Analiza dynamiczna
Idący normalnym krokiem, po płaskim podłożu, człowiek podany jest działaniu dwojakiego rodzaju sił, które wpływają na ekonomię tej czynności. Są to siły zewnętrzne, takie jak siła grawitacji i reakcji podłoża. Wywierają one na poszczególne stawy kończyn dolnych działanie najczęściej zginające, któremu muszą się przeciwstawiać siły wewnętrzne, tzn. pracujące mięśnie.
Napięcie mięśniowe stabilizuje stawy, zapewniające utrzymanie pionowej postawy w czasie chodu oraz wpływa hamująco lub przyspieszająco ma poszczególne kończyny i tułów, od czego zależy efektywność chodu. Analiza dynamiczna określa zatem wielkość siły mięśni, która jest potrzebna w trakcie właściwego chodu.
I. FAZA PODPORU
1. Kontakt pięty z podłożem
a) staw skokowo-goleniowy
W momencie kontaktu pięty z podłożem wypadkowa sił zewnętrznych przebiega przed osią poprzeczną stawu powodując tendencje do wyprostu stopy. Efekt tan jest wywołany „wciskaniem” pięty w podłoże, przy czym ruch ten nie występuje. Natomiast po kontakcie pięty z podłożem kończyna jest coraz bardziej dociążona, zwiększa się wielkość składowej sił zewnętrznych, których wypadkowa przemieszczona zostaje w tył, poza oś porzeczna stawu, stwarzając tym samym moment siły działający w kierunku zgięcia.
Siłom zewnętrznym przeciwstawia się praca mięśni prostowników stopy, które w momencie kontaktu pięty z podłożem pracują izometrycznie, a tuż po nim wydłużają się w skurczu ekscentrycznym w celu kontrolowanego opuszczenia stopy na podłoże. W tym działaniu mięsnie prostownik długi palców oraz prostownik długi palucha - wykazują większą aktywność od mięśnia piszczelowego przedniego. Podczas szybkiego marszu ww. grupa mięśniowa najczęściej pierwsza ulega zmęczeniu, co manifestuje się „kłapaniem” stóp o podłoże na początku fazy obciążenia.
b) staw kolanowy
W momencie kontaktu pięty z podłożem staw kolanowy jest całkowicie wyprostowany, ale tuż po tym zaczyna się ruch zgięcia. Od tamtego momentu wypadkowa sił zewnętrznych przebiegająca z tyłu osi poprzecznej stawu powoduje zginanie i gdyby nie izometryczne napięcie mięśnia czworogłowego uda, staw kolanowy zgiąłby się w sposób niekontrolowany, powodując upadek idącego.
c) staw biodrowy
Wypadkowa sił zewnętrznych, której moment o wartościach średnich waha się w granicach 70 Nm, działa zginająco na staw biodrowy. Pochyleniu się tułowia w przód i zwiększeniu zgięcia w stawie biodrowym przeciwstawia się działanie mięśni prostowników tułowia i stawu biodrowego.
2. Stopa płasko
a) staw skokowo-goleniowy
W chwili przyłożenia całej powierzchni stopy do podłoża wypadkowa sił zewnętrznych działająca zginająco na staw osiąga swą największą wielkość (w wartościach średnich około 30 Nm). Zaraz potem wypadkowa ta zostaje przeniesiona przed oś poprzeczną stawu i prostuje go.
Przeniesienie wypadkowej sił zewnętrznych jest spowodowane ruchem goleni w przód nad unieruchomioną na podłożu stopą na skutek działania sił zewnętrznych, co nie wymaga współdziałania mięsni i dlatego aktywność zespołu dynamicznego przedniej części goleni gwałtownie maleje.
b) staw kolanowy
Wielkość wypadkowej sił zewnętrznych zwiększa się, a ponieważ znajduje się ona z tyłu za osią poprzeczną stawu zwiększa się również działanie zginające. Staw zwiększa kąt ugięcia, co kontrolowane jest ekscentrycznym rozkurczem mięśnia czworogłowego uda.
c) staw biodrowy
Wypadkowa sił zewnętrznych, której moment w wartościach średnich waha się w granicach 70Nm, działa zginająco na staw biodrowy. Pochyleniu się tułowia w przód i zwiększeniu zgięcia w stawie biodrowym przeciwstawia się działanie mięśni prostowników tułowia i stawu biodrowego.
3. Obciążenie właściwe
a) staw skokowo-goleniowy
Wypadkowa sił zewnętrznych, której moment w wartościach średnich wynosi około 40 Nm, działa w stronę wyprostu stawu, ponieważ przebiega z przodu przed jego osią poprzeczną. W związku z tym zmniejsza się działanie grupy prostowników stopy, które w tym momencie są praktycznie nieczynne. Natomiast tuż przed obciążeniem właściwym uaktywniają się mięśnie tylnej ściany goleni, kontrolując szybkość obrotu podudzia nad ustawioną na podłożu stopą. Pracę tej grupy dynamicznej wspomaga aktywność mięśnia strzałkowego długiego.
b) staw kolanowy
W momencie obciążenia właściwego staw jest ugięty do kata 15° i znajduje się w ruchu w kierunku wyprostu. Wypadkowa sił zewnętrznych utytułowana jest z tyłu za osią poprzeczną stawu i zgina go. Średnia wartość tego momentu siły zginającej staw wynosi około 45 Nm i jest największa dla całego cyklu chodu. Mięsień czworogłowy uda rozpoczyna pracę koncentryczną (skurcz izotoniczny), powodując wyprost w stawie kolanowym przy niezmiennym położeniu goleni.
c) staw biodrowy
Wypadkowa sił zewnętrznych przebiega z tyłu od osi poprzecznej stawu powodując tendencję do prostowania. W związku z tym zmniejsza się aktywność działania tej grupy prostowników, a staw przed niekontrolowanym wyprostem chroni działanie mięśnia prostego uda i więzadeł, głównie biodrowo- udowego. Ze względu na to, że tułów znajduje się w ustawieniu pionowym nad miednicą, a jej środek ciężkości nad stopą, zmniejsza się praca mięśni stabilizujących tułów w pozycji wyprostnej.
4. Oderwanie pięty od podłoża
a) staw skokowo-goleniowy
Do chwili oderwania pięty od podłoża działanie sił zewnętrznych na staw stale się zwiększa. W momencie oderwania wypadkowa tych sił jest najbardziej wysunięta w przód od osi poprzecznej stawu. W związku z tym moment siły osiąga największa wielkość w całym cyklu chodu i w wartościach średnich waha się w granicach 120Nm. Działaniu sił zewnętrznych przeciwstawiona jest izometryczna praca mięśni tylnej ściany goleni. Znaczące zwiększenie się aktywności ww. grupy mięśniowej stwarza możliwość wykonania propulsji (tendencja do padania do przodu).
b) staw kolanowy
Wypadkowa sił zewnętrznych w związku z jego pełnym wyprostem przesuwa się przed oś poprzeczną, działając w kierunku jego wyprostu. W związku z tym zmniejsza się znacznie aktywność mięśnia czworogłowego uda. Nie obserwuje się także działania mięśni kulszowo- goleniowych. Dlatego w tym momencie duża rola przypada mięśniowi brzuchatemu łydki, który przy unieruchomionej na podłożu stopie, działając z górnych przyczepów, kontroluje ruch stawu kolanowego zapobiegając jego przeprostowi.
c) staw biodrowy
Siły zewnętrzne, których wypadkowa przebiega z tyłu od osi poprzecznej stawu, wywierają działanie wyprostne, które od momentu obciążenia stale się zmniejsza. Powoduje to zwiększenie aktywności mięśni zginających staw biodrowy , przy czym poza działaniem mięśnia prostego uda zwiększa się czynność mięśnia lędźwiowego większego oraz przywodzicieli- wielkiego i długiego.. Te ostatnie stabilizują miednicę podczas ruchu w przód kontrolując wielkość odwiedzenia w stawach biodrowych.
5. Oderwanie palucha od podłoża, koniec przetaczania stopy
a) staw skokowo- goleniowy
W chwili oderwania palucha od podłoża działanie prostujące sił zewnętrznych gwałtownie zmniejsza się. Z tego powodu maleje aktywność mięśni tylnej ściany goleni, które po okresie najintensywniejszej pracy podczas propulsji, w momencie jej zakończenia, są praktycznie nieczynne.
b) staw kolanowy
Wypadkowa działania sił zewnętrznych przesuwa się w czasie propulsji sprzed osi poprzecznej stawu do tyłu, powodując działanie zginające, które trwa aż do fazy podwójnego podparcia. W momencie, gdy obie kończyny maja kontakt z podłożem, środek ciężkości masy ciała przesuwa się do przodu zwiększając dociążenie kończyny wykrocznej, co zwiększa tym samym wielkość momentu sił zewnętrznych zginających staw kolanowy kończyny zakrocznej. Nadmiernemu zgięciu przeciwstawiają się jednostawowe mięśnie zginacze stawu skokowo-goleniowego (bez m. brzuchatego łydki), które opóźniają ruch goleni w przód i dzięki temu działają prostująco na staw kolanowy.
c) staw biodrowy
Tuż przed oderwaniem palucha siły zewnętrzne działają prostująco na staw. Ich praca wyrażona momentem siły osiąga największą wartość około 190Nm. Ruchowi uda do tyłu przeciwstawiają się w dalszym ciągu mięśnie zginające staw biodrowy.
II. FAZA PRZENOSZENIA - podczas fazy przenoszenia na kończynę dolną jako jedyne z sił zewnętrznych działają siły grawitacji.
1. Przyspieszenie
a) staw skokowo- goleniowy
Siła ciążenia stopy działa zginająco na ten staw, czemu przeciwstawia się izometryczna praca mięśni przedniej ściany goleni w celu utrzymania tej części narządu ruchu w pozycji pośredniej.
b) staw kolanowy
Ugięcie stawu kontrolowane jest przez czynność mięśnia czworogłowego uda, który nie pozwala, by pięta została uniesiona zbyt wysoko do tyłu.
c) staw biodrowy
Następuje gięcie stawu wskutek działania siły grawitacji i częściowo dzięki działaniu mięśnia prostego uda.
2. Przenoszenie właściwe
a) staw skokowo- goleniowy
Izometryczne napięcie mięsni: prostownika długiego palców, prostownika długiego palucha i piszczelowego przedniego trwa w dalszym ciągu, zabezpieczając pośrednie ustawienie stopy. Praca ww. mięśni przyczynia się do uzyskania efektu skrócenia czynnościowego kończyny.
b) staw kolanowy
Kąt ugięcia stawu wynosi 65°. Rozpoczyna pracę zespół mięśni kulszowo- goleniowych, który kontroluje szybkość ruchu goleni przesuwającej się do przodu w stosunku do uda.
c) staw biodrowy
Osiągnął już w momencie przenoszenia właściwego zgięcie równe 25°. Kąt ten zostaje utrzymany do rozpoczęcia fazy podporu. Aktywność mięśni niewielka, obserwuje się jedynie działanie hamują zespołu mięśni prostujących staw.
Analizując chód zdrowego człowieka w płaszczyźnie czołowej można stwierdzić, że największą aktywność tej czynności przejawiają mięśnie stabilizujące tułów w postawie spionizowanej oraz te, które odpowiedzialne są za prawidłowe ustawienie miednicy.
Podczas fazy podporu prawej kończyny dolnej pracują prostowniki grzbietu strony lewej, przy tym są to te części ww. mięśni, które położone są najniżej w odniesieniu do miednicy. Czynny jest także mięsień czworoboczny lędźwi strony lewej, który wspomaga działanie mięśnia pośladkowego średniego strony prawej. Obydwa ww. mięśnie zabezpieczają miednicę przed zbyt dużym opadaniem kończyny przenoszonej.
Duża funkcjonalna rola jest udziałem mięśni przywodzących uda w stawach biodrowych, szczególnie mięśni przywodzicieli wielkich. Ze względu na to, że ich przyczepy znajdują się zarówno z przodu jak i z tyłu osi porzecznej łączącej stawy biodrowe, poprzez fazowe napinanie poszczególnych części kontrolują one ruchy ud, prowadząc je w płaszczyznach równoległych do płaszczyzny strzałkowej głównej ciała. Siła, jaka jest udziałem mięśni przywodzicieli w akcie chodu nie jest wielka, ale znacząca. Zabezpieczają bowiem stawy w e wszystkich fazach przed odwodzeniem.
Istotne zadanie czynnościowe przypada także mięśniom odpowiedzialnym za ustawienie stopy w pozycji pośredniej, głównie w fazie przenoszenia. Czynność grupy mięśni strzałkowych zabezpiecza stopę przed supinacją a mięśni piszczelowego przedniego i tylnego przed pronacją.
Przedstawiona wyżej dane potwierdzają fakt, że chód zdrowego człowieka nie jest czynnością wymagającą wkładu dużych wysiłków mięśniowych. Empirycznie znajduje to potwierdzenie w funkcji lokomocji młodocianych pacjentów z dystrofią mięśniową. Powolne nawarstwianie się zmian patologicznych pozwala im ( z pomocą zewnętrzną w przyjęciu pozycji stojącej) poruszać się (wolno i z zaburzonym stereotypem chodu) nawet wtedy, kiedy siła mięśniowa oscyluje na granicy „3” w skali testu.
Wracając do poprzedniego wątku stwierdzono, że „najpracowitszą grupą dynamiczną w funkcji lokomocji jest zespół tylnej ściany goleni odpowiedzialny za przetaczanie stopy.
Kończąc omawianie stereotypu prawidłowego chodu człowieka należy żywić nadzieję, że zamieszczone tu informacje pozwolą zainteresowanym na pełna analizę tej czynności pod kątem zakresu ruchów, siły mięśniowej i koordynacji potrzebnych w jej wykonaniu.
Patologiczne odchylenia od podanych „norm” wynikają najczęściej z następujących przyczyn:
Ból - różnego pochodzenia i natężenia.
Zmniejszenie siły mięśniowej.
Zaburzenia napięcia mięśniowego (napięcie spastyczne).
Ograniczenie ruchu w stawach.
Skrócenie rzeczywisty kończyn dolnych.
Zaburzenia koordynacji.
Zaburzenia równowagi.
Inne.
Znając wyznaczniki chodu prawidłowego oraz przyczyny odchyleń od normy, można z dużą skutecznością ustalić odpowiedni program nauki chodzenia, pozwalający wyeliminować defekty. Przypomnijmy jeszcze raz, tym, czym w kinezyterapii kończyn górnych są ćwiczenia w czynnościach samoobsługowych, w usprawnianiu w obrębie kończyn dolnych jest właściwa funkcja lokomocji.
Bardzo często jest czynnikiem pozwalającym ocenić całokształt leczenia w obrębie kończyn dolnych. Nauka chodzenia jako forma zajęć powinna być prowadzona w sposób indywidualny, przynajmniej w początkowych okresach terapii.
Zbiorowo można ją też prowadzić w sytuacjach znacznego zaawansowania w wykonywaniu tej czynności i kiedy ból oraz braki w koordynacji nie utrudniają chodzenia. W tym sensie uznaje się te działania jako łącznik pomiędzy grupą ćwiczeń miejscowych, a działaniami z obszaru kinezyterapii ogólno usprawniającej.
Naukę chodzenia zgodnie z metodyką rozpoczyna się od pionizacji:
. W obrębie łóżka chorego
) unoszenie głowy,
) siady z ukośnym (w stosunku do podłoża) ustawieniem tułowia,
) siady płaskie na łóżku,
) siady płaskie z nogami zwieszonymi.
2. Na stole pionizacyjnym lub trzyłóżkowo.
Pionizacja powinna poprzedzać właściwa naukę chodzenia, wtedy, gdy pacjent z różnych względów, był zmuszony przebywać dłuższy czas w pozycji leżącej. Sanowi ona potrzebną (szczególnie u pacjentów w starszym wieku) adaptację głównie układu krążeniowo- naczyniowego. Jeżeli stosownym badaniem nie stwierdzi się zaburzeń w jego działaniu, możne ten etap w nauce chodzenia pominąć.
Patologie chodu
Zmniejszenie długości kroku jest głównym objawem wszystkich patologii układu lokomocyjnego.
Spowolnienie poruszania się zwiększa potrzebę kontroli bocznych przemieszczeń miednicy (wyznacznik pierwszy).
Powoduje to gwałtowny wzrost znaczenia bocznych zaburzeń równowagi.
U osób starszych nasilają się tendencje do utraty równowagi, co powoduje skrócenie kroku z wydłużoną fazą podwójnego podparcia oraz szuraniem nogami.
Rytm oraz długość kroku ulegają stopniowemu skróceniu.
Niestabilność postawy ma również wpływ na sprawność zatrzymywania się idącego.
Idącego zakończeniu lokomocji i wytraceniu energii kinetycznej oraz płynnego przejścia do spokojnego stania niezbędna jest skoordynowana aktywność mięśni nóg i tułowia. Jest ona znacznie zaburzona w schorzeniach zaburzających równowagę (polineuropatie, Parkinson).
Typy chodu patologicznego oraz ich charakterystyka
apraksyjny (ruchy rozczłonkowane) - zaburzenia korowych procesów integracji ruchów, zwykle w wyniku uszkodzenia płata czołowego
brodzący - nadmierne unoszenie nóg w kolanach
defiladowy - uszkodzenie układu pozapiramidowego
koszący - kolano usztywnione w wyproście
drobnymi kroczkami - rozlane, obustronne zaburzenie czynności kory mózgowej spowodowane np. udarem mózgu
kaczkowaty - świadczy o osłabieniu lub niewydolności mięśni bliższych KKD lub o wrodzonym obustronnym zwichnięciu stawów biodrowych
kłaniający - przykurcz zgięciowy stawu biodrowego z towarzyszącym ograniczeniem ruchomości kręgosłupa, a płaszczyźnie strzałkowej (np. w chorobie Bechterewa)
koguci - porażenie prostowników stopy palców
krzyżowy - niedowład kurczowy KKD spowodowany porażeniem mózgowym, stwardnieniem rozsianym lub uciskiem na rdzeń kręgowy
móżdżkowy - ruchy nieskoordynowane z powodu uszkodzenia dróg lub ośrodków móżdżku
parkinsonowski - charakteryzuje się wykonywaniem drobnych kroków z typowym powłóczeniem nogami, jest objawem dysfunkcji jąder podstawnych
podskakujący - przyczyną jest spastyczność hiperkinetyczna
szczudłowy - stopa piętowa lub amputacja przodostopia
zapadający - znaczny skrót czynnościowy kończyny np. duży przykurcz zgięciowy kolana lub biodra; znaczny niewyrównany skrót strukturalny kończyny np. skrót k. udowej, piszczelowej lub obu
5
BIOMECHANIKA4 - prof. Pozowski