu stawu.
2. Niektóre stawy wyposażone są w dodatkowe elementy jak obrąbek stawowy, krążki stawowe, więzadła wewnątrzstawowe, łąkotki, kaletki maziowe.
3. Więzadła stawowe są to płaskie struktury łącznotkankowe, których zadaniem jest stabilizacja stawów. Położenie więzadeł w płaszczyźnie ruchu powoduje jego ograniczenie (najczęściej wyprostu), innym zadaniem więzadeł jest zapobieganie bocznym przesunięciom głów kości.
Typy połączeń stawowych:
podział w zależności od liczby elementów kostnych: staw prosty, staw złożony,
podziała w zależności od ukształtowania powierzchni stawowych: staw płaski, staw zawiasowy, staw obrotowy, staw siodełkowy, staw kulisty.
Powierzchnie stawowe nie są dokładnie płaskie czy cylindryczne, mają zazwyczaj kształt owalny, czyli powierzchnię, której promień krzywizny zmienia się w trakcie ruchu. Powierzchnie takie występują zazwyczaj we wklęsło - wypukłych powierzchniach stawowych.
W czasie zmiany położenia stawu, mogą w nim występować trzy rodzaje ruchów:
Toczenie - podczas ruchu toczenia (podobnie jak podczas toczenia kuli) obydwie powierzchnie stawowe stykają się w ciągle nowych punktach
Ślizganie i skręcanie - ten sam punkt jednej płaszczyzny styka się z coraz to nowymi punktami drugiej płaszczyzny.
W zdrowych stawach występuje kombinacja tych trzech ruchów.
7. Pozycja ścisłego upakowania stawu - takie położenie stawu, w którym powierzchnie stawowe są maksymalnie do siebie dopasowane, a powierzchnia kontaktu jest największa.
8. Pozycja luźnego upakowania stawu - powierzchnie stawowe nie są tak dobrze do siebie dopasowane, więzadła i torebka stawowa nie są naprężone, staw może być biernie rozciągany. Pozycja luźnego upakowania pozwala na ruchy stawowe przy znacznie zmniejszonym tarciu powierzchni.
9. Dodatkowe ruchu stawowe (luzy połączenia stawowego) - niewielkie przemieszczenia powierzchni stawowych względem siebie, podczas ruchu biernego. Luzy stawowe mają zasadnicze znaczenia dla bezbolesnego ruchu stawowego, są wykorzystywane w diagnostyce stawów, wykonywane przez terapeutę, przy pełnym rozluźnieniu.
10. Fizjologicznie więzadła i torebka stawowa ograniczają bierne ruchy stawowe w pozycji ścisłego upakowania, w przypadku ich uszkodzenia dochodzi do niestabilności stawu, która wyraża się nadmiernymi ruchami dodatkowymi.
11. Chrząstka powierzchni stawowych, spełnia trzy podstawowe funkcje:
Zapewnia odpowiedni rozkład nacisku na powierzchnie stawowe
Zmniejsza tarcie w czasie ruchu stawu
Amortyzuje nagłe przeciążenia stawu
Tkanka chrzęstna zbudowana jest z komórek - chondrocytów oraz macierzy chrzęstnej. Rozmieszczenie chondrocytów w macierzy chrzęstnej nie jest równomierne - najliczniej występują w warstwach powierzchniowych tkanki, jest to związane z ich rolą w procesach adaptacyjnych jak i degeneracyjnych.
Macierz chrzęstna zbudowana jest z wody, kolagenu i proteoglikanów, może mieć zróżnicowaną strukturę, w związku z tym wyróżniamy tkankę chrzęstną szklistą oraz białą i żółtą chrząstkę włóknistą.
Bogata w kolagen chrząstka szklista tworzy powierzchnie stawowe, krążki międzykręgowe, łąkotki.
Żółta tkanka chrzęstna zawierająca elastynę, występuje między innymi małżowinie usznej i krtani.
Zawartość i kolagenu i proteoglikanów w chrząstce decyduje o jej właściwościach fizycznych i mechanicznych. Proteoglikany odpowiadają za sztywność chrząstki i jej zdolność do przenoszenia obciążeń, nadają tkance właściwości sprężystych, mają zdolność do osmotycznego wiązania wody. W wyniku wchłonięcia dużej ilości wody następuje „puchnięcie' chrząstki. Nasycona wodą chrząstka, podobnie jak gąbka jest wrażliwa na działanie ciśnienia zewnętrznego, które może uwolnić wchłonięta wodę, ten mechanizm jest wykorzystywany do smarowania powierzchni stawowych, kontroli sprężystości chrząstki oraz jej odżywienia (chrząstka nie jest ukrwiona) - mechanizm pompy elektroosmotycznej. Działanie bodźców mechanicznych, tj. zmiany obciążenia stawów podczas aktywności ruchowej wpływają korzystnie na metabolizm chrząstki, namnażanie i wzrost chondrocytów.
Dodatkowe struktury stawowe:
Krążki stawowe - chronią staw przed przeciążeniami, pogłębiają jamę stawową, zapewniając pełny kontakt powierzchni stawowych
Łąkotki - występują w stawie kolanowym, pokrywają około 2/ 3 powierzchni stawowej kości piszczelowej, zwiększają zwartość stawu i sprawiają, że powierzchnie stawowe są lepiej do siebie dopasowane, ograniczają przednio - tylne przemieszczenia kości piszczelowej, amortyzują wstrząsy, przenoszą prawie 70% obciążeń stawu kolanowego, dzielą staw kolanowy na dwa piętra.
Wytrzymałość tkanki chrzęstnej zależy głównie od zawartości w niej elastycznych białek i wody. W wyniku starzenia się zawartość wody w chrząstce zmniejsza się, zmniejsza się zdolność chondrocytów do syntezy białek, a tym samym zmniejsza się elastyczności tkanki, obniżają się zdolności adaptacyjne tkanki, a procesy gojenia zostają spowolnione. Także zmniejszenie aktywności ruchowej, urazy i towarzyszący im stan zapalny pogłębia atrofię i degeneracje tkanki. Chrząstka cienka, zawierająca ubytki, traci swe właściwości amortyzujące i smarujące, prowadzi to do zużycia stawów, obnażenia i podrażnienie nerwowych zakończeń bólowych.
Tkanka chrzęstna najlepiej funkcjonuje, zużywając się w niewielkim stopniu w warunkach stałego obciążenia dynamicznego. Jednak powtarzające się przeciążenia dynamiczne powodują szybkie uszkodzenie powierzchni stawowych, co prowadzi do choroby zwyrodnieniowej stawów.
Choroba zwyrodnieniowe stawów:
Dotyczy powierzchni stawowych, torebki stawowej, łąkotek, krążków międzykręgowych
Powierzchnia stawowa staje się chropowata wskutek powstających nadżerek, co zwiększa tarcie podczas ruchów i dodatkowo uszkadza staw
Pojawiający się ból jest impulsem ostrzegawczym o nieprawidłowościach w stawie, powoduje zwiększenie napięcia mięsni wokół zajętego stawu, co dodatkowo wzmaga obciążenie
Niekiedy dochodzi do całkowitego zaniku chrząstki ze znacznym zwężeniem szpary stawowej
21.Obciążenie stawu - jest wypadkową działania sił wewnętrznych oraz zewnętrznych.
22.Obciążenia wewnętrzne zależą od prawidłowego funkcjonowania układu mięśniowego, tj. równowagi pomiędzy skurczem i rozkurczem określonych grup mięśniowych. Współskurcz mięśni antagonistycznych powoduje duże przeciążenia stawu.
23. Zewnętrzne siły działające na staw są zazwyczaj przyczyną dużych przeciążeń: np. w momencie kontaktu piety z podłożem siła przenoszona przez staw kolanowy przewyższa 3-4 razy ciężar ciała, nadmierne ugięcie kolana w fazie podporu zwiększa obciążenie stawu rzepakowo - udowego o dziecięciokrotność masy ciała.
24. Przy dużych obciążeniach tkanka chrzęstna nie jest w stawnie zamortyzować przeciążenia stawu, dlatego też włączają się zarówno bierne jak i czynne mechanizmy zabezpieczające staw przed uszkodzeniem. Podstawowym elementem biernego systemu zabezpieczającego staw są kości, zwłaszcza kość gąbczasta. Kość gąbczasta jest tak zbudowana, że przenosi naprężenia z powierzchni stawu do trzonu kości. W przypadku przeciążenia w podłożu podchrzęstnym powstają mikrourazy, kumulacja tych mikrourazów oraz towarzyszące im procesy naprawcze zmniejszają właściwości amortyzujące chrząstki, co prowadzi do szybszego jej zużycia lub uszkodzenia. Podczas gojenia się mikrourazów dochodzi do zaburzeń przepływu krwi w danym obszarze kości, towarzyszy temu obumieranie tkanki, połączone z bólem. W skrajnych przypadkach może dojść do oddzielenia się chrząstki od leżącej pod nią kości.
25. Mikrouszkodzenia kości w warstwie podchrzęstnej są częścią fizjologicznych mechanizmów dostosowawczych. Jeśli jednak równowaga pomiędzy uszkodzeniem a procesami naprawczymi zostanie zachwiana może dojść do zmęczenia mechanicznego kości. Efekt taki mogą powodować nawet niewielkie zaburzenia koordynacji ruchowej, np. brak dostatecznego hamowania w momencie kontaktu pięty z podłożem powoduje powstanie mikrourazów w kości. Jeśli procesy naprawcze będą przebiegać zbyt wolno w stosunku do kumulacji mikrourazów może dojść do zmęczeniowego złamania kości. Taki rodzaj złamania jest obserwowany niekiedy u biegaczy długodystansowych lub żołnierzy zmuszonych do długotrwałego marszu.
26. Mięśnie pełnią rolę aktywnych tłumików rozpraszających nadmierną energię oraz amortyzują wstrząsy, dzięki czemu zabezpieczają stawy i kości przed przeciążeniami.
27. Ścięgna - włókniste twory łącznotkankowe łączące mięśnie z kośćmi, zbudowane głównie z włókien kolagenowych, które nadają im znaczna statyczną wytrzymałość na rozciąganie, oraz elastyny, która posiada właściwości sprężyste. Proporcje zawartości kolagenu i elastyny decydują o mechanicznych właściwościach ścięgna.
28. Intensywny trening sportowy może doprowadzać do urazów ścięgna. Powtarzające się przeciążenia powodują zjawisko zmęczenia ścięgna.
29. Wyróżnia się dwa typy urazów ścięgien: przeciążeniowe i zmęczeniowe.
30. Najlepiej opisane zostały urazy dotyczące ścięgna Achillesa, które przenosi obciążenia z mięśnia trójgłowego łydki na kość piętową. Ścięgno to bywa maksymalnie obciążone podczas dużego wysiłku sportowego, w warunkach normalnej lokomocji siły wywierane na ścięgno nie przekraczają 20 -30% obciążenia maksymalnego. Najczęściej do uszkodzenia ścięgna Achillesa dochodzi podczas gwałtownej zmiany kierunku ruchu.
31. Spadek obciążeń mechanicznych ścięgien, podobnie jak kości powoduje zmniejszenie w nich ilości kolagenu, a tym samym zmienia ich wytrzymałość.
32. Powięź - elastyczna błona łącznotkankowa otaczająca mięsień lub grupy mięśni, jej zadaniem jest utrzymanie mięśni w odpowiedniej pozycji oraz zapobieganie ich przemieszczeniom. Powięź łączy poszczególne włókna mięśniowe ze ścięgnem, zabezpiecza je przed uszkodzeniem, wyrównuje naprężenia w poszczególnych włóknach mięśniowych, sprężystość powięzi pozwala na gromadzenie w niej energii w czasie skurczu mięśnia. Podatność powięzi na rozciąganie zbliżona jest do rozciągliwości ścięgien.
3