Równowaga, środek ciężkości ciała, stabilność postawy.

Metody badań równowagi i stabilności.

Ruch ciała ludzkiego jest szczególnym przypadkiem mechaniki, podlegającym działaniu tych samych

praw fizycznych.

Wpływ praw fizyki na równowagę i stabilność ciała ludzkiego:

I prawo Newtona - ciało pozostaje w stanie równowagi jeżeli nie działa na nie żadna siła

(jeżeli jest w spoczynku - pozostaje w spoczynku; jeżeli jest w ruchu jednostajnym - nadal porusza się tym ruchem)

II prawo Newtona - siła ( F ) działająca na ciało nadaje mu przyśpieszenie ( akcelerację ) ( a ), która

jest odwrotnie proporcjonalne do masy ciała i wprost proporcjonalne do wartości działającej siły [ a =

F/m]

Masa w warunkach ziemskich się nie zmienia [ m = F/a );

Siła ( F = am ) w warunkach ziemskich wynika z ciężaru ciała - jest iloczynem przyśpieszenia

ziemskiego ( przyciągania ziemskiego - 980 cm/s) i masy ciała

III prawo Newtona - ciało pozostaje w równowadze jeżeli wszystkie działające na niego siły się

równoważą ( każda siła jest „neutralizowana" przez równą co do wielkości siłę, działającą w jednej

linii, lecz w przeciwnych kierunkach, tak że ich suma wynosi zero; akcja i reakcja )

Dla celów obliczeniowych przyjmuje się, że masa ciała jest skoncentrowana w jednym punkcie i punkt

ten nazywamy środkiem ciężkości (grawitacji)

Środek ciężkości - punkt wokół którego przedmiot pozostaje w równowadze w każdym kierunku.

(ogólny środek ciężkości - OSC; z ang. center of gravity - COG )

Unia ciężkości ( grawitacji) - linia przebiegająca przez środek ciężkości danego ciała do środka ziemi

• w przypadku przedmiotu jednolitego i symetrycznego, środek ciężkości leży w centrum
przedmiotu w równej odległości od dwóch pozostałych boków ( powierzchni)

ciało ludzkie jest przedmiotem nierównym i asymetrycznym -> środek ciężkości nie będzie się znajdował w centrum ciata.

• Środek ciężkości ciała u dorosłych mężczyzn leży na poziomie około 56 % ich całkowitej
  wysokości ciała mierzonej od podeszwy stóp.

• Środek ciężkości ciała u dorosłych kobiet leży nieco niżej - na poziomie około 55 %
  całkowitej wysokości ich ciała mierzonej od podeszwy stóp ( nieznacznie niżej i bliżej środka
  ze względu na względnie większe rozmiary miednicy)

• Środek ciężkości ciała w pozycji wyprostnej jest zlokalizowany około 2,5 cm ( 5 cm ) przed
  drugim kręgiem krzyżowym.

Linia ciężkości ( grawitacji) ciała ludzkiego - to linia pionowa przechodząca przez środek ciężkości.

Linia ciężkości należy do płaszczyzny czołowej, która dzieli ciało na dwie nierówne części - przednią i tylną.

Płaszczyzna czołowa tworzy „płaszczyznę równowagi" dla ruchów w kierunku przednio-tylnym.

Środek ciężkości ciała jest punktem równowagi dla ruchów we wszystkich kierunkach. Na powierzchni ciała można zaznaczyć linię ciężkości poprzez linie pionową biegnącą ku dołowi od punktu tuz za małżowina uszną (I), przez wyrostek barkowy łopatki (II), przez staw biodrowy, tuż za wyniosłością krętarza większego (III), przez przednią część stawu kolanowego (IV ), tuż przed kostką boczną stawu skokowego. (jest to jej zewnętrzna projekcja )

Warunki równowagi biernej ( grawitacyjnej):

1.linia grawitacji przebiega przez środki ciężkości wszystkich segmentów ciała

2.linia grawitacji przebiega przez środki ruchu w stawach

3.linia ciężkości całej struktury pada na powierzchnię ( połę podparcia )

• Ciało ludzkie jest złożonym biomechanizmem, utworzonym przez pięć łańcuchów kinematycznych, na które składa się wiele segmentów połączonych stawami

• Nie jest możliwe utrzymanie biernej równowagi -> linia ciężkości ciała nie przechodzi przez

środki ciężkości wszystkich segmentów ani przez środki ruchu w stawach. W pozycji wyprostnej siła grawitacji działając w pewnej odległości od środka ruchu w stawie wywołuje, oprócz efektu prostolinijnego, działanie rotacyjne na wiele stawów (składowa rotacyjna, obrotowa) Dla zachowania równowagi składowe rotacyjne siły grawitacji muszą zostać „zrównoważone" przez działanie sił mięśniowych.

Czynniki wpływające na stabilność:

• pole powierzchni podparcia - im większe, tym większa stabilność (potrzebna jest większa siła
  dla zaburzenia równowagi)

• położenie środka ciężkości ciała - im niżej położony jest środek ciężkości, tym większa
  stabilność- trudniej zaburzyć równowagę ( przesunąć linie ciężkości poza pole powierzchni
  podparcia)

Przykład: pozycja zawodnika sumo

Ciało ludzkie można potraktować jako strukturę wysoce niestabilną:

• względnie wysokie położenie środka ciężkości ciała przy stosunkowo niewielkiej powierzchni
  (płaszczyzny) podparcia

• nieregularność kształtów ciała

• złożoność i wielosegmentowość biomechanizmu ciała ludzkiego

Szkielet luczki można opisać jako segmentowaną kolumnę deseczek ( kręgów), do której
szczytu przytwierdzone są obręcze barkowe, a do nich podwieszone kończyny górne;
struktury te transmitują swój ciężar na tylną część skośnie ustawionej miednicy, która
kołysze się na dwóch kończynach dolnych. Cała ta struktura opiera się o podłoże na dwóch
segmentach ( stopach ), których długość i szerokość jest stosunkowo niewielka w odniesieniu
do wysokości ciała ( odpowiednio 1/6 i 1/18 wysokości ciała (-niewielka

powierzchnia podparcia

Przystosowania człowieka do utrzymania równowagi i stabilnej, wyprostowanej postawy ciała:

1. Siła mięśni prostowników jest znacznie większa od siły zginaczy-siła grawitacji zawsze próbuje
zginać ciało ku przodowi - prostowniki muszą wykonać większą pracę -> znacząca funkcja „szyny"
mięśni krzyżowo - grzbietowych dla tułowia, mm. pośladkowego dla stawu biodrowego

i czworogłowego ud dla stawu kolanowego oraz mięśni stabilizujących staw skokowy (brzuchate łydki i w szczególności mm. płaszczkowaty)

2. Napięcie mięśni posturalnych i antygrawitacyjnych (tonicznych) jest większe niż mięśni
   kinetycznych (fazowych)

3. Elastyczność (ruchomość ) kręgosłupa i wytworzenie się fizjologicznych krzywizn sprawia, że linia
   grawitacji pada na powierzchnie podparcia

4. Powierzchnia podparcia może być rozszerzona w każdym kierunku poprzez zmianę ułożenia
   kończyn dolnych ( np. rozstawienie stóp poszerza powierzchnie podparcia - strategia zwiększająca
   stabilność postawy; zabezpieczenie przed upadkiem - wykrok, zakrok, rozkrok )

Równowaga, stabilna postawa ciała oraz ich kontrola jest bardzo ważnym elementem

aktywności ruchowej człowieka - niezbędnym warunkiem realizacji ruchów dowolnych i

lokomocji.

Równowaga i stabilna postawa wydaje się być czym naturalnym i oczywistym - jest to

jednak bardzo złożony proces - zjawisko czynne, dotyczące struktury wysoce niestabilnej,

wymagające precyzyjnej i skoordynowanej kontroli nerwowej.

• Pojęcie równowagi obejmuje szereg zagadnień z zakresu kontroli, koordynacji, orientacji
  przestrzennej oraz oddziaływania na ciało różnych sił.

• Zmiany funkcjonalne w układzie ruchu (w jego części sterującej - układ nerwowy oraz
  wykonawczej - aparat ruchu) są przyczyną różnorodnych zmian patologicznych dotyczących
  aktywności ruchowej człowieka - większość neuropatii oraz wiele chorób, urazów i dysfunkcji
  układu ruchu człowieka powoduje mniej czy bardziej wyraźne zaburzenia równowagi,
  stabilności posturalnej i koordynacji nerwowo - mięśniowej.

• Istnieją duże możliwości w zakresie doskonalenia równowagi i stabilności postawy w
  procesie terapii czy treningu

• Istnieją możliwości kompensacyjne w wypadku zaburzeń kontroli równowagi

Podstawowe pojęcia.

Równowaga - określony stan układu posturalnego cechujący się pionowa orientacja ciała osiągniętą

dzięki zrównoważeniu działających na ciało sił oraz ich momentów.

równowagę zapewnia układ nerwowy przez odruchowe napięcie odpowiednich grup

mięśniowych nazywanych mięśniami posturalnymi lub antygrawitacyjnymi ( w warunkach

statycznych )

w warunkach dynamicznych postawa ciała jest utrzymywana dzięki odpowiedniej, fazowej

aktywności mięśniowej.

Stabilność posturalna ( pojęcie szersze ) - zdolność do odzyskiwania stanu równowagi; zdolność do przywracania typowej pozycji ciała w przestrzeni, utraconej w wyniku działania czynników destabilizujących.

Czynniki destabilizujące - własna aktywność ruchowa lub siły zewnętrzne pojawiające się wyniku interakcji z otoczeniem ( np. siły reakcji podłoża ) Stabilność funkcjonalna - wrażliwość postawy na działanie bodźców destabilizujących.

Kontrola postawy ciała

Stojąca postawa ciała człowieka, przy stosunkowo małym polu podparcia, jest podatna na
zakłócenia równowagi i stabilności ( bodźce destabilizacyjne)

• Za wyznacznik stabilności postawy stojącej przyjmuje się położenie ogólnego środka
ciężkości ciała (z ang. COG ) względem granicy pola podparcia

Stabilna postawa stojąca to taka dla której rzut ogólnego środka ciężkości mieści się w centrum
pola podparcia 4

• Postawę stojącą człowieka cechuje tzw. równowaga chwiejna - występowanie odchyleń
  środka ciężkości od normalnego (referencyjnego ) położenia równowagi (tzw. wychwiania )

• jeżeli odchylenie ogólnego środka ciężkości zagraża stabilności postawy to jego położenie
  zostaje skorygowane przez odruchowe napięcie odpowiednich grup mięśniowych

Wychwiania - drobne, mimowolne ruchy ciała ( przemieszczenia ogólnego środka ciężkości) oraz ich aktywne korekcje

• Stabilną postawę ciała ( prawidłowe położenie COG ) zapewnia stała kontrola na różnych

poziomach układu nerwowego

System kontroli równowagi ma 3 główne wejścia sterujące związane z różnymi układami

sensorycznymi: przedsionkowym, wzrokowym iproprioreceptywnym (uzupełnionym o

informacje z mechanoreceptorów skórnych)

Sygnały ze wszystkich tzw. wejść sensorycznych są źródłem informacji o pozycji ciała i jego orientacji w przestrzeni względem specyficznych układów referencyjnych : zewnętrznych (tworzonych na podstawie działania pola grawitacyjnego i bodźców wzrokowych ) i wewnętrznych (tzw. ośrodkowa reprezentacja ciała; schematy ciała - z ang. body schema).

Rola układów sensorycznych w kontroli postawy ciała :

• System przedsionkowy i wzrok- układy lokalne monitorujące położenie głowy w przestrzeni
  - odpowiedzialne za właściwe położenie głowy i prawidłową orientację przestrzenną ciała
  (odpowiednio względem działania siły ciężkości oraz na podstawie położenia innych obiektów
  w bezpośrednim otoczeniu człowieka )

• Proprioreceptory- rozbudowany układ sensoryczny obejmujący całe ciało - przekazują do
  mózgu informacje o wzajemnym położeniu i ruchach poszczególnych części ciała oraz
  sygnały zwrotne do narządów wykonawczych ( mięśni) w celu utrzymania równowagi

Najprostszy model postawy stojącej - model odwróconego wahadła.

Sposoby kontroli stabilności postawy w pozycji pionowej:

1. Kontrola kąta nachylenia wahadła względem płaszczyzny podparcia zapewniona przez
   propriorecepcje z okolicy stawu skokowego -> odchylenie postawy od pionu -> sygnał o
   zmianie napięcia i długości mięśni, zmianie kątów stawie i zmianie rozkładu nacisku na
   powierzchni stóp

2. kontrola położenia górnego końca wahadła ( głowy ) w przestrzeni -> wzrok oraz narząd
   równowagi w uchu wewnętrznym jest źródłem informacji dla utrzymania prawidłowej (
   najwyższej) pozycji głowy -> położenie głowy steruje przez odruch szyjne napięciem mięśni
   tułowia i kończyn

Założenie:

• stabilność ciała, jako rodzaju wahadła odwróconego, jest kontrolowana przez aktywność
  mięśni stabilizujących staw skokowy

• równowaga jest utrzymywana dzięki integracji w układzie nerwowym sterowania
  obwodowego wstępującego (tzw. sterowanie staw skokowy - głowa ) oraz sterowania
  zstępującego (tzw. sterowanie głowa - staw skokowy)

Te 2 typy sterowania zapewniają stabilną, pionową postawę ciała w czasie spokojnego stania oraz podczas lokomocji

• Obydwa rodzaje sterowania uzupełniają się wzajemnie

• Istnieje możliwość kompensacji jednego rodzaju sterowania wobec niesprawności drugiego

• Uszkodzenia tkanek miękkich w okolicy stawu skokowego są przyczyną zaburzenia
  propriocepcji z tego obszaru i mogą wpływać na pogorszenie jakości kontroli postawy i
  stabilności posturalnej -> istotna rola treningu propriocepcji i koordynacji w profilaktyce
  urazów oraz w procesie rehabilitacji po urazach stawu skokowego (i nie tylko )

Metody badań równowagi i stabilności postawy

• Posturografia (stabilometria) - zespół metod badawczych mających na celu ocenę jakości
kontroli postawy z wykorzystaniem różnych sposobów, technik

i narzędzi badawczych

• Posturografia statyczna - ocena równowagi na podstawie analizy drobnych, spontanicznych,
mimowolnych ruchów środka ciężkości ciała tzw. wychwiań, (postural sway) w czasie
spokojnego stania

Posturografia z wykorzystaniem platform siłowych

• Platformy siłowe wyposażona w 4 czujniki tensometryczne lub piezoelektryczne rejestrujące
  siły nacisku oraz momenty sił wywierane na podłoże przez stopy badanego w czasie
  spokojnego stania; na podstawie tych parametrów komputer wylicza położenie wypadkowej
  środka nacisku stóp na podłoże (center of foot pressure; COP), który w warunkach
  statycznych jest rzutem ogólnego środka ciężkości ciała na płaszczyznę podparcia

• Główna składową sygnału COP w warunkach statycznych są wychwiania (czyli
  przemieszczenia ogólnego środka ciężkości) - zgodność obydwu sygnałów około 97 %

Platforma stabilometryczna Cosmogamma

Zaletą tego badania jest jego względna łatwość wykonania - nie wymaga specjalnego przygotowania pacjenta i trwa kilka minut; po zakończeniu rejestracji system automatycznie przeprowadza podstawowe analizy zarejestrowanych sygnałów oraz podaje wynik badania.

Badania posturograficzne na niestabilnym podłożu z wykorzystanie platform balansowych

• rejestracja zmian kąta nachylenia (położenia) platformy (płaszczyzny podparcia) w czasie
  próby (np. spokojne stanie, stanie z otwartymi i zamkniętymi oczami, stanie jednonóż i inne)

• platforma balansowa LIBRA - ruch, zmiana kąta nachylenia platformy możliwy w jednej
  płaszczyźnie

• platforma balansowa BIODEX - zmiana kąta nachylenia platformy w wielu płaszczyznach
  i kierunkach

Zaletą tych badań jest możliwość pośredniej oceny kontroli nerwowo - mięśniowej, propriocepcji i elementów organizacji sensorycznej kontroli równowagi i stabilności postawy odpowiedzialnych za percepcje pozycji oraz ruchu całego ciała i poszczególnych jego części, czucie pionu (wertykalność) oraz percepcje nachylenia płaszczyzny podparcia.

Platforma Libra

• Badanie na platformie balansowej Libra połączonej z laptopem z oprogramowaniem do
  zbierania i przetwarzania danych

• Platforma balansowa Libra posiada ruchomy środek obrotu umożliwiający ruch w jednej
  płaszczyźnie. Promień obrotu platformy (bez zamocowanych kształtek) wynosi 10 cm.
  Dodatkowo wyposażona jest w wymienne kształtki o wymiarze 24 cm i 40 cm, których
  zamocowanie pozwala na zmianę stopnia trudności (promienia obrotu platformy).
  Maksymalne wychylenie platformy to po 15 stopni w obu kierunkach.

Platforma BIODEX

CEL BADAŃ RÓWNOWAGI I STABILNOŚCI

• diagnostyka zaburzeń równowagi i stabilności posturalnej -> stwierdzenie niestabilności
  posturalnej -> ryzyko upadku;

• określenie źródła i charakteru zaburzeń stabilności -> wdrożenie właściwego programu
  postępowania leczniczego _

• monitorowanie przebiegu leczenia - obiektywna ocena skuteczności terapii;

CEL I ZASTOSOWANIE BADAŃ RÓWNOWAGI I STABILNOŚCI W SPORCIE

• ocena stabilności posturalnej, funkcjonalnej i propriocepcji jako element kompleksowej
  oceny stanu funkcjonalnego zawodnika (np. przed - i posezonowa, w trakcie sezonu) ->
  pogorszenie jakości kontroli postawy oraz stabilności posturalnej i funkcjonalnej może
  wpływać na zwiększenie ryzyka urazu

• diagnostyka zaburzeń stabilności i propriocepcji -> wprowadzenie programu treningu
  propriocepcji i kontroli nerwowo - mięśniowej do treningu sportowego

• element profilaktyki pierwotnej i wtórnej urazów w sporcie

• ocena stabilności posturalnej, propriocepcji i kontroli nerwowo - mięśniowej jako element
  kompleksowej oceny funkcjonalnej zawodnika w przebiegu procesu rehabilitacji po urazach
  oraz powrotu do treningu, startów i zawodów

---