Łańcuchy kinematyczne

Pojęcie łańcucha kinematycznego tak jak określenie stopni swobody ruchu zawdzięczamy Reuleaux (1875), który wprowadził je do inżynierii.

W 1977 roku wprowadził go do biomechaniki Steindler.

Definicja biomechaniczna łańcucha kinematycznego

Jest to kombinacja szeregu stawów łączących kolejne segmenty kostne będące równocześnie złożoną jednostkę motoryczną zwaną również łańcuchem stawowym.

Rodzaje łańcuchów kinematycznych

Otwarty łańcuch kinematyczny - w otwartym łańcuchu obwodowe segmenty kostne kończą się w przestrzeni wolno. W ciele człowieka są one najczęstsze. Przykładem są kończyny i kręgosłup.

Zamknięty łańcuch kinematyczny - obwodowe segmenty kostne są połączone tworząc pierścień lub obwód zamknięty. W mechanice przykładem jest łańcuch do kół zębatych czy pas transmisyjny. W narządzie ruchu tworzą go miednica i klatka piersiowa.

Steindler używa określenia „łańcuch kinetyczny” do sytuacji, w których staw obwodowy napotyka na opór zewnętrzny, co uniemożliwia lub utrudnia swobodny ruch. Mówimy, że łańcuch jest częściowo zamknięty, jeżeli opór może być przezwyciężony, a obwodowa część stawu może się poruszać mimo oporu (pchanie, dźwiganie) lub gdy para kinematyczna zmienia położenie względem siebie, nie przemieszczając się na obwodzie (podciąganie się na drążku).

Absolutnie (całkowicie) zamknięty łańcuch kinematyczny - mamy z nim do czynienia, jeżeli opór materii uniemożliwia wykonanie jakiegokolwiek ruchu, a pary kinematyczne pomimo wysiłku mięśniowego pozostają względem siebie w niezmienionej pozycji.

Podstawy kinetyki a ruch ciała

Siła najprostszą jej definicją jest popychanie lub pociągnięcie. W biomechanice siła jest wielkością wywołującą zmianę ruchu ciał lub odkształcenie zgodnie z prawem Newtona.

Jednostką siły jest w układzie SI jest Newton. Jest to siła, która w kierunku jej działania nadaje masie kg przyśpieszenie 1m na kwadrat sekundy 1N= 1kgx 1m/s2 Można wyrazić ją w kg bez uwzględniania przyśpieszenia.

Praca - wyrażania jest w kilogramometrach (kgm). Uniesienie 1kg w pionie na wysokość 1m jest równoznaczne z wykonaniem pracy 1kgm. W systemie SI jednostką pracy jest dżul (J). Jest to energia pracy wykonanej przez siłę 1N., w kierunku jej działania na drodze 1m: 1J = 1N x 1m.

Moc - jest ilorazem wykonanej pracy i czasu, jaki ta praca zajęła

Moc = praca: czas

Powszechnie stosowaną jednostką mocy jest 1 koń mechaniczny=75kgm/s. W układzie SI moc wyrażamy w watach 1W= 1J na sek. tzn. wykonuje pracy w 1J w ciągu sekundy.

Linie działania mięśni na stawy

Pierwszym krokiem w kierunku analizy działania mm jest identyfikacje w każdym ST wszystkich osi, wokół których możliwy jest ruch obrotowy. Jeżeli ustalimy linię dziabania każdego mm w stos do wszystkich oznaczonych osi to możemy uwidocznić możliwości ruchowe stawu. Jeżeli mm przebiega prosto od przyczepu do przyczepu i w swoim przebiegu nie jest odchylany przez występny kostne tzn. guzowatości lub np. zmienioną patologicznie oś k. długiej to możemy łatwo określić działanie takiego mm,. Znając silę skurczu mm oraz kąt nachylenia mm do kości jesteśmy w stanie określić składową obrotową i składową stabilizującą.

Składowa stabilizująca nie wywołuje ruchu. Stabilizuje przez dociśnięcie powierzchniowe umożliwia składowej obrotowej przemieszczanie w przestrzenni fragmentu łańcucha kinematycznego, czyli wykonanie ruchu.

Dźwignie

Dźwignie są prostym urządzeniem tak starym jak ludzkość. Służą do przekazywania energii (siły). Siła przekazywana przez nią wykonuje pracę. Im dłuższa dźwignia tym większą pracę można wykonywać przy racjonalnym wykorzystaniu energii.

W ciele ludzkim energia wytworzona w mięśniu jest przenoszona przez kości jako siła poruszająca segmentami ciała i może być transmitowana dalej poza narząd ruchu np. na narzędzia. Między innymi na wcześniej wspomnianą dźwignię mechaniczną. W każdej dźwigni wyróżniamy: punkt podparcia dźwigni, ramię siły (wysiłku), ramię oporu (ciężaru). Dźwignie służą albo szybkości albo sile.

Wyróżniamy 3 klasy (rodzaje) dźwigni

Dźwignia pierwszej klasy

Punkty przyłożenia siły działania i siły oporu znajdują się po obu stronach punktu podparcia siły (huśtawka) przykład staw szczytowo potyliczny.

Dźwignia drugiej klasy

Punkt przyłożenia siły oporu znajduje się zawsze między punktem Przyłożenia siły działania i punktem Oporu dźwigni np. taczka. Brak przykładu w narządzie ruchu.

Dźwignia trzeciej klasy

Punkt przyłożenia znajduje się zawsze między punktem przyłożenia siły oporu i punktem podparcia dźwigni np. wędka w człowieka. Przykładem są kończyny.

Wszystkie rodzaje dźwigni pokazują, że to, co traci się na szybkości (odległości) odzyskuje się na sile i odwrotnie - straty na sile są rekompensowane na szybkości. I te zasady odnoszą się do pracy mięśni i ruchu wprawionych przez nie odcinków ciała oraz narzędzi czy urządzeń będących jego przedłużeniem (młotek, łopata, taczka oszczep, dysk, kula).

Kierunek pociągania włókien mięśniowych

Jeżeli mięsień zbudowany jest z włókien o przebiegu równoległym przechodzących we włóknie ścięgna (np. mięśnie wrzecionowate, płaski) to całkowite napięcie każdego z włókien przenosi się na ścięgno. W tym przypadku łatwo jest obliczyć efektywne napięcie mięśnia. Przebieg włókien mięśniowych - kątowy do ścięgna wymaga zastosowania wzoru.

Jednostka motoryczna

Stanowi ją duża komórka motoryczna znajdująca się w substancji szarej rogów przednich rdzenia kręgowego wraz ze swym aksonem, włóknem nerwowym ośrodkowym i wszystkimi włóknami mięśni, które ono unerwia. Kontrola mm dokonuje się poprzez jednostkę motoryczną.

Po osiągnięciu przez komórkę nerwową progu pobudzenia (bodźce progowe i podprogowe), generują one impulsy, które wędrują wzdłuż aksonu i jego rozgałęzień do płytki motorycznej włókien mięśniowych.

Impulsy te za pośrednictwem chemicznego mediatora przekazywane są do włókien mięśniowych, wywołując skurcz w zakresie włókien zaopatrywanych przez daną komórkę motoryczną.

Mechanizm ten umożliwia w mięśniach o różnej funkcji angażowanie do skurczu tylko tej części, która potrzebna jest do wykonania danej czynności np. m. naramienny (zgięcie, wyprost, odwiedzenie).

Jeden akson może unerwiać od 100 do 2000 włókien mięśniowych wg Clarca (1931) Feinsteinaq 1958, Beunnstroma 1975:

w mięśniu (szkieletowym) glistowatym jest ok. 10 tys. włókien mięśniowych,

w międzykostnym ok. 40 tys.,

w głowie przyśrodkowej m. brzuchatego łydki ok. 1 miliona

Absolutna siła mięśnia

Jest to maksymalne napięcie mięśnia jakie może on wyprodukować na jednostkę przekroju poprzecznego. Prawidłową wielkość siły absolutnej pierwszy podał Von Recklinghausen w 1920 roku. Potwierdzone to zostało w roku 1940 przez Ramsey'a i Streeta oraz w 1944 przez Haxtona.

Wartość ta zależy od wielu czynników i metody badawczej i z tego powodu podawane wartości są różne. Wynosi ono 2,4-4,4 kg/cm² przekroju poprzecznego. Ostateczną akceptowalną wartość określił w roku 1975 roku Brunnstroem jest to 3-4 kg/cm² przekroju poprzecznego najczęściej 3,6 kg/cm.

Zmiana długości mięśnia

Czynnościowym wychyleniem mięśnia określa się maksymalną odległość, na jaką mięsień może zbliżyć swoje przyczepy po uprzednim ich maksymalnym oddaleniu o ile staw (mięsień jednostawowy) lub stawy (mięśnie dwu- lub wielostawowe), ponad którymi on przebiega pozwolą na to tzn. nie są w przykurczu.

Weber i Brunnstroem określili w zależności od rodzaju mięśnia zmianę jego długości na 34-89%. Procentowa wartość jest tym większa im większa jest ilość stawów, którymi on zawiaduje (mięśnie wielostawowe są w stanie zbliżyć na tyle swoje przyczepu, że ulegają znacznemu skróceniu).

Mięsień może się kurczyć bez zmiany swojej długości i wtedy jest to skurcz izometryczny, podczas którego nie zachodzi zmiana w pozycji stawu, a odległość pomiędzy przyczepami jest stała, np. napięcie mięśnia czworogłowego uda czy trójgłowego ramienia.

Większość mięśni do wykonania skurczu izometrycznego wymaga przyłożenia siły na dźwigni lub mogą uzyskać napięcie izometryczne pokonując częściowo siłę grawitacji bez wykonania ruchu.

Wpływ biernego rozciągania na możliwość uszkodzenia mięśni

Ryzyko takie powstaje przy biernym rozciąganiu mm dwustanowych. Tylna grupa mięśni uda osłabiona np. przez porażenie może ulec uszkodzeniu, jeżeli przy ustawionym w wyproście stawie kolanowym, wykonamy obszerne zgięcie tułowia. Podobny mechanizm powstaje przy gwałtownym siadzie z pozycji leżenia na wznak z wyprostowanymi kończynami w stawach kolanowych.

Mięśnie zostają nadmiernie lub zbyt dynamicznie rozciągnięte nad stawie biodrowym i kolanowym. Rozległość uszkodzenia zależy, więc głównie od stanu mięśnia i wielkości przyłożonej siły.

Zdrowe mięśnie rozciągane nadmiernie reagują poprzez zwiększanie oporu dla dalszego ruchu, wywołanie uczucia dyskomfortu, a następnie bólu. Zapobiega to przekroczeniu punktu krytycznego i powstaniu uszkodzenia. Jeżeli ruch jest gwałtowny i przestaje być w pełni kontrolowany to do urazu może dojść nawet w najmocniejszym mięśniu.

Przerwanie ciągłości może być fragmentaryczne lub całkowite.

Fizjoterapeuta powinien wiedzieć, że osłabione lub porażone mięśnie muszą być otoczone szczególną troską i chronione przed nadmiernym lub gwałtownym rozciąganiem.

Jeżeli mięśnie dwu- lub wielostawowe inicjują i wykonują ruch to najczęściej są one aktywowane w kombinacjach ruchowych wymagających wydłużenia mięśnia nad jednym stawem przy ruchu w stawie sąsiednim lub dalszym (ręka). Zachowują one korzystną długość przez większą część zakresu ruchu, a szybkość ich skracania się jest mniejsza niż mięśni pojedynczych jednostawowych (mięśnie międzykostne czy glistowate). Te możliwości powodują, że wydolność ich jest większa niż mięśni jednostawowych.

Pierrot (1977) wyróżnia cztery rodzaje pracy mięśniowej:

1. Tonus mięśnia - jest to stałe napięcie występujące w mięśniu nawet w czasie głębokiego snu. Tylko mięsień odnerwiony ruchowo lub z wyłączoną płytką motoryczną pod wpływem środków zwiotczających w anestezji (powulon) ma tonus zerowy.

Na tonus wpływ ma temperatura. W chłodzie tonus mm wzrasta i odczuwamy to jako zwiększone napięcie lub dreszcze. Zwiększa to produkcje ciepła. W upale tonus spada, odczuwamy rozluźnienie mm a produkcja ciepła zostaje ograniczony jest to jeden z mechanizmów regulacji i utrzymani stałej ciepłoty wewnątrz ciała. Odwrotny mechanizm dreszczy przy znacznie podwyższonej temperaturze ciała jest stanem patologicznym jak każda choroba o etiologii wirusowej czy bakteryjnej, bo one najczęściej przebiegają ze zwyżką ciepłoty. Taka reakcja mięśni jest spowodowana m.in. toksynami powstającymi przy rozpadzie drobnoustrojów.

2. Praca koncentryczna (pozytywna) jest to najczęstsza forma pracy wyrażająca się w ruchu części ciał. Tylko skracanie mięśnia i wynikający stąd ruch na pewnym dystansie jest pracą.

3. Praca ekscentryczna (negatywna) w czasie wykonywaniu ruchu przyczepy oddalają się (pokonywanie siły grawitacji).

4. Praca statyczna, gdy grupa mięśni utrzymuje kończynę w ustalonej określonej pozycji bez wykonywania ruchu.

Biomechanika postawy stojącej

Kliniczna ocena stabilności postawy. Stan aktywności ruchowej jest czułym wskaźnikiem kondycji organizmu. Zarówno układu podkorowego jak również dynamicznego oraz najbardziej złożonego i skomplikowanego układu sterującego, jakim jest ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy.

Oceniając szeroki zbiór zachowań od subtelnych jak mimika twarzy czy mowa, poprzez ruchy dowolne od najprostszych do złożonych aż po utrzymanie równowagi i lokomocję możemy określić czy mamy do czynienia z patologią układu ruchu, czy ewentualnie stwierdzane zmiany są wynikiem naturalnego, fizjologicznego spowolnienia związanego z wiekiem i cechami osobniczymi.

Patologie rejestrowane w narządzie ruchu (m.in. biomechaniczna ocena postawy) muszą być oceniane nie tylko pod kątem utrudnień czynnościowo - lokomocyjnych ale przede wszystkim pod kątem czy mamy do czynienia z problemem niestabilności posturalnej oraz czy w jej wyniku istnieje ryzyko urazów spowodowanych niekontrolowanym upadkiem.
Powstały uraz np. po złamanie zaburzają lub komplikują proces rehabilitacji. Prawidłowe zaprogramowanie usprawniania wymaga precyzyjnego określenia przyczyn upośledzenia równowagi.

W ocenie równowagi należy uwzględnić nie tylko umiejętność kontroli położenia środka ciężkości ciała w polu podparcia, ale również precyzję utrzymania pionu oraz stabilność położenia głowy, tułowia i kończyn.

Ocenę kontroli stabilności postawy, ewentualnie współistniejących mechanizmów kompensacyjnych i adaptacyjnych można rozpatrywać w 3 kategoriach:

a) biomechanicznej

b) koordynacyjnej

c) organizacji sensorycznej.

Oceniamy sprawność narządu ruchu (tonus i siła skurczu mm oraz zakres ruchu) koordynację ruchową oceniamy w aspekcie czasowym i przestrzennym (tempo, precyzja, obszerność zamierzonego lub zadanego ruchu oraz jego kierunek).

Ocenia się również wrodzone i nabyte wzorce ruchowe. Ocena ta jest najtrudniejsza diagnostycznie i wymaga często oprócz doświadczenia specjalistycznej aparatury. Oceniamy percepcję pozycji i ruchu poszczególnych części ciała, poczucia pionu, nachylenia płaszczyzn podparcia.

Zaburzenie kontroli równowagi powoduje pojawienie się niestabilności postawy!!!!

Zaawansowana i nasilona niestabilność postawy jest często przyczyną utraty równowagi w skrajnych przypadkach prowadzącej do upadków stwarzających ryzyko urazów. Największą grupę stanowią przyczyny o podłożu nerwowym powodujące zaburzenia biomechaniczne ciała.

Równowaga to pewien określony stan układu posturalnego. Zapewniają ją układ nerwowy oraz odruchowe napięcie odpowiednich grup mięśni zwanych mięśniami posturalnymi lub antygrawitacyjnymi.

Ta definicja dotyczy narządu ruchu w warunkach statycznych. Można ją jednak rozszerzyć o sytuacje dynamiczne.

W trakcie lokomocji poprzez cykliczną i fazową aktywność mięśniową utrzymywana jest typowa dla istoty ludzkiej pionowa orientacja głowy i tułowia.

W utrzymaniu pionowej postawy ciała najważniejszą rolę odgrywają mięśnie pochyłe szyi i podpotyliczne stabilizujące głowę, prostownik grzbietu, lędźwiowy większy oraz mięsień prosty i skośne brzucha - stabilizujące tułów, pośladkowy wielki, biodrowo-lędźwiowy, głowa prosta mięśnia czworogłowego uda - stabilizujące staw biodrowy i udo, czworogłowy uda, mięśnie kulszowo-goleniowe, trójgłowy łydki i piszczelowy przedni - stabilizujące kolano i staw skokowo-piszczelowy.

Stabilność jest pojęciem znacznie szerszym niż równowaga. Możemy ją zdefiniować jako zdolność do odzyskiwania stanu równowagi.

Prawidłowa niezachwiana patologicznie stabilność jest to zdolność do każdorazowego (aktywnego) dynamicznego przywrócenia równowagi i typowej pozycji ciała w przestrzeni, utraconej na skutek działania czynników destabilizujących. Czynnikami tymi może być własna aktywność ruchowa lub siły zewnętrzne pojawiające się w skutek interakcji z otoczeniem.

Wrażliwość postawy na działanie bodźców destabilizujących określa się mianem stabilności funkcjonalnej. Wrażliwość postawy stojącej na zaburzenia stabilności wynika u człowieka z pionowej orientacji ciała przy stosunkowo małym polu podparcia.

Biomechanika obręczy barkowej

Biomechanika stawów:

- mostkowo-obojczykowego,

- ramienno-łopatkowego,

- barkowo-obojczykowego,

- żebrowo-łopatkowego.

W obu ruchy wykonują się dookoła trzech prostopadłych osi i są to ruchy unoszenia i opadania, przemieszczenia do przodu i do tyłu oraz rotacji przedniej i tylnej.

Staw mostkowo-obojczykowy wykazuje znacznie większą ruchomość od stawy barkowo-obojczykowego. Dzieje się tak ze względu na kształt powierzchni stawowej, która nadaje temu połączeniu charakter stawu kulistego. Podstawowy ruch obojczyka w tym stawie ma miejsce podczas unoszenia i obniżenia ramion. U osób dorosłych zakres wszystkich ruchów w tym stawie wynosi:

50^o dla ruchu unoszenia ramion, ograniczone przez więzadło żebrowo-obojczykowe.

5^o obniżenie ramion, ograniczone przez więzadło międzyobojczykowe.

Przemieszczenie do przodu 25^o jest ograniczone przez tylne więzadło mostkowo-obojczykowe i więzadło międzyobojczykowe.

Przemieszczenie do tylu 35^o jest ograniczone przez przednie więzadło mostkowo-obojczykowe i więzadło żebrowo-obojczykowe.

Ruch rotacji do przodu 10^o i do tyłu 45^o jest ograniczony przez więzadło żebrowo-obojczykowe. Zaznaczyć jednak trzeba, że izolowane ruchy rotacji obojczyka są niemożliwe do wykonania.

Staw barkowo-obojczykowy wykazuje znacznie mniejszy zakres ruchów niż staw mostkowo-obojczykowy. Ruch w tym stawie jest zależny od ruchu w stawie ramiennym oraz ruchu ślizgowego łopatki. Łopatka nie może zostać uniesiona przez mięśnie tułowia, może natomiast przesuwać się po powierzchni żebrowej klatki piersiowej.

W trakcie pierwszych 40^o ruchu odwodzenia obojczyk ulega rotacji o 10^o, następnie przez kolejne 90^o jego pozycja nie ulega większym zmianom. Dalszy ruch rotacji obojczyka zachodzi dopiero, kiedy ramię osiągnie kąt 135^o wtedy to obojczyk wykonuje 15^o do 20^o rotacji, jednocześnie podczas wykonywania ruchu odwodzenia obojczyk unosi się do góry.

Staw ramienny należy do stawów kulistych, w którym można wyróżnić trzy główne osie:

• oś strzałkową, w której wykonywane są ruchy odwodzenia i przywodzenia,

• oś poprzeczną, w której wykonywane są ruch zgięcia i prostowania,

• oś długą, w której zachodzą ruchy rotacyjne.

Współdziałanie wszystkich trzech osi umożliwia wykonanie ruchu obwodzenia.

Zależne to jest jednak od prawidłowego funkcjonowania i wzajemnego ułożenia względem siebie stawu ramienno-łopatkowego i obręczy barkowej.

Najważniejszym funkcjonalnie jest ruch odwodzenia ponad poziom, który odbywa się pomiędzy płaszczyznami czołową i strzałkową. Rozpoczynając odwodzenie najpierw pojawia się rotacja ramienna wzdłuż osi długiej, następnie odbywa się ruch właściwego odwodzenia, które kończy się również rotacją. Podczas tego ruchu guzek większy kości ramiennej opiera się o więzadło kruczo-ramienne i uniemożliwia dalsze odwodzenie, które może być kontynuowane bez udziału całego kompleksu barkowego. Ruch w osi poprzecznej i w osi długiej również są zależne od właściwego funkcjonowania całego kompleksu, a wykonanie izolowanych ruchów jest możliwe jedynie na preparacie anatomicznym.

Rodzaje ruchów w stawach obręczy barkowej

Z biomechanicznego punktu widzenia w stawie ramiennym można zaobserwować ruchy toczenia, ślizgu i rotacji.

• ruch toczenia to przemieszczenie się jednej płaszczyzny względem drugiej, która pozostaje w bezruchu natomiast punkty kontaktu ulegają stałej zmianie. Środek obrotu jest zmienny i pokrywa się z punktami kontaktu.

• ruch ślizgu to przemieszczenie się powierzchni stawowych względem siebie, przy czym jedna z nich pozostaje w bezruchu. Punkt kontaktu na powierzchni ruchomej pozostaje stały.

• ruch rotacji występuje na powierzchni ruchomej, a punkty kontaktu ulegają stałej zmianie względem punktu stałego.

Stabilizacja stawów obręczy barkowej: ramienno-łopatkowego i żebrowo-łopatkowego

Ze względu na tak duże zróżnicowanie biomechaniczne konieczne staje się zapewnienie stabilizacji stawu. Wyróżniamy stabilizatory czynne (mięśnie) oraz stabilizatory bierne (torebka stawowa, obrąbek stawowy i więzadła).

Kluczową rolą w stabilizacji odgrywają dwa więzadła obrąbkowo-ramienne. Stanowią zabezpieczenie przed nadmiernym przemieszczeniem głowy k. ramiennej w trakcie unoszenia ramienia w górę i w dół (Kapandija).

Stabilizacja dynamiczna - ze względu na bardzo obszerny i wielopłaszczyznowy zakres ruchomości stawu, nie jest możliwe zapewnienie wystarczającej stabilizacji wyłącznie przez aparat więzadłowo-torebkowy. Konieczna jest stabilizacja mięśniowa dynamiczna, w której kluczową rolę odgrywają mięśnie tworzące stożek rotatorów.

Mięśnie zawiadujące stabilizacją i ruchem barku oraz obręczy barkowej dzieli się na grupy czynnościowe (mięśnie odpowiadające za ruchy w poszczególnych stawach w książce).

Złożony układ stabilizujący wymaga czynnika integrującego czynności stabilizatorów czynnych i biernych. Rolę tę pełnią receptory zlokalizowane w ścięgnach, więzadłach i torebce stawowej.

Pozycyjne czucie propriorecepcji obejmuje również sygnały z mechanoreceptorów skórnych, receptorów we wrzecionach nerwowo-mięśniowych i receptorów ścięgnistych Golgiego. Wrzeciona mięśniowo-nerwowe wraz z receptorami ścięgnistymi Golgiego przesyłają do mózgu informację dotyczącą pozycji kończyny, napięcia mięśniowego i długości mięśnia.

W przypadku nagle działającego bodźca odpowiedź odbywa się poprzez odruchy rdzeniowe, natomiast wykonywanie złożonych czynności wymaga świadomego programowania, które ma miejsce na poziomie kory ruchowej i móżdżku.

Fizjologia i patologia chodu

Prawidłowy chód człowieka definiowany jest jako seria cyklicznych, zmiennych ruchów kończyn i tułowia powodujących w rezultacie przesuwanie się do przodu środka ciężkości ciała jako punktu wyznacznikowego.

Chociaż istnieją pewne niewielkie różnice stereotypu chodu poszczególnych ludzi to jednak zakres tych odchyleń jest na tyle wąski, że pozwala na globalną analizę standardowego modelu lokomocji w odniesieniu do całej populacji.

Przed przystąpieniem do opisu charakterystyki chodu prawidłowego należy przedstawić stosowną terminologię określającą składowe tej czynności.

Składowe chodu

Cykl chodu to czynności i ruchy wykonywane przez idącego pomiędzy kontaktem pięty z podłożem jednej kończyny, i z powtórnym jej zetknięciem się z podłożem. Podczas jednego cyklu chody każda z kończyn dolnych przechodzi przez jedną fazę podporu i przenoszenia kończyny.

1. Faza podporu zaczyna się dla każdej KD w momencie zetknięcia się pięty z podłożem a kończy w chwili oderwania palucha. Dla lepszej, pełniejszej analizy faza podporu została podzielona na następujące składowe w odniesieniu do stopy:

1. kontakt pięty z podłożem,

2. stopa płasko - sytuacja w której cała powierzchnia stopy przylega do podłoża,

3. pełne obciążenie - sytuacja, w której środek masy ciała znajduje się nad środkiem geometrycznym powierzchni styku stopy z podłożem (faza pełnego podporu)

4. propulsja - czyli przetaczanie stopy jest to różnica czasu pomiędzy oderwanie od podłoża piętru obciążonej KD i palców tej samej stopy; jednocześnie z zakończeniem propulsji w momencie oderwania palucha od podłoża KD kończy fazę podporu i rozpoczyna następną część cyklu,

5. oderwanie palucha od podłoża.

2. Faza przenoszenia - zaczyna się od oderwania od podłoża palucha od podłoża, a kończy się w chwili zetknięcia pięty tej samej kończyny z podłożem. Podzielono ją na następujące składowe:

1. przyśpieszenie - sytuacja w której KD znajdująca się z tyłu w stosunku do tułowia (zakroczna) przemieszczając się do przodu w płaszczyźnie strzałkowej „goni” ciało,

2. przenoszenie właściwe - sytuacja, w której oś poprzeczna stawu skokowo-goleniowego znajduje się w płaszczyźnie czołowej głównej ciała. W tym momencie, ze względów funkcjonalnych, poprzez zgięcie w poszczególnych stawach przenoszona kończyna jest „najkrótsza”,

3. hamowanie - sytuacja, kiedy po wyprzedzeniu tułowia następuje zwolnienie tempa ruchu KD ku przodowi i przygotowanie jej do przejęcia masy ciała. Podczas hamowania znajduje się ona w wykroku i dlatego określa się to położenia podfazą wykroczną.

3. Faza podwójnego podparcia - sytuacja, w której kończyna zakroczna (podporowa) jeszcze ma kontakt z podłożem poprzez przododstopie i paluch, a kończyna wykroczna (przenoszona) już zetknęła się z podłożem. Czas trwania podwójnego podparcia jest zależny od szybkości chodu. Im jest ona większa tym faza ta jest krótsza i odwrotnie.

Podczas biegu faza podwójnego podparcia nie występuje i zostaje zastąpiona fazą lotu, podczas której palce kończyny zakrocznej (podporowej) już się oderwały od podłoża, a pięta nogi przenoszonej (wykrocznej) jeszcze się z nim nie zetknęła.

Podczas przeciętne szybkiego chodu faza podporu jednej KD zajmuje ok. 60% czasu cyklu chodu faza przenoszenia ok. 40%. Prędkość chodu w praktyce kinezyterapeutycznej określana jest częstotliwością kroków na minutę.

Za chód w tempie wolnym przyjmuje się taki, w którym idący, w ciągu minuty wykonuje 70 kroków, za bardzo szybki marsz z częstotliwością 130 kroków na minutę. Dorosły mężczyzna o standardowym wzroście 170cm, idący z częstotliwością 90 kroków na minutę, porusza się z prędkością 4km/h i ta szybkość określana jest jako średnia - w znaczeniu ogólnym.

Wyznaczniki chodu prawidłowego

Polskie nazewnictwo medyczne w opisie funkcji lokomocji człowieka używa różnych określeń, takich jak determinanty, cechy czy koordynaty. Wynika to stąd, że w naszym kraju nie prowadzono przekrojowych badań dotyczących tej problematyki. Dane spotykane w polskim piśmiennictwie pochodzą z tłumaczeń periodyków zagranicznych, co w efekcie powoduje różnorodność pojęć, często jednoznacznych, wynikiem czego jest chaos w tym zakresie.

Prawidłowy chód wymaga spełnienia kilku warunków dotyczących ruchów miednicy i stawów kończyn dolnych. Trzy z nich dotyczą zmian położenia miednicy i stawów biodrowych, dwa zakresu ruchu w stawach kolanowych, a jeden stawów skokowo-goleniowych. Są to więc wyznaczniki kinematyczne.

Wyznacznik pierwszy

Określa konieczność bocznych przemieszczeń miednicy w czasie chodu, wynikających z naprzemiennego obciążenia kończyn dolnych. W fazie obciążenia (obciążenie właściwe) miednica musi przyjąć takie położenie, w którym stopa kończyny podporowej będzie znajdowała się dokładnie w miejscu, w którym - na podłożu znajdowałyby się rzut środka ciężkości ciała idącego - miednica podąża w jego stronę. Ruchy boczne miednicy związane z tym wyznacznikiem są najbardziej widoczne podczas chodu wolnego, w czasie biegu zostają zredukowane do minimum. Wykonywane są w odcinku lędźwiowym kręgosłupa i obu stawach biodrowych, przy czym w tych ostatnich są to ruchy złożone, na które składa się przywodzenie, odwodzenie i rotacje. Wielkość wychyleń bocznych miednicy jest osobniczo różna.

Wyznacznik drugi

Określa ustawienie miednicy i obu stawów biodrowych w płaszczyźnie czołowej w sytuacji, kiedy jedna z kończyn dolnych znajduje się w fazie obciążenia właściwego, a druga jest przenoszona. Miednica (w warunkach prawidłowych) ustawia się wtedy lekko ukośnie, opadając w stronę kończyny przenoszonej. Staw biodrowy kończyny podporowej ustawia się w przywiedzeniu, którego wielkość kątowa wynosi 5^o. Staw biodrowy kończyny przenoszonej jest o taką samą wielkość kątową odwiedziony. Inaczej mówiąc, chód prawidłowy w tempie wolnym i średnim wymaga od obu stawów biodrowych ruchomości w płaszczyźnie czołowej po ok. 5^o w ruchach przywodzenia i odwodzenia.

Miednice przed większym opadaniem w kierunku kończyny przenoszonej zabezpiecza napięcie mięśnia pośladkowego średniego po stronie przeciwnej, który spełnia rolę ważnego stabilizatora. Jeżeli jest on siłowo niewydolny, miednica bardziej opada w stronę kończyny przenoszonej, wielkości kątów przywodzenia i odwodzenia w stawach biodrowych odpowiednio się zwiększają, co określane jest mianem objawu Trendelenburga.

Wyznacznik trzeci

Określa prawidłowe ustawienie miednicy i stawów biodrowych w płaszczyźnie poprzecznej, w fazie podwójnego podparcia. Miednica powinna się zrotować w osi długiej, głównej ciała ku przodowi, w stronę kończyny, która rozpoczyna podparcie i jednocześnie ku tyłowi w stronę kończyny zakrocznej. W stosunku do płaszczyzny czołowej głównej - przeprowadzonej przez punkt środka ciężkości ciała - rotacja ta powinna wynosić po 5^ow obie strony. O taką samą wielkość kątową muszą zostać zrotowane oba stawy biodrowe, których łącznikiem jest miednica. Staw biodrowy kończyny wykrocznej jest zrotowany na zewnątrz, a zakrocznej do wewnątrz. Wg tego wyznacznika chód prawidłowy jest możliwy wtedy, kiedy oba stawy biodrowe mają możliwość wykonania ruchów rotacyjnych po 5^o dla obu skrętów, w pozycji stojącej.

Wyznacznik czwarty

Określa wielkość kąta zgięcia stawu kolanowego kończyny podporowej w fazie pełnego obciążenia. Musi on wynosić ok. 20^o. Takie ustawienie stawu kolanowego pozwala na chód z minimalną amplitudą wychyleń środka ciężkości ciała w górę i w dół w płaszczyźnie strzałkowej, zbliża sinusoidalną linię, po której ten punkt się porusza, do linii prostej, co czyni chód bardziej ergonomicznym.

Ergonomia chodu

Marsz, np. z zablokowanym w wyproście stawem kolanowym zwiększa znacznie koszt energetyczny funkcji lokomocji.

Wyznacznik piąty

Określa wymaganą wielkość skrócenia czynnościowego kończyny dolnej w fazie przenoszenia w sytuacji, w której oś poprzeczna stawu skokowo-goleniowego mija płaszczyznę czołową, główną ciała. Kończyna przenoszona powinna przemieszczać się do przodu, dokładnie w płaszczyźnie strzałkowej przeprowadzonej przez staw biodrowy. Miednica po tej stronie jest lekko opuszczona (patrz wyznacznik drugi), co wymaga znacznego, pozornego skrócenia kończyny po to, by mogła się ona „zmieścić” pod miednicą. To czynnościowe skrócenie odbywa się we wszystkich trzech stawach (biodrowym, kolanowym, skokowo-goleniowym), ale największe jest w przegubie kolanowym. Otóż by chód mógł być prawidłowym, wyżej wymieniony staw musi mieć możliwości zgięcia się do kąta 65^o (w fazie przenoszenia).

Mechanizm kontroli fazy przeniesienia

Potencjalnym źródłem zagrożenia stabilnego płynnego ruchu przeniesienia są nierówności podłoża lub inne przeszkody. W fazie przeniesienia właściwego układ sterowania lokomocją musi zapewnić optymalny prześwit między stopą, a podłożem. Wraz ze zwiększaniem wielkości prześwitu wzrasta nakład energii zużywanej na przeniesienie kończyny.

Średnie wielkości prześwitu

W sterowaniu ruchami lokomocyjnymi współuczestniczy kontrola wzrokowa, która wybierając miejsce stawiana stopy pozwala na omijanie przeszkód.

Rzeczywista wielkość prześwitu pod stopą powinna mieścić się w granicach

15-20mm.

U osób młodych to ok. 15 mm i z wiekiem maleje.

U osób w wieku podeszłym 10-11mm.

W wyniku stopniowego zmniejszania prześwitu przez osobę starszą lub chorą, która zmniejszając w ten sposób wydatek energetyczny próbuje „oszczędzać energię”, zwiększa się ryzyko potknięcia i upadku. Wzrasta ono dodatkowo przy osłabionej kontroli wzrokowej.

Wyznacznik szósty - kątowy

Określa kątową wielkość zakresu ruchów stawów skokowo- goleniowych w płaszczyźnie strzałkowej, która jest potrzebna w prawidłowym chodzie. Musi ona wynosić od 15stopni wyprostu (początek przetaczania) do 20stopni zgięcia (koniec fazy propulsji).

Wyznacznik siódmy - długościowy

Określa jako prawidłowy taki stereotyp chodu, w którym kroki obu kończyn dolnych będą miały jednakową długość. Skracanie wykroku jedną kończyną dolną powoduje tzw. Chód utykający, który w warunkach patologii jest wynikiem niepełnych zakresów ruchu lub występującej podczas chodu bolesności. Chód o krokach niejednakowej długości, zaburza koordynację, czyniąc go niepewnym, męczącym. Skrajną odmianą takiego chodu jest marsz krokiem dostawnym, w którym jedna kończyna dolna (najczęściej chora) jest wysuwana w przód, natomiast zdrowa dostawiana do płaszczyzny czołowej głównej.

Wyznacznik ósmy - czasowy

Polega na tym by czas obciążania obu kończyn był jednakowy. W chodzi patologicznym najczęściej z powodu bolesności jednej z kończyn dolnych, często obserwuje się tendencję do „przeskakiwania” nad niesprawną kończyną. Pacjent wydłuża znacznie fazę podporu kończyny zdrowej, przygotowując starannie chorą do kontaktu z podłożem, po czym bardzo szybko, przy współruchach tułowia i kończyn górnych, stara się ponownie postawić na podłożu kończynę zdrową. Nieskoordynowane współruchy górnej części ciała też służą odciążaniu niesprawnej kończyny dolnej. Najczęściej chód z niejednakowym czasem obciążania kończyn łączony jest z różną długością kroków.

Wyznacznik dziewiąty - koordynacyjny

Polega na prawidłowej koordynacji ruchów kończyn górnych i tułowia z pracą kończyn dolnych. W warunkach prawidłowych, wykrokowi jednej kończyny dolnej towarzyszy wysunięcie do przodu przeciwnej kończyny górnej i rotacja tułowia w stronę wykrocznej kończyny dolnej. Im szybszy marsz, tym większa amplituda ruchów kończyn górnych zapobiega ruchom skrętnym tułowia w stronę kończyny zakrocznej. Wynika to z konieczności równoważnia bilansu przesuwającej się do przodu masy ciała, w obu jego połowach wyznaczonych przez płaszczyznę strzałkową główną ciała.

Pacjent z podwójnym wyłuszczeniem kończyn górnych w stawach ramiennych musi znacznie zwiększyć pracę mięśni tułowia w celu przeciwdziałania jego ruchom rotacyjnym, co czyni chód mniej efektywnym niż u zdrowego człowieka.

Przedstawione wyżej dane są niepełne i wymagają uzupełnienia w postaci analizy kinematycznej i dynamicznej poszczególnych faz chodu.

Kinematyka chodu

Określa wzajemne położenie poszczególnych części kończyn dolnych względem siebie, niezależnie od sił, które to ustawienie powodują. Odnosić się ona będzie do chodu ze stałą prędkością (przy częstotliwości 110-115 kroków na minutę), w którym przyśpieszenie równa się zeru. Trzeba w tym miejscu dodać, że przyśpieszenie podczas chodu może mieć wartość dodatnią (prędkość chodu stale wzrasta) i ujemną, przy której obserwuje się zjawisko odwrotne. Ponadto podana niżej analiza kinematyczna dotyczy sytuacji, w której obie kończyny dolne przemieszczają się w płaszczyźnie strzałkowej podczas marszu zdrowego człowieka.

Przed przystąpieniem do nauki prawidłowego chodzenia, w warunkach patologii, trzeba uzyskać co najmniej takie jak podano uprzednio zakresy ruchów poszczególnych stawów kończyn dolnych!!!

Niespełnienie tego warunku wyklucza możliwość odtworzenia prawidłowego chodu i będzie prowadziło do przyswajania wadliwych wzorców tej czynności. Dlatego, mając pewność, że odtworzenie prawidłowych zakresów ruchu jest w procesie kinezyterapii możliwe, nie należy przyśpieszać nauki funkcji lokomocji.

Jeżeli takiej pewności nie ma i istnieją uzasadnione obawy, że przykurczów stawowych się nie zlikwiduje - należy indywidualnie, w stosunku do każdego pacjenta, uczyć kompensacyjnego modelu chodu. Wybór odpowiedniego sposobu należy w takich przypadkach uzależnić przede wszystkim od ekonomii wysiłku. Dopiero w dalszej kolejności trzeba zwracać uwagę na względy estetyczne chodu.

10

BIOMECHANIKA3 - prof. Pozowski

---