1. . Zdefiniuj związki pomiędzy równowagą (statecznością) ciała człowieka w statyce a: wielkością płaszczyzny podparcia, wielkością masy ciała, wysokością położenia ogólnego środka masy, kątami stabilności. Ogólny warunek równowagi w statyce: Σ Pi = 0 (suma sił) Σ Mi = 0 (suma momentu sił) Ogólnym warunkiem zachowania równowagi w statyce jest utrzymanie rzutu OSM (ogólnego środka masy) w obrębie płaszczyzny podparcia. - Równowaga ciała jest wprost proporcjonalna od masy ciała - Równowaga ciała jest wprost proporcjonalna do wielkości płaszczyzn podparcia - Równowaga ciała jest odwrotnie proporcjonalna do wysokości położenia ogólnego środka masy od płaszczyzny podparcia - Równowaga w danym kierunku jest wprost proporcjonalna do kierunku kąta stabilności 2. Scharakteryzuj znaczenie płaszczyzny podparcia w procesie równowagi. Podaj sposoby zwiększania płaszczyzny podparcia na kilku przykładach odnoszących się do rehabilitacji ruchowej (fizjoterapii) i sportu. Warunkiem utrzymania równowagi w statyce jest utrzymanie OSM. Równowaga jest wprost proporcjonalna do masy ciała i wprost proporcjonalna do wielkości płaszczyzny podparcia, czyli im szerzej stoimy, tym większa równowaga ciała jest w równowadze, jeśli ogólny środek ciężkości leży prostopadle do płaszczyzny podparcia. Ciało jest podparte wówczas, gdy ogólny środek ciężkości ciała znajduje się powyżej punktu podparcia. Przez ten punkt rozumiany punkt przyłożenia wypadkowej siły nacisku na podłoże, człowiek może być podparty w jednym punkcie, stojąc na pionowo ustalonym pręcie w dwóch punktach- stoi na dwóch nogach. Płaszczyzna podparcia ma ogromne znaczenie w procesie równowagi. To od jej wielkości zależy stabilność struktury naszego ciała. Płaszczyzna podparcia może być rozszerzona w każdym kierunku przez odwiedzenie, zgięcie lub wyprost w stawie biodrowym, co zmienia ułożenie kończyn dolnych. Przy staniu ze stopami złączonymi podstawą podparcia ciała jest powierzchnia dwóch podeszw, lecz przy rozstawieniu stóp podstawa ta rozszerza się, a jej powierzchnia na tyle wzrasta, że linia ciężkości trafia na nią. Jest to dalsza metoda dostosowania naszej niestabilnej struktury do utrzymania postawy wyprostnej. W rehabilitacji bardzo ważne jest zwiększanie tej płaszczyzny poprzez kule, balkoniki rehabilitacyjne lub trójnóg. A w sporcie np. przez kijki do nart. 3. Wyjaśnij pojęcia : stabilności i równowagi. Stabilność-zdolność do aktywnego przywracania typowej pozycji ciała w przestrzeni, utraconej w wyniku działania czynników destabilizujących. Czynnikiem destabilizującym może być własna aktywność ruchowa organizmu lub też siły zewnętrzne pojawiające się wskutek interakcji z otoczeniem. Równowaga- to pewien określony stan układu posturalnego. Stan ten charakteryzuje pionowa orientacja ciała osiągnięta dzięki zrównoważeniu działających na ciało sił oraz ich momentów. Równowagę zapewnia układ nerwowy przez odruchowe napięcie odpowiednich grup mięśni nazywanych mięśniami posturalnymi lub antygrawitacyjnymi. 5. Scharakteryzuj pojęcie postawy ciała człowieka. Omów podstawowe etapy kształtowania się postawy w ontogenezie człowieka. „Z biomechanicznego punktu widzenia postawa ciała człowieka to ustawienie poszczególnych segmentów ciała względem siebie oraz względem wektora siły ciężkości podczas nie wymuszanej pozycji stojącej”. Postawa człowieka nie jest stała w ciągu całego jego życia, lecz ulega zmianom od urodzenia aż do śmierci. Człowiek po urodzeniu powoli i stopniowo „prostuje się” ze zgięciowej postawy ciała, jaką posiadał jako zarodek ludzki w łonie matki wszelkie bierne rozciąganie jest szkodliwe (zwłaszcza dla stawów biodrowych). Z chwilą, gdy dziecko jest zdolne obrócić się na brzuszek i zaczyna czynnie wstawać wykształca się szyjna. Gdy dziecko zaczyna wstawać wykształca się lordoza lędźwiowa. W miarę dorastania dziecka stopniowo rozwija się wygięcie przednio- tylne kręgosłupa i dopiero w 18- 20 r.ż. osiąga ono postawę uznaną za prawidłową dla człowieka dorosłego. Z chwilą ukończenia wzrostu postawy ciała człowieka utrzymuje się ona tak przez większą część życia (wyłączając jakieś urazy czy schorzenia). Dopiero na skutek starzenia się powstają zmiany wsteczne (najczęściej zwyrodnieniowe w stawach kręgosłupa i kończyn dolnych). Postawa zmienia się, znacznie zwiększa się kifoza piersiowa, głowa wysuwa się do przodu. Kończyny dolne ustawiają się w zgięciu w stawach biodrowych i kolanowych. 11. Scharakteryzuj heurystyczne modele stabilności postawy. Heurystyczny model stabilności człowieka- mechaniczna granica stabilności wyznaczona obwiednią stóp oddzielona jest od rzeczywistej granicy stabilności ( GS) marginesem bezpieczeństwa ( MB). Szerokość tego marginesu zmienia się z wiekiem oraz zależy od wydolności układu równowagi. W modelu tym przyjmuje się, ze układ nerwowy kontroluje stabilność przez kontrolę położenia środka ciężkości ciała. Kontrola ta ma inny charakter w każdym z dwóch obszarów położonych koncentrycznie wokół normalnego położenia środka ciężkości. W pierwszym z nich dowolna aktywność ruchowa powoduje odchylenie środka ciężkości od położenia referencyjnego, jednak obszar tych przemieszczeń jest minimalny dzięki automatycznym korekcjom posturalnym. Jednak środek ciężkości może się znaleźć w drugim obszarze nazywanym marginesem bezpieczeństwa. Wówczas przerywana jest aktywność ruchowa, a położenia COG jest korygowane przez realizację prostego programu ruchowego np. wykonanie kroku. Model mechanicznej stabilności ciała człowieka- ciało reprezentowane jest przez bryłę sztywną w kształcie walca, którego stabilność statyczna zależy od masy i wysokości położenia środka ciężkości oraz od powierzchni podparcia. 12. Scharakteryzuj interakcje posturalno-ruchowe i strategie przywracania równowagi posturalnej. Interakcja posturalno-ruchowa Możemy wyróżnić antycypacyjną i reaktywną korekcję postawy. Korekcja antycypacyjna– w kontroli stabilności postawy obserwuje się więc przestawienie ze sterowania równoległego na kontrolę sekwencyjną. Następuje rozbicie w wymiarze czasowym aktu ruchowego na składowe posturalne i ruchowe. Ponieważ kontrola stabilności postawy dotyczy przede wszystkim tułowia, antycypacyjne korekcje posturalne wykonywane są jeszcze przed rozpoczęciem zasadniczego aktu ruchowego. Np. w czasie ruchu wznoszenia ramion do przodu jako pierwsza pojawia się aktywność mm. nóg, dzięki czemu wstępnie korygowane jest położenie środka ciężkości ciała. Po nim z opóźnieniem 50-100 ms pojawia się aktywność mm. ramion związanych z wykonaniem właściwego ruchu. Korekcja reaktywna- wykazuje inne właściwości biomechaniczne w porównaniu z korekcjami antycypacyjnymi. Korekcje reaktywne działają w pętli sprzężenia zwrotnego. Krótkie fazy naprzemiennej aktywności mięśni posturalnych i mięśni realizujących właściwy ruch są charakterystyczne dla tych korekcji. Korekcje te są realizowane na bieżąco w czasie wykonywania ruchu. Strategie przywracania równowagi posturalnej: 1. Odzyskanie równowagi obserwuje się w czasie nieznacznego zaburzenia równowagi osoby stojącej na sztywnym podłożu. W tym przypadku w czasie odzyskiwania równowagi występuje charakterystyczna sekwencja rozpoczynająca się skurczem mięśni stawu skokowego. Sekwencję tę nazwano strategią stawu skokowego. 2. Strategia przywracania równowagi pojawia się u osób stojących na wąskim podłożu. W tej sytuacji działanie takiego samego bodźca wywołującego utratę równowagi kompensowane jest za pomocą sekwencji aktywności mięśniowej, rozpoczynającej się w mięśniach ud i tułowia i przenoszącej się w dół na dalsze mięśnie KKD. Jest to strategia stawu biodrowego. 3. Strategia kroku obserwowana jest w przypadku działania znacznego bodźca destabilizującego i polega na wykonaniu wykroku powstrzymującego ciało przed upadkiem. 13. Zdefiniuj pojęcia. koordynacja- uzgadnianie wzajemnego działania, harmonizowanie, ujednolicanie, zgranie czegoś z czymś. Pokonywanie najmniejszej liczby stopni poruszającego się narządu, czyli przekształcanie narządu w system zdolny do sterowania koordynacja nerwowa- współdziałanie procesów nerwowych, które kierują ruchami poprzez pobudzenie mm. koordynacja mięśniowa- współdziałanie naprężenia mm. przekazujących siły, które sterują poszczególnymi częściami ciała, uwzględniając przy tym bodźce systemu nerwowego oraz inne czynniki (zew. i wew. pola sił) koordynacja ruchowa- współdziałanie mechanizmów fizjologicznych głównie nerwowo- mięśniowych, zapewniające wykonanie realnego i konkretnego zadania ruchowego zgodnie z jego programem. 20. 21. Scharakteryzuj strukturę biodynamiczną chodu standardowego: koordynacja N/M wybranych zespołów mięśniowych, dynamiczna reakcja podłoża („dynamika odbicia”). Z chwilą odbicia włącza się mięsień czworogłowy uda zużywając ok. 40% swej energii zasila zgięcie biodra i nadaje nodze pierwszy impuls. Podczas nagłego skręcenia uda na zewnątrz dołączają się mięśnie przywodziciele. Grupa prostowników (piszczelowy przedni, prostownik długi palców i prostownik długi palucha) zabezpieczają palce przed zaczepieniem o podłoże. Bezpośrednio przed zetknięciem pięty z podłożem grupa mięśni kulszowo- goleniowych stabilizuje kolano. Gdy ciężar ciała przenosi się na nogę działa na nią grupa przywodzicieli, prawie natychmiast grupa odwodzicieli stabilizuje miednicę względem uda. Równocześnie włącza się mięsień pośladkowy, prostując biodro i zmniejszając rotację wewnętrzną uda. Grupa prostowników, która w fazie wykroku jest wydłużona hamuje stopę, zapobiegając jej zahaczeniu o podłoże. W tym czasie przystępuje do pracy mięsień czworogłowy uda. Łagodzi on uderzenie pięty o podłoże i przejmuje ciężar ciała, po czym doprowadza kolano do wyprostu. Gdy człowiek zaczyna stawiać kroki do przodu mięsień prostownik grzbietu i mięśnie odwodziciele uda kontrolują pochylenie miednicy do przodu i utrzymują wyprostną postawę. Podczas pełnego podporu ustaje wszelka aktywność mięśni za wyjątkiem mięśni łydki, które zaczynają pracę w tej fazie. Ich działanie jest największe tuż przed odbiciem. Zginacze podeszwowe stopy wykazują największą aktywność podczas podporu przodostopia. Zginacze grzbietowe- ich aktywność rozpoczyna się przed fazą podporu. Związane jest to z kontrolą położenia stopy, aby nie zahaczać o podłoże (praca koncentryczna). Główna praca mięśni w chodzie prawidłowym zaczyna się w ostatnich 10% fazy wykroku. Polega ona na hamowaniu, za które są odpowiedzialne w kolejności mięśnie kulszowo- goleniowe, prostownik grzbietu, zginacze podeszwowe stopy, odwodziciele uda, mięsień pośladkowy wielki i czworogłowy uda. Koordynacja nerwowo- mięśniowa zespołów mięśni charakteryzuje się tym, że: maksymalne pobudzenia mięśni są krótkotrwałe mięsnie pracują fazowo narost aktywności jest szybki są długie okresy ciszy bioelektrycznej mięśnie pracują koncentrycznie i ekscentrycznie aktywność mięśni pojawia się przed początkiem fazy i kończy się przed końcem fazy→ mięśnie pracują na granicy faz 22. 23. 24. W modelu Pauwelsa wektor wypadkowej siły R jest przyłożony pod kątem 16° podczas stania jednonożnego w punkcie obrotu 0, pokrywającym się z anatomicznym środkiem głowy kości udowej. Ramię siły odwodzicieli przebiega od punktu obrotu do szczytu krętarza większego, ramię masy ciała natomiast od punktu obrotu 0 do punktu k, będącym rzutem środka ciężkości na poziomą, biegnącą przez punkt obrotu 0. Siła R jest wypadkową zredukowanego ciężaru ciała Pz oraz siły M mięśni odwodzących w stawie biodrowym (pośladkowy średni i mały) stabilizujących miednicę równoważących masę ciała. Pauwels w swoim modelu uwzględnia oddziaływanie pasma biodrowo- piszczelowego, które stymuluje za pomocą cięgna biegnącego przez oś stawu kolanowego do krętarza większego, gdzie jest utwierdzone. Wg Pauwelsa w ten sposób następuje częściowe, równoważenie momentu gnącego w trzonie kości udowej. W płaszczyźnie horyzontalnej Pauwelsa uwzględnia się oddziaływanie mięśni rotujących uda Ru w stawie biodrowym. Model Maqueta- odmiennie przedstawia rolę pasma biodrowo- piszczelowego. W jego modelu pasmo zewnętrzne powięzi szerokiej uda jest napinane przez mięsień odwodzący. Symulowane jest ono jako cięgno biegnące wzdłuż trzonu kości udowej od stawu kolanowego do kości miednicy. Model obciążeń stawu biodrowego (Zakład Doświadczalnej Analizy Konstrukcji Inżynierskich i Biomechanicznych Politechniki Wrocławskiej z Kliniką Ortopedii Akademii Medycznej we Wrocławiu) W modelu tym uwzględniono oddziaływanie Mas tułowia na główkę kości udowej R, jak I oddziaływanie mięśni odwodzicieli M, pasma biodrowo- piszczelowego T, ponadto uwzględniono oddziaływanie rotatorów wywołujących skręcenie kości udowej. Aktywny model oddziaływania Obciążeń w stawie biodrowym.	6. Scharakteryzuj biomechaniczną interpretację postawy ciała zwracając uwagę na strategię równoważenia momentów sił ciężkości przez momenty sił mięśniowych. Z punku widzenia biomechanicznego, strategia sterowania postawą ciała polega na równoważeniu momentów sił pochodzących od ciężarów segmentów ciała momentami sił odpowiednich grup mięśniowych działających na poziomach tych segmentów. Metodą składania sił lub momentów sił można określić środki ciężkości dowolnej masy ciała, leżącej powyżej danego stawu i tym samym obliczyć w różnych typach postaw momenty sił ciężkości oraz równoważące je momenty sił mięśniowych w danym stawie. Do przodu od osi obrotu w stawach szczytowo- potylicznych działa ciężar głowy, której środek ciężkości oznaczamy Q1. W celu zachowania równowagi muszą działać na ten staw prostownik głowy oznaczone m1 znajdujące się w tyle od dawnej osi obrotu. Analogicznie jest ze środkiem ciężkości rąk, głowy Q2- ciężar ten równoważą mm. Grzbietu m2. W postawie prawidłowej środek ciężkości głowy, kończyn górnych i klatki piersiowej Q działających na odcinek lędźwiowy jest równoważony mm. brzucha i prostownikami grzbietu w odcinku lędźwiowym. W tej prawidłowej sylwetce postawę utrzymują prostowniki i zginacze stawu biodrowego, gdyż rzut siły ciężkości Q przechodzi przez oś obrotu. Natomiast w złej postawie rzut ten przechodzi do tyłu od osi. Powstały moment obrotowy równoważą zginacze stawu biodrowego, w stawach kolanowych i skokowych rzut środka ciężkości całego ciała przechodzi do przodu od osi obrotu. Zmusza to do pracy zginacze stawów kolanowych i zginacze podeszwowe stawów skokowych. 7. Wyjaśnij, dlaczego dla prawidłowej postawy tak ważna jest kontrola masy ciała (unikanie nadwagi) oraz siła i wytrzymałość mięśni? Wskaż, które zespoły mięśniowe są „kluczowymi” w tym procesie. Dla prawidłowej postawy niezmiernie ważna jest kontrola masy ciała, siła i wytrzymałość mięśni. Nadwaga ujemnie wpływa na stawy, narządy wewnętrzne i ogólną postawę ciała. Przy tym zmienia się środek ciężkości, co wpływa na zwiększenie płaszczyzny podparcia człowieka- nierównomiernie rozłożenie masy ciała, zmiana krzywizny kręgosłupa, przodopochylenie miednicy powoduje przeciążenie stawów kończyn dolnych (nogi ustawione są w pewnym odwiedzeniu, aby zwiększyć płaszczyznę podparcia. Często dochodzi do nóg szpotawych lub też koślawych). Siła mięśni, aby utrzymać całą sylwetkę w prawidłowy sposób. Niezmiernie ważna jest siła kluczowych mięśni podtrzymujących prawidłową postawę tj. mm. grzbietu, brzucha i barku i pośladków, ich osłabienie sprzyja wadom postawy (są cztery podstawowe wady). Wytrzymałość tych mm. jest równie ważna, co ich siła, ze względu na konieczność utrzymania prawidłowej postawy przez dłuższy czas. Aby utrzymać prawidłową postawę ciała należy, więc kontrolować wagę, wzmacniać mm. utrzymujące ją, nie dopuszczać do przykurczy. Postawa człowieka jest wyrazem jego stanu fizycznego i psychicznego- dobra postawa zależy od: - prawidłowo ukształtowanego układu kostno- więzadłowego - dobrze rozwiniętego układu mięśniowego - sprawności układu nerwowego Oprócz tego mięsień przystosowany jest morfologiczne: - budowa dla siły- krótkie, liczne włókna o pierzastym układzie - budowa dla szybkości- długie i mniej liczne włókna mięśniowe o równoległym układzie. Mechaniczne przystosowanie mięśnia: - dla siły- przyczepy w większej odległości od środka ruchu, większe ramię dźwigni - dla szybkości- przyczepy w bliższej odległości, krótsze ramię dźwigni Do mm., które mają bezpośredni wpływ na postawę ciała należą: mm. grzbietu, mm. pośladkowe (wielki i średni) oraz mm. brzucha. Aby nasza postawa ciała była prawidłowa powinniśmy prowadzić aktywny tryb życia, a tym samym nie dopuścić do nadwagi. Bardzo ważna jest kontrola masy ciała, ponieważ jeśli nasza waga będzie prawidłowa nasz organizm „nie odczuje” znacznego przeciążenia nadmierną tkanką tłuszczową. W przypadku otyłości nie tylko nasze poczucie fizyczne i psychiczne będzie w złej „formie”, ale przede wszystkim nasz kręgosłup, który jest trzonem postawy. Mimo, iż nasz kręgosłup jest odporny na wiele urazów to jednak nie możemy zapominać, aby kontrolować naszą masę ciała, ponieważ nasz kręgosłup, do którego przyczepiają się ważne mięśnie nie będzie w stanie funkcjonować w prawidłowy sposób. Nadmierna otyłość nie tylko obciąża kręgosłup, ale także wpływa na płasko- koślawe ustawienia stóp. 14. Scharakteryzuj mechanizmy koordynacyjne ruchu – jak pracuje układ nerwowy podczas koordynacji ruchu. 1. układ nerwowy (UN). musi otrzymywać stałą informacje o parametrach ruchu (sile, prędkości, przyspieszeniu) oraz anatomicznych i fizjologicznych możliwościach mm. Służą do tego różne receptory, czyli narządy zmysłów. 2. w UN konieczne są odpowiednie ośrodki, które przeanalizują a następnie dokonają syntezy wszystkich bodźców płynących od receptorów 3. UN powinien mieć wypracowany program działania ruchowego, który określa cel zadania ruchowego (co i jak wykonać) 4. UN musi dysponować sprawnym mechanizmem porównującym, który będzie oceniać czy ruch przebiega zgodnie z założonym programem. Inaczej mówiąc będzie oceniał czy siły prędkości i ustawienia ciała czy przedmiotu wywołują zamierzony rezultat ruchowy. 5. W UN muszą być ośrodki, które na podstawie oceny zgodności przebiegu ruchu z jego założeniami wyślą odpowiednie bodźce ruchowe do mięśni. 15. Przedstaw i scharakteryzuj model procesu koordynacji ruchowej wg N.A.Bernsteina. W myśl założenia Bernsteina istota sterowania polega na nadążnym porównywaniu wartości pożądanej, którą wypracowuje człowiek, w toku uczenia się jako program ruchu, z faktyczną wartością bieżącą parametrów ruchu. W konsekwencji mięśnie są pobudzone przez układ nerwowy (regulator) nie według stałego schematu, lecz ze stałym dopasowaniem się ΔW do zaistniałej sytuacji, tak aby końcowy rezultat ruchowy umożliwiał realizację zadania ruchowego. Porównanie wartości SW i IW w mechanizmie porównującym prowadzi do spełnienia trzech zadań: - określa impulsy korekcyjne - akceptuje wykonany etap ruchu - umożliwia określenie nowej wartości SW, jeśli ruch się nie opłaca, lub jest niemożliwy do wykonania. Czas obiegu inf. od receptora do efektora Δt = ok. 0,07-0,12s. Proces cykliczny sterowania przebiega więc z częst. od 8-14Hz. Wartość Δy jest dolną granicą czasu reakcji prostej. ΔW – sygnał błędu, czyli różnica pomiędzy SW i IW SW – wartość pożądana IW – wartość bieżąca 18. CHÓD: Definicja Chód jest cyklicznym ruchem lokomocyjnym polegającym na naprzemiennej utracie i powrocie do równowagi. Składa się z dwóch faz: -fazy podporu (ok. 60% - piętą – 18%, środkiem – 30%, przodostopiem – 12%), -fazy wymachu (ok. 40% - przyspieszenie przenoszenie, hamowanie), -okres podwójnego podparcia (ok. 10%). Chód jest lokomocją polegającą na przemieszczaniu masy ciała skupionej w środku ciężkości, w przestrzeni, wzdłuż drogi wymagającej najmniejszego wydatku energetycznego. 25. . Zdefiniuj pojęcie biegu i scharakteryzuj biokinematyczną strukturę biegu: fazy i okresy cyklu, trajektoria OSM. Bieg- jest formą lokomocji charakteryzujący się przemieszczaniem ciała człowieka w przestrzeni i w czasie w wyniku rozwijania sił napędowych KKD w jednopodporowych cyklicznie występujących po sobie fazach. Prędkość biegu- jest funkcjonalna długość kroku L i częstotliwości kroku F. Bieg Struktura kinematyczna Jeden krok biegowy Faza podporu Faza lotu -Okres amortyzacji - Okres wznoszenia OSM -Okres odbicia -Okres opadania OSM Fazy Kończyny wymachowej ( 1,2,3) Fazy Kończyny podporowej ( 4,5,6) Fi- sila bezwładności Fo- siła odśrodkowa a-przyśpieszenie V- prędkość L- siła reakcji N- siła, składowa prostopadła T- siła tarcia 26. 30. Scharakteryzuj biomechanikę stawu kolanowego. Staw kolanowy jest największym u człowieka skomplikowanym trójwymiarowym systemem mechanicznym. Ruchy jego elementów składowych podczas aktywności życiowej zależą od stopni swobody charakterystyk ruchu z jednej strony oraz warunków obciążeń, oddziaływań mięśniowych podczas realizacji poszczególnych funkcji stawu- z drugiej. W ustroju nośnym człowieka staw kolanowy jest przystosowany do przenoszenia obciążeń różnie ukierunkowanych o znacznych wartościach. Najprostszym przypadkiem przenoszenia obciążeń jest pozycja statyczna- stanie. Podczas ruchu staw kolanowy stanowi przegub, przekazujący obciążenia ruchu, między trzema kośćmi: udową, piszczelową i strzałkową. Podstawowe ruchy w stawie są następujące: zginanie i przeprost. Staw kolanowy jest głównie przystosowany do przenoszenia pionowych obciążeń ściskających. Teoretycznie staw kolanowy ma sześć stopni swobody: trzy w ruchu postępowym oraz trzy w rotacyjnym. Podstawowymi elementami stawu, przenoszącymi obciążenia są oba kłykcie kości udowej wraz z powierzchniami, które można przyrównać do panewki stawowej (kłykciami) kości piszczelowej. Od przodu elementem stabilizującym jest rzepka, połączona od góry ze ścięgnem mięśnia czworogłowego, w dolnej natomiast za pomocą więzadła z guzowatością piszczeli. Staw ten w płaszczyźnie czołowej jest stabilizowany więzadłami pobocznymi- piszczelowym oraz z drugiej strony- więzadłem pobocznym strzałkowym. Mięśnie i ścięgna przechodzące w rejonie kolana, oddziałując z elementami strukturalnymi podczas przenoszenia obciążeń oraz ruchu. Wewnątrz stawu pomiędzy kłykciami kości udowej a panewką piszczeli znajdują się łąkotka przyśrodkowa oraz boczna. Łąkotka posiada dobre własności sprężyste, dlatego razem z płynem stawowym oraz chrząstką stawową stanowią doskonały element tłumienia drgań. Istotnym elementem decydującym o funkcjach motorycznych stawu są mięśnie (układ napędowy). Podstawowymi mięśniami działającymi w rejonie stawu kolanowego są mięśnie zginające podudzie: krawiecki, smukły, półścięgnisty, półbłoniasty, dwugłowy i podkolanowy oraz prostujący podudzie: czworogłowy. Budowa geometryczna kończyny dolnej wpływa na ukształtowanie powierzchni stawowych kolana. Podstawową osią kończyny dolnej jest oś mechaniczna (linia Mikulicza). Jest to linia łącząca środek głowy kości udowej ze środkiem stawu skokowego. W prawidłowo zbudowanym stawie linia ta jest odchylona od linii pionowej (oś- linia środkowa człowieka) w stronę boczną. Kąt tego odchylenia u mężczyzn wynosi około 3º, u kobiet natomiast, ze względu na odmienną budowę miednicy, około 5º. W analizie kończyny dolnej wyróżnia się również osie kości udowej i piszczelowej. Osie te przechodzą przez geometryczne środki przekrojów obu tych kości. Oś kości udowej tworzy z osią mechaniczną kąt 6º, w prawidłowo natomiast zbudowanej kończynie oś kości piszczelowej pokrywa się z osią geometryczną. Linia styczna do powierzchni stawowych w kolanie jest nachylona w stosunku do osi mechanicznej pod kątem ok.87º. Wszelkie odchylenia od tych parametrów świadczą o nieprawidłowościach w budowie stawu kolanowego. Jeśli geometryczny środek stawu kolanowego jest umiejscowiony po stronie bocznej (zewnętrznej) osi mechanicznej, to mamy do czynienia z kończyną o ukształtowaniu szpotawym, jeśli natomiast środek stawu kolanowego, to kończyna jest ukształtowana koślawo. Obciążenia stawu kolanowego: Obciążenia stawu kolanowego mogą przyjmować różne wartości, które zależą od wykonywanej czynności. Osiowe obciążenia przenoszone przez staw podczas chodzenia w poziomie lub po schodach mogą być 1,3 raza większe od ciężaru ciała, podczas biegu natomiast ponad 2 razy. Momenty sił (wynik oddziaływania sił mięśniowych mogą wynosić ok. 50 Nm. W pierwszej fazie reakcje podparcia z piętą są przenoszone przez powierzchnie stawu kolanowego oraz więzadła rzepkowe, w czasie podparcia stopą natomiast większe obciążenia przenoszą tylne struktury więzadłowo mięśniowe nogi. Obciążenia stawu podczas ruchu są zmienne, zależnie od kontaktu części stopy z podłożem oraz zakresu ruchu podudzia. W biomechanice stawu kolanowego dominującym schematem obciążeń jest model opracowany przez Maqueta. Maquet rozważa obciążenia stawu zarówno w różnych płaszczyznach (strzałkowa, czołowa), jak i czynnościach- stanie na obu i jednej nodze. Podczas stania równomiernego na obu stopach, kolana są obciążone symetrycznie częścią masy ciała powyżej kolan (tj. ok. 85% masy ciała). Wypadkowe tych obciążeń przechodzą przez geometryczny środek kolana. Wypadkowa obciążeń wynikających ····z oddziaływania masy ciała, przechodzi przez środek ciężkości S3, znajdujący się na poziomie kręgu lędźwiowego L3. W płaszczyźnie strzałkowej środek ciężkości jest umiejscowiony na linii utworzonej przez środki geometryczne stawów biodrowego, kolanowego i skokowego. Dla osoby o masie 70 kg oba kolana będą obciążone równomiernie siłami ok. R1= R2= 292 N. Obciążenie stawu kolanowego; stanie na obu kończynach: Podczas stania na jednej stopie, obciążenia kolana wynikają z oddziaływania masy całego ciała, bez uwzględnienia oddziaływania masy jednej nogi poniżej kolana (tj. ok. 93% masy całego ciała). Wypadkowa obciążeń jest w tym wypadku w środku obciążeń umiejscowionym w punkcie S7. Obciążenia kolana w płaszczyźnie czołowej podczas stania na jednej nodze: Obciążenie stawu kolanowego w płaszczyźnie strzałkowej: Siła wypadkowa obciążająca staw jest wynikiem oddziaływania masy ciała stopy na podłoże i odpowiednich grup mięśniowych. Obciążenie rozłożono na: 1. siły działające na staw udowo- piszczelowy 2. siły działające na staw udowo- rzepkowy	8. Wyjaśnij biomechaniczny sens stosowania „pajączka” do korekty prawidłowej postawy ciała. Zinterpretuj rolę pętli sprzężenia zwrotnego „biofeedback” w tym procesie. Mówiąc o stosowaniu „pajączka” do korekty prawidłowej postawy ciała mamy na myśli oddziaływanie w tym procesie układu zamkniętego, czyli sprzężenia zwrotnego. Zadanie ruchowe odbywa się na tyle długo, że korekta sygnału jest możliwa. W takim układzie poza sygnałem sterującym od układu sterującego do układu sterowanego powstaje sygnał zwrotny. Mówimy wówczas o sprzężeniu zwrotnym, ta regulacja ma na celu adaptację sygnału sterującego, do zakłóceń, jakie są na wyjściu. Wówczas korygujemy naszą postawę starając się o najmniejszy margines błędu (odchylenia) od zamierzonego celu. Jeżeli nasza postawa stosując „pajączka” jest nieodpowiednia wówczas zostaje wysłana korekta w postaci dźwiękowej i natychmiast minimalizujemy to odchylenie. Gdy nauczymy się „trzymania” prawidłowej postawy wówczas możemy korygować naszą postawę bez potrzeby używania „pajączka”. Sprzężenie zwrotne→ to regulacja, która ma na celu pewną adaptację sygnału sterującego do zakłóceń, jaka jest na wyjściu. Albo korygujemy kolejny sygnał, albo zmieniamy program w stosunku do zaistniałej sytuacji, starając się o najmniejszy margines błędu (odchylenia) od zamierzonego celu. -dodatnie→ oznacza, że każda kolejna poprawka wzmacnia sygnał pierwotny -ujemne→ zapewnia homeostazę. W tym przypadku mamy ciągłe porównanie sygnału wyjściowego z żądanym i w komparatorze formułowane jest wzmocnienie lub osłabienie sygnału. Dziecko, gdy siedzi, je, czy odrabia lekcje przyjmuje nieprawidłową postawę, a pajączek ma mu o tym przypominać. Warunkiem prawidłowego zastosowania jest dopasowanie pajączka: umiejętności przyjęcia przez dziecko prawidłowej postawy. Podsumowanie: -„pajączka” generalnie stosuje się u dzieci w celu przypomnienia im o prawidłowej pozycji pleców w każdej pozycji -gdy dziecko się bawi, uczy i je posiłek przy stole- często zapomina o prostych plecach, a „pajączek” ma mu o tym przypominać sygnałem dźwiękowym -gdy dziecko przyjmuje postawę zgarbioną sygnał dźwiękowy przypomina mu o wyprostowaniu się -jeżeli pajączek jest odpowiednio dopasowany, dziecko wie, jaka postawa jest prawidłowa, to rola „pajączka” się sprawdza, gdyż po sygnale dziecko prostuje się -rola pętli sprzężenia zwrotnego „biofeedback” w tym procesie jest przewodzącą, gdyż przy przyjęciu złej postawy- nieprawidłowej- następuje sygnał dźwiękowy, który nakazuje dziecku powrót do prawidłowej postawy 10. Scharakteryzuj zaburzenia stabilności postawy u ludzi w wieku starszym. Procesom starzenia towarzyszy postępująca degradacja wszystkich systemów fizjologicznych. Z wiekiem następuje również stopniowe upośledzenie funkcji systemu ruchowego i posturalnego, od których wydolności zależy stabilność postawy. Głównym objawem niestabilności są zaburzenia równowagi, powodujące często tragiczne w skutkach upadki. Większość upadków u osób starszych występuje w czasie lokomocji. W takich warunkach przeważają upadki w kierunku do przodu, powodując najczęściej uszkodzenia kończyn górnych. Prawdopodobieństwo upadku do tyłu i na boki jest podobne. Mężczyźni częściej upadają w wyniku poślizgnięcia się. Wśród starszych kobiet przeważają upadki spowodowane potknięciem się i w konsekwencji upadają one do przodu. Upadek może spowodować poważniejsze urazy głowy, złamania, zwichnięcia i uszkodzenia tkanek miękkich. Złamania dotyczą zazwyczaj KKG, stawu biodrowego, żeber i kręgosłupa. W czasie upadku typową strategią obronna jest używanie KKG w celu ochrony głowy i tułowia. Wielkość i rodzaj urazu związanego z upadkiem wyznaczają dwie grupy czynników. Z jednej strony są to siła i związane z nią momenty podczas uderzenia o ziemię. Drugą grupę stanowi wytrzymałość tkanek na przeciążenia spowodowane upadkiem. Upadek można podzielić na dwie fazy : przeduderzeniową, zwaną też fazą zstępującą, oraz zderzenie. Maksymalna siła zderzenia, a tym samym jej skutki, zależą między innymi od twardości podłoża, objętości tkanki miękkiej w obszarze zderzenia oraz kinematyki ciała. Nauczenie pacjenta, jak zachować się w czasie upadku pozwala mu na znaczne zredukowanie maksymalnego przeciążenia, a tym samym może zmniejszyć prawdopodobieństwo złamania KKG. Ugięcie KKG i stawów łokciowych pozwala łatwo zamortyzować siłę uderzenia. 19. Zdefiniuj pojęcie chodu i scharakteryzuj strukturę biokinematyczną chodu standardowego: fazy i okresy cyklu, trajektoria OSM, mechanizm zapoczątkowania chodu wyrażony w zmianie położenia OSM Chód jest lokomocją polegającą na przemieszczaniu masy ciała, skupionej w środku ciężkości wzdłuż drogi wymagającej najmniejszego wydatku energetycznego. Chód człowieka jest formą lokomocji, w której funkcję podporowo- napędową spełniają kończyny dolne, pewną zaś rolę równoważną dla ich pracy- kończyny górne. Praca kończyn jest na przemian stronna, a ruchy cykliczne- tj. określone fazy ruchów powtarzają się. Celem chodu jest przemieszczanie ciała człowieka, natomiast jego struktura: kinematyczna i dynamiczna powinny się tak kształtować, aby lokomocja była możliwie ekonomiczna. Chód charakteryzuje symetryczne poruszanie nogami. Składowa pionowa siły odbicia (reakcji) jest mniejsza od ciężaru człowieka, dlatego też w chodzie nie występuje faza lotu. Ekonomiczny chód obserwujemy przy częstotliwości 90- 110 kroków na minutę. Wówczas składowa pionowa siły reakcji mieści się w przedziale (0,8- 1,2Q), gdzie Q- ciężar ciała, a przy częstotliwości 195- 200 kroków min. Składowa pionowa siły reakcji przekracza wartość 2Q i chód przechodzi w bieg. CYKL CHODU(100%) FAZA PODPORU(60%)- zaczyna się od dotknięcia piętą podłoża przy wysuniętej do przodu kończynie, a kończy w momencie oderwania się palców stopy od podłoża przy kończynie cofniętej do tyłu * podpór piętą * podpór środkowy * podpór przodostopia FAZA WYMACHU(40%)- zaczyna się od momentu oderwania palców stopy od podłoża do momentu, gdy pięta dotknie podłoża * okres przyspieszenia * okres przeniesienia * okres hamowania Ogólny środek ciężkości ciała zlokalizowany jest w odległości 2 cali tj. ok. 5cm do przodu od drugiego kręgu krzyżowego. Przemieszczenie OSM w trzech płaszczyznach: a) pł. Pozioma b) pł. strzałkowa c) pł. czołowa Podczas normalnego chodu przesuwa się on nie więcej niż 5cm w kierunku pionowym amplitudy OSM- płaszczyzna pionowa na 5cm. Wahania środka ciężkości wykazują, że porusza się on po łagodnej krzywej sinusoidalnej w trakcie propulsji ciała do przodu. Struktura kinematyczna chodu standardowego: a) podpór pojedynczy początek wymachu wymach środkowy zakończenie wymachu b) podpór podwójny podpór piętą moment obciążenia c) podpór pojedynczy podpór środkowy zakończenie podporu d) podpór podwójny poprzedzenie wymachu 27. Zdefiniuj pojęcie techniki ruchu i skutecznej techniki ruchu. Technika : Ogół środków i czynności wchodzących w zakres działalności ludzkiej związanej z wytwarzaniem dóbr materialnych. Celowy, racjonalny, oparty na teorii sposób wykonywania prac w jakiejś dziedzinie, metoda. Technika ruchu : Ogólny sposób rozwiązywania zadania ruchowego określonego przez taktykę działania przy uwzględnieniu cech psychicznych i fizycznych człowieka. Technika ruchu skuteczna: Pozwala na osiągnięcie maksymalnego rezultatu sportowego jeżeli parametry wykonywanego ruchu mają wartości ekstremalne ( rzadziej optymalne) 28. 29. Scharakteryzuj biomechanikę stawu biodrowego. Siły działające na staw biodrowy można podzielić na zewnętrzne i wewnętrzne. Siłami zewnętrznymi są siła przyciągania ziemskiego, oddziaływanie podporowe oraz siły, z jakimi inne ciała działają na ciało człowieka. Do sił wewnętrznych należą przede wszystkim siły wynikające z działania mięśni. Staw biodrowy przenosi obciążenia statyczne i dynamiczne, wynikające z masy ciała, siły mięśni działających na staw oraz przyspieszenia i przyciągania ziemskiego. Według Bergmana i innych autorów w poszczególnych fazach chodu zmienia się wartość obciążeń występujących w stawach biodrowych. Ulega zmianie kierunek i wartość wektora wypadkowej siły (R) stawu biodrowego. Zmianie ulega również położenie środka ciężkości ciała (S), który przemieszcza się w stronę przeciwną do kończyny obciążanej. Pauwels rozpatruje dwie sytuacje biomechaniczne w stawie biodrowym: fazę obciążenia obu nożnego i fazę stania na jednej nodze.Podczas podparcia na obu kończynach zakłada się, iż w środku ciężkości S4 obciążenia od głowy, tułowia i kończyn górnych stanowią 62% masy ciała. Podczas podparcia na jednej nodze staw biodrowy przenosi obciążenia od głowy, tułowia, kończyny górnej oraz drugiej kończyny. Środek ciężkości jest umiejscowiony w S5, wypadkowe obciążenia K stanowią w tym wypadku 81% całkowitej masy ciała człowieka. W modelu Pauwelsa wektor wypadkowej siły (R) stawu biodrowego jest ukierunkowany w punkt obrotu (O), będący środkiem anatomicznym głowy kości udowej. W fazie jednostronnego obciążenia kończyny całkowita wartość siły obciążającej staw biodrowy wynika z oddziaływania masy ciała oraz siły, z jaką działają na staw mięśnie okołostawowe. Obciążenia stawu biodrowego podczas stania na obu nogach, kończyny obciążone symetrycznie. S4- środek ciężkości tułowia oraz kończyn górnych R- siła działająca na główkę kości udowej Obciążenia stawu biodrowego podczas ruchu, faza obciążania jednej nogi: S5- środek ciężkości ciała, oddziaływanie tułowia, kończyn górnych, głowy, bez drugiej kończyny dolnej K- wypadkowa sił oddziaływania mas ciała M- oddziaływania mięśni odwodzących R- reakcja wypadkowa oddziaływania na głowę kości udowej Model dźwigni dwuramiennej, modelującej obciążenia głowy kości udowej podczas stania na jednej nodze: relacje obciążeń analiza wartości obciążeń w stawie biodro- działających w stawie wym przedstawia biodrowym z wykorzystaniem się zazwyczaj za dźwigni dwuramiennej jest pomocą dźwigni słuszne dla stanów równowagi, dwuramiennej, w kiedy środek ciężkości ciała której punkt znajduje się w płaszczyźnie podparcia odpo- czołowej. wiada środkowi stawu biodroweg Prawidłowo obciążone kolano ma równomierny rozkład sił na kłykciach kości piszczelowej. Podczas chodu na skutek reakcji podłoża przeciążenie przedziału przyśrodkowego- predysponujące do ustawienia szpotawego.