Ruchomość stawów, stopnie swobody, zasady obliczania.
Ruchomość to termin, którym określa się zakres ruchów w stawach, jedną z funkcjonalnych właściwości połączeń ruchomych. Zakres ruchów w stawach potocznie nazywa się gibkością. Przyżyciowa ruchomość stawów zależy od biernych struktur połączeń, którymi są powierzchnie stawowe, torebki stawowe i więzadła oraz od struktur czynnych, czyli mięśni. Mięśnie, otaczając staw, wywołują w nich ruchy, ale - stanowiąc element konstrukcyjny układu ruchu - mogą również być przyczyną ograniczeń zakresu ruchu.
Wyróżnia się ruchomość szkieletową, bierna i czynną. Pomiaru zakresu ruchu dokonujemy w wybranej płaszczyźnie, a tworzy go kąt zawarty między zwrotnymi, krańcowymi położeniami trzonów - segmentów ciała - połączonych danym stawem.
czynny zakres ruchu to taki, jaki uzyskuje się aktywizując momenty sił mięśni działających na dany staw. Zakres bierny jest uzyskiwany przy wykorzystaniu momentu siły zewnętrznej, np. pochodzącego od współćwiczącego, pozwalają uzyskać zakres ruchu większy niż ten, który osiągamy angażując czynnie własne mięśnie (przy czym mięśnie zachowują się biernie). Celem ćwiczeń, w których nie aktywizuje się własnych mięśni jest zwiększenie zakresu ruchu (gibkości). Pojęcie ruchomości szkieletowej dotyczy możliwości ruchu, na jaką pozwala wzajemny kształt powierzchni stawowych łączących się kości. Torebka stawowa, więzadła i mięśnie wzmacniają cała konstrukcję stawu, lecz zarazem ograniczają zakres ruchu. Zatem ruchomość szkieletową można wyobrazić sobie jako ruchomość stawów po usunięciu tkanek miękkich. Zakres ruchu zależy od różnicy wielkości kątowych powierzchni stawowych.
Ograniczenia zakresu ruchu w stawie mają różne przyczyny, lecz najczęściej wynikają z utraty elastyczności mięśni. Ograniczenie zakresu ruchu spowodowane jest również przez elastyczne twory łącznotkankowe - więzadła, których rola polega na wzmocnieniu torebki stawowej i całego połączenia. Jak wiadomo, z wiekiem notuje się spadek elastyczności i osoba dorosła pod względem ruchomości stawów nie dorównuje dziecku. Ograniczenie ruchu w stawie może być również spowodowane długotrwałym unieruchomieniem danego segmentu ciała lub zaniedbaniem aktywności ruchowej. Natomiast nasilone, ukierunkowane ćwiczenia powodują wzrost zakresu ruchu w stawach. Potocznie mówi się o małej lub dużej gibkości. Ograniczenie zakresu ruchu w stawie spowodowane utratą elastyczności tkanek mięśniowych jest na ogół mało dostrzegalne. Zatem fizjologicznymi czynnikami wpływającymi na ograniczenie zakresu ruchu w stawach są: ograniczony (fizjologiczny) zakres skracania się bądź rozciągania mięśni, spadek ich elastyczności, spadek elastyczności aparatu więzadłowego oraz przerost mięśni.
Stopnie swobody ruchu.
Jeden stopień swobody ruchu. Uważa się, że staw ma tylko jeden stopień swobody ruchu, jeżeli ruchy w nim mogą odbywać się wyłącznie wokół jednej osi lub w jednej płaszczyźnie (prostopadłej do tej osi). Przykładem są tu stawy zawiasowe, które pozwalają tylko na zgięcie i wyprost w osi poprzecznej. Innym przykładem stawu o jednym stopniu swobody jest staw pomiędzy dwoma pierwszymi kręgami szyjnymi, który pozwala pierwszemu kręgowi, a wraz z nim i głowie obracać się w prawo i w lewo, wokół osi pionowej przebiegającej przez ząb kręgu obrotowego.
Dwa stopnie swobody ruchu - oznaczają, że ruch jest możliwy wokół dwóch do siebie prostopadłych osi lub w dwóch płaszczyznach przebiegających przez środek stawu. W rzeczywistości ruchy mogą zachodzić wokół każdej liczby osi czy w każdej liczbie płaszczyzn przechodzących przez środek stawu. Przez dobrze skoordynowaną, sukcesywną kombinacje składowych ruchu, wykonywany jest ruch obracania. Stawy kłykciowe
(np. śródręczno - paliczkowe stawy palców) w ruchach czynnych mają dwa stopnie swobody ruchu (w ruchach biernych 3 stopnie swobody ruchu - możliwa rotacja), które pozwalają na zgięcie - wyprost i przywiedzenie - odwiedzenie. Przykładem może być tutaj również staw kolanowy.
Trzy stopnie swobody ruchu ma staw, w którym możliwy jest ruch wokół trzech do siebie prostopadłych osi lub w trzech płaszczyznach przechodzących przez środek stawu. Trzy stopnie swobody ruchu prezentują stawy o dwoistej naturze powierzchni stawowych, takie jak staw barkowy, staw biodrowy. Zatem stawy kulistopanewkowe zginające i prostujące się, odwodzące i przywodzące oraz pozwalające na ruchy rotacyjne są głównymi przykładami trójstopniowej swobody ruchu. W ustroju ludzkim żaden staw nie ma więcej niż 3 stopnie swobody ruchu czysto obrotowego, ponieważ owe trzy osie czy trzy płaszczyzny reprezentują przestrzeń trójwymiarową, lecz staw może uczestniczyć w ruchu prostolinijnym bliższej swej części wobec tułowia, co znów daje trzy stopnie swobody ruchu w trzech prostopadłych do siebie osiach lub płaszczyznach. Jedynymi przykładami takiej sytuacji mechanicznej są: staw barkowy oraz staw skroniowo - żuchwowy. Wyższe stopnie swobody ruchu mogą uzyskać części ciała przez sumowanie się ruchów w dwóch lub więcej stawach.
Pomiar zakresu ruchu w stawach wymaga zdefiniowania kierunku ruchu. W tym celu posługujemy się układem odniesienia względem ciała znajdującego się w postawie anatomicznej. Cechuje ją swobodna, symetryczna postawa stojąca z rękami odwróconymi, tj. w supinacji. Za układ odniesienia przyjmuje się 3 prostopadłe do siebie płaszczyzny - dla ruchów postępowych - i 3 prostopadle biegnące do tych płaszczyzn osie, wokół których dokonują się ruchy obrotowe. Wyróżnia się następujące płaszczyzny: czołową, która dzieli ciało na część przednią i tylną; strzałkową, która dzieli ciało na część prawa i lewą oraz poprzeczną, która dzieli ciało na część górną i dolną. Główne osie centralne również mają swoje nazwy (oś strzałkowa, poprzeczna, długa ciała) i przebiegają prostopadle do wyżej wymienionych płaszczyzn. Zasady pomiaru zakresu ruchów w stawach dotyczą takich stawów, w których zakres ruchu jest większy niż 5o kątowych. Pomiar zakresu ruchu stawu w danej płaszczyźnie polega na pomiarze kąta, którego wierzchołek leży w osi stawu, a jego ramiona stanowią dwa skrajne (zwrotne) położenia tego samego odcinka, leżącego na członie ruchomym i łączącego oś obrotu z najbardziej odległym punktem owego członu. Aby zmierzyć zakres ruchu w określonym stawie i w danej płaszczyźnie, należy więc wyznaczyć przedział zmian kąta stawowego w tej płaszczyźnie. Wymagać to będzie zatem pomiaru dwóch skrajnych wartości kąta stawowego: αmax i αmin w interesującej nas płaszczyźnie, a ruchomość stawu wyniesie αz = αmax - αmin. Pomiary ruchomości stawów prowadzi się za pomocą goniometru, dzięki którym można bezpośrednio zmierzyć wartości kątów stawowych. Trudniejsze jest obliczenie rzeczywistego, widocznego ruchu i stopnia rotacji w terminach kątowych oraz szybkości przyspieszenia, a także siły, aby je przedstawić metrycznie (dotyczy to ruchów obrotowych). W tym przypadku zakłada się, że pewien punkt na rotującym ramieniu dźwigni ma odległość do osi ruchu r wyrażoną w wartościach liniowych. Dla każdego stopnia rotacji przebyta droga zakreślona przez punkt, w wartościach liniowych musi wynikać z formuły: 2πr/360; ponieważ pełne koło ma długość liniową 2πr. Dla omega (ω) stopni rotacji droga zakreślona przez rotujący punkt będzie równa:
lω = 2πrω/360, po skróceniu lω = πrω/180; ponieważ π/180 ≈ 1/57. Daje to drogę, jaką przebył rotujący punkt. Przeliczenie wartości kątowych na wartości liniowe jest łatwe, wówczas, gdy promień ruchu i czas jest znany. Każdy stopień obrotu jest w przybliżeniu równy 1/57 długości promienia, omega (ω) stopni ruchu obrotowego odpowiada drodze lω ≈ ωr/57, szybkość ruchu V = S/t ≈ ωr/57, przyspieszenie a = S/t2 ≈ ωr/57t2, a siłę powodującą przyspieszenie można wyliczyć ze wzoru: F = ma ≈ mωr/57t2.