BIOMECHANIKA (z gr bios - życie, mechine - narzędzie) nauka o ruchach organizmów żywych (ludzkich i zwierzęcych)
- bada zarówno aktywne ruchy żywego organizmu jak i położenie, postawę całego ciała wraz z jego poszczególnymi częściami
- opisuje oraz analizuje zjawiska ruchu i równowagi w zakresie w jakim odzwierciedlają one działania sił mechanicznych
- w biomechanice ruch i równowaga są ściśle współzależne
BIMECHANIKA -
-statyka (z gr staticos - utrzymujący równowagę)
- dynamika (z gr dynamis - siła)
* kinematyka (z gr kinema - ruch) dotyczy geometrii ruchu
* kinetyka - odnosi się do sił które wywołują ruch
BIOMECHANIKA - nauka o biologicznym podłożu, przyczynach, przebiegu i mechanicznych skutkach ruchu człowieka (organizmów żywych)
- biomechanika to nauka interdyscyplinarna - czerpie z innych nauk biologicznych i fizycznych
- fizjologia ruchu - procesy które zachodzą w innych układach i narządach w czasie ruchu (układ nerwowo - mięśniowy, krążenia, oddechowy itp.)
- fizyka - mechanika (statyka, dynamika) opisanie ruchu przy użyciu fizycznych i matematycznych wielkości
ZADANIA BIOMECHANIKI - badanie zasad i warunków w jakich siły powodują wykonywanie ruchu w organizmach żywych
Każdy akt ruchowy ma swoją określoną strukturę - poszczególne jego części (elementy ruchu) oraz charakterystyczne wielkości są powiązane w jedną całość - w biomechanice związki te i wielkości określamy jako tzw. strukturę ruchu
BIOMECHANIKA ZAJMUJE SIĘ BADANIEM STRUKTUR RUCHU
- biomechanika bada strukturę ruchu w powiązaniu z budową i funkcją aparatu ruchu człowieka a także w zależności od warunków środowiskowych w jakich dany ruch zachodzi
- zrozumienie złożonej struktury ruchu możliwe jest na podstawie analizy i syntezy poszczególnych charakterystycznych wielkości i elementów danych ruchów i ustalenie ich wzajemnych stosunków i oddziaływań
- poznanie struktury ruchu pozwala na ocenę jego prawidłowości, przewidywanie rezultatu ruchowego, ocenę jego efektywności, doskonalenie i usuwanie „błędów”
PODZIAŁ BIOMECHANIKI
- biomechanika ogólna - ruch organizmów żywych
- biomechanika sportu i wychowania fizycznego - ćw. fizyczne i działalność sportowa
- biomechanika pracy - ergonomia
- biomechanika kliniczna - patologia ruchu - (medycyna, ortopedia i traumatologia, zaopatrzenie ortopedyczne, fizjoterapia)
BIOMECHANIKA - nauka zajmująca się działaniem wewnętrznych i zewnętrznych sił na ciało tj. strukturę biologiczną organizmów żywych oraz mechanicznymi strukturami działania tych sił
BIOMECHANIKA CZŁOWIEKA - badanie struktury i funkcji organizmów żywych z zastosowaniem praw mechaniki; odniesienie zasad mechaniki do organizmu zdrowego człowieka
BIOMECHANIKA KLINICZNA - badanie struktury i funkcji ciała ludzkiego z punktu widzenia mechaniki, w sytuacji dysfunkcji ruchowej, spowodowanej różnymi czynnikami uszkadzającymi aparat ruchu
BIOMECHANIKA KLINICZNA = PATOLOGIA RUCHU
- ruch ciała ludzkiego, oprócz działania sił wewnętrznych i zewnętrznych, jest działaniem także innych czynników nie do końca jeszcze poznanych albo nie dających ująć matematycznie
APARAT RUCHU CZŁOWIEKA
*CZĘŚĆ BIERNA - układ kostny i system połączeń
*CZĘŚĆ CZYNNA - mięśnie (narządy sterowane przez układ nerwowy)
KOŚCI - specyficzna tkanka łączna, dorosły człowiek posiada ok. 206 kości (w tym ok. 40 nieparzystych) które łączą się ze sobą w tzw. łańcuchy biomechaniczne
FUNKCJE KOŚCI
- bierne narządy ruchy - dźwiganie, poruszane przez mięśnie - funkcja ruchowa
- funkcja podporowa - rusztowanie dla innych narządów
- funkcja ochronna
- funkcja amortyzująca
- funkcja krwiotwórcza
BUDOWA CHEMICZNA KOŚCI
- składniki organiczne - tzw osseina
- składniki nieorganiczne - główne sole Ca i P
30 - 50 % związków organicznych
30 - 35% związków nieorganicznych
15 - 40 % wody
Składniki organiczne = sprężystość, elastyczność
Składniki nieorganiczne = twardość, wytrzymałość
WYTRZYMAŁOŚĆ KOŚĆI - siły działające na układ kostny
- ściskanie, zgniatanie (siła działająca na osi długiej kości - kompresja) ok. 15 kg/ mm2 )
- rozciąganie (siłą działająca w osi długiej np. zwis czynny na drabinkach) ok. 10kg/mm2
- zgniatanie (ugniatanie) - siłą działająca prostopadle do osi długiej kości
- skręcanie - siła występująca przy ruchach skrętnych (np. narciarstwo zjazdowe)
Tkanka kostna zbudowana jest z substancji podstawowej zawierającej sole mineralne (Ca, P) oraz komórek właściwych - osteocyty, kościotwórczych - osteoblasty, kościogubnych - osteoklasty
- powierzchnie stawowe kości pokrywa chrząstka szklista
- powierzchni kości (oprócz powierzchni stawowych) pokrywa okostna - błona łącznotkankowa zbudowana z 2 warstw - zew i wew zawierająca komórki krwiotwórcze - osteoblasty
- w okostną wnikają mięśnie i więzadła
- jest bogato unaczyniona - odżywia tkankę kostną i szpik kostny
- jest bogato unerwiona
- odgrywa ważną rolę w procesie wzrostu, rozwoju, odbudowy i przebudowy kośćca (komórki kościotwórcze)
*w zależności od układu i przebiegu beleczek kostnych wyróżniamy:
- kość zbitą (istotę zbitą) - jednorodną
- kość gąbczastą (istotę gąbczastą - układ beleczek kostnych o wielokierunkowym przebiegu)
KOŚCI DŁUGIE - trzon i dwa końce, zwane przed ukończenie dojrzewania nasadami
- trzon - walcowata budowa - kształt znany w mechanice z dużej wytrzymałości na siły zgniatające
- budowa trzonu : okostna, istota zbita, jama szpikowa ze szpikiem kostnym
- budowa końców kości długich; istota zbita, istota gąbczasta wypełniona szpikiem kostnym, tylko powierzchnie stawowe kości długich pokrywa chrząstka stawowa
- przed ukończeniem procesu wzrostu i dojrzewania nasady kości długich są oddzielone od trzonu warstwą chrząstki nasadowej - umożliwia wzrost kości na długości, po dojrzewaniu chrząstka ulega skostnieniu (wcześniejsze skostnienie chrząstki nasadowej może prowadzić do skrócenia kończyn tzw. mikromelia)
- kość zbudowana jest wg zasady maksimum wytrzymałości - minimum materiału (ciężar)
- wytrzymałość kości długich gwarantuje również układ blaszek kostnych istoty gąbczastej z nasadach zgodny z kierunkiem działania sił nacisku i pociągania mięśniowego - przystosowanie czynnościowe kości
- kość ma zdolność regeneracji
- wytrzymałość i zdolność regeneracji kości różne i zależą od wielu czynników: wiek, płeć, czynniki genetyczne, wpływ hormonalny, obciążenia i ich charakter, sposób odżywania
- kości posiadają pewne zdolności przystosowawcze od pełnionych czynności, obciążenia
Układ kostny = do zwiększonych obciążeń kości dostosowują się poprzez zwiększenie grubości istoty zbitej, zmniejszone obciążenie nieczynność ruchowa, prowadzi do ścieńczenia istoty zbitej
- reakcje kości na działanie różnokierunkowych sił określają dwie wartości fizyczne: elastyczność i wytrzymałość (wartości współzależne)
ELASTYCZNOŚĆ - możliwość deformacji kości bez jej złamania (lub niewydolności)
WYTRZYMAŁOŚĆ - siła która działając na jednostkę przekroju poprzecznego powoduje jej złamanie lub niewydolność
-różne materiały, struktury różnią się pod względem możliwości ich wydłużania bez rozpadu pod wpływem działania dużych sił = wprowadzono w mechanice pewien punkt odniesienia dotyczący względnej wytrzymałości materiałów na rozciąganie tzw. MODUŁ ELASTYCZNOŚCI YOUNGA - teoretyczna siła która działając na jednostkę przekroju poprzecznego powoduje podwojenie jego pierwotnej długości
~Jest to miara względna, wyimaginowana - większość struktur ulega rozpadowi znacznie wcześniej - ich punkt rozpadu wyraża się w częściach, ułamkach MODUŁU YOUNGA - mierzy się nim wytrzymałość materiałów na rozciąganie (określa się ich elastyczność)
- kość jest strukturą nieelastyczną - moduł Younga dla kości wynosi 2000kg/mm2 a punkt rozpadu to ok. 10kg/mm2 1/200 część modułu Younga
CZYNNIKI MAJĄCE WPŁYW NA FUNKCJONALNOŚĆ POŁĄCZEŃ STAWOWYCH
Budowa anatomiczna stawu, napięcie torebki stawowej, aparat więzadłowy, napięcie mięśni okołostawowych, ciśnienie atmosferyczne, w stawach kończyn dolnych ich obciążenie w pozycji stojącej
TKANKA MIĘŚNIOWA - trzy rodzaje tkanki mięśniowej
- tk. mięśniowa gładka - narządy wewnętrzne - „niezależne od woli człowieka”
- tkanka mięśnia sercowego- wysoka specjalizacja
- tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana - buduje mięśnie szkieletowe - przyczepiają się do dźwigni kostnych, sterowane przez układ nerwowy
*tkanka mięśniowa jest tkanką o wyższym stopniu zróżnicowania - KURCZLIWOŚĆ - zdolność do reagowania na bodźce UN w postaci skurczu - czynnej zmiany długości i kształtu komórek (włókienka kurczliwe - miofibryle)
*tkanka mięśniowa posiada dodatkowe struktury pomocnicze (tkanka łączna i nerwowa) - tworzy narządy - mięśnie
MIĘŚNIE POPRZECZNIE PRĄŻKOWANE - część czynna aparatu ruchu
Czynność mięśni poprzecznie prążkowanych powoduje:
- ruch przemieszczania - zmiana pozycji poszczególnych części ciała względem siebie
- ruch odkształcania - np. skurcz mięśni brzucha powoduje ucisk narządów wewnętrznych jamy brzusznej
- mm. szkieletowe - przyczep do dźwigni kostnych
- mm. wyrazowe - mimiczne, skórne
MIĘSIEŃ POPRZECZNIE PRĄŻKOWANY - schemat budowy: przyczep początkowy („bliżej tułowia” - proksymalnie); ścięgno początkowe; brzusiec; ścięgno końcowe; przyczep końcowy (dalej od linii środkowej tułowia - dystalnie - przebieg włókien mm. może być prosty, skośny, okrężny (zwieracze nie mają przyczepu do kości)
* ze względu na układ włókien mm. w stosunku do części ścięgnistej wyróżniamy: mm. wrzecionowaty, mm. pierzasty, mm. półpierzasty, mm. dwubrzuścowy, mm. wielobrzuścowy (wielogłowy), mm. płaskie
* mięśnie jako narządy (pojedyncze mm. lub ich grupy) posiadają tzw. urządzenia pomocnicze zbudowane z tkanki łącznej - pochewki ścięgniste, troczki, powięzi mięśniowe, przegrody mięśniowe, kaletki maziowe
* mięśnie układają się w grupy w stosunku do osi stawów
- dla stawów jednoosiowych układ jest prosty - dwie grupy o czynnościach przeciwstawnych
- jedną czynność wykonują mięśnie synergistyczne - współdziałają ze sobą w wykonywaniu danej czynności
- czynność przeciwstawną wykonują mięśnie antagonistyczne
- mięśnie odległe które wspomagają wykonanie danej czynności to tzw. mm. agonistyczne
- w stawach wieloosiowych układ grup mm. jest bardziej skomplikowany - mamy prostowniki, zginacze, odwodziciele, przywodziciele, rotatory zewnętrzne i wewnętrzne
- dany mięsień lub jego część mogą uczestniczyć w wykonywaniu czynności „przeciwstawnych” (np. mięsień naramienny, akton środkowy odwodzi i przywodzi rękę w stawie ramiennym)
- mięśnie mogą działać na jeden lub więcej stawów - mm. jedno-, dwu-, wielostanowe (np. dwugłowy uda) a ich wpływ na poszczególne stawy jest różny
- mięśnie nie pracują indywidualnie (wyizolowana praca tylko w fizjologii = zespołowo działają synergiści ale i antagoniści uczestniczą w danych ruchach kontrolując je, działają jak „hamulec” ulegają aktywnemu rozciągnięciu, regulują zakres ruchu (np. rozciągnięcie prostowników grzbietu przy ruchu zgięcia tułowia w stawie biodrowym - skłonie tułowia)
Synergiści współpracują z antagonistami i agonistami co daje w efekcie płynny, harmonijny ruch - KOORDYNACJA NERWOWO - MIĘŚNIOWA
* mięśnie reagują na bodziec z układu nerwowego zgodnie z regułą „wszystko albo nic” - mięsień lub jego część jest całkowicie albo wcale nie pobudzony - organizm dostosowuje liczbę pobudzonych włókien mm. do potrzeb mechanicznych danej czynności ruchowej - ma to charakter ilościowy a nie jakościowy
* PRZEMIANY ENERGII W CZASIE PRACY
CZYNNOŚĆ MIĘŚNI - działanie któremu towarzyszy elektryczny potencjał czynnościowy w odróżnieniu od działania rozciągniętego nie pobudzonego mięśnia na dźwignię kostną - mm. niepobudzony stwarza opory bierne
* MECHANICZNY EFEKT DZIAŁANIA mięśni w biomechanice jest wypadkową działania sił mm. i sił zew.
- rodzaj czynności mięśni w biomechanice zależy od relacji między siłą przez niego generowaną (momentami sił wewnętrznych) a siłą zew. (momentami sił zew.)
PODZIAŁ CZYNNOŚCI MIĘŚNI
1. CZYNNOŚĆ STATYCZNA - mięsień pobudzony nie zmienia swojej długości („skurcz izometryczny”) siła mięśni = siła zewnętrzna - warunek równowagi
- STABILIZACJA - napięcie mm. stwarza stabilne warunki do działania innych mm. wielostanowych na stawy odległe np. stabilizacja stawu ramiennego poprzez działanie statyczne mm go otaczających pozwala innym mięśniom np. zginaczom stawu łokciowego na skuteczniejsze działanie na przedramię -
(składowa stabilizująca i ruchowa działania mięśni)
- ZRÓWNOWAŻENIE - utrzymanie oporu zew. - segment ciała pozostaje nieruchomy (np. utrzymujemy jakiś przedmiot w wyciągniętej przed siebie ręce; utrzymanie ciężaru głowy)
- WZMOCNIENIE - napięcie mm. wzmacnia funkcje części biernych - torebki stawu, aparatu więzadłowego - przeciwdziałanie siły rozciągającej (zwis czynny na drabinkach; niesienie ciężaru w opuszczonej kończynie górnej)
2. CZYNNOŚĆ DYNAMICZNA - gdy pobudzony mięsień zmienia swoją długość
a) CZYNNOŚĆ KONCENTRYCZNA (POKONUJĄCA) - siła mm > siła zew., suma momentów sił mięśniowych jest większa o przeciwnie skierowanej sumy momentów sił zew. i mięsień pokonując opór zew. ulega skróceniu - jego przyczepy się przybliżają; (np. ruch zgięcia w stawie łokciowym to czynność koncentryczna mm. dwugłowego ramienia)
b) CZYNNOŚĆ EKSCENTRYCZNA (USTĘPUJĄCA) - siła mm. < siła zew. suma momentów sił mięśniowych jest mniejsza od przeciwstawnej sumy momentów sił zew. i mięsień ustępuje pod działaniem sił zew. i jest rozciągany, jego przyczepy się oddalają; (np. ruch wyprostu w stawie łokciowym z pozycji pełnego zgięcia to działanie ekscentryczne mm. dwugłowego ramienia)
* WZGLĘDNOŚĆ FUNKCJI MIĘŚNI ZNANYCH Z ANATOMII FUNKCJONALNEJ - dany mięsień lub jego części mogą wykonywać czynności pozornie przeciwstawne - mm. dwugłowy ramienia - zginacz stawu łokciowego uczestniczy wykonując czynność ekscentryczną w wyproście w tym stawie; mm. naramienny akton środkowy odwodzi (czynność koncentryczna) i przywodzi (czynność ekscentryczna) rękę w stawie ramiennym
* KONIECZNOŚĆ ROZPATRZENIA DZIAŁANIA SIŁ ZEWNĘTRZNYCH - siła grawitacji, bezwładności (mogą „pomagać” lub „przeszkadzać” w wykonywaniu danego ruchu) = RUCH W BIOMECHANICE JEST ZJAWISKIEM ZŁOŻONYM - WYPADKOWĄ DZIAŁANIA SIŁ ZEW. I WEW.
POŁACZENIA KOŚCI
1.POŁĄCZENIA NIERUCHOME - kościozrosty np. k. krzyżowa, k. guziczna
2. POŁĄCZENIA MAŁO RUCHOME
- więzozrosty - tkanka łączna włóknista, cały aparat więzadłowy (więzadła kręgosłupa, więzadło piszczelowo strzałkowe; odmianą więzozrostów są również szwy czaszki - piłowaty, łuskowy, płaski i tzw. wklinowania - zębodoły
- chrząstkozrosty - chrząstka szklista - k. miednicy w młodym wieku; chrząśtka włóknista - krążki międzykręgowe między trzonami kręgów w kręgosłupie
* WIĘZADŁA - pasma tkanki łącznej włóknistej zbitej, wzmacniają połączenia stawowe
~ więzadła zewnątrzstawowe - zrastają się z torebką stawu
~ więzadła wewnątrzstawowe - spajają staw „od środka”
~ ograniczają przestrzenia i otwory (więzadło pachwinowe - otwór kulszowy mniejszy i większy)
3. POŁĄCZENIA RUCHOME - stawy (połączenia maziowe) - łączą odcinki kości (pow. Stawowe) oddzielone od siebie wąską przestrzenią - jamą stawową, otoczona torebką stawową i wypełniona mazią stawową
~ ELEMENTY STAŁE STAWÓW
- POWIERZCHNIE STAWOWE - odcinki kości pokryte chrząstką stawową, różnych kształtów, z reguły dopasowane (kongruencja)
- TOREBKA STAWOWA - utrzymuje kości w stawie, spaja; składa się z 2 warstw - zew. błony włóknistej i wew. Błony maziowej; błona włóknista - różnej grubości i napięcia, zrasta się zwykle z pow. stawową; błona maziowa - wiotka, unaczyniona, tworzy fałdy i wypustki - kosmki, wydziela maź - pełni funkcje ochronne (ułatwia ślizganie powierzchni stawowych) i odżywcze dla powierzchni stawowych
-JAMA STAWOWA - wąska przestrzeń między pow. stawowymi wypełniona mazią stawową
~ ELEMENTY DODATKOWE STAWÓW
- OBRĄBEK STAWOWY - pasmo tkanki łącznej włóknistej otaczające brzeg powierzchni stawowych typu panewka - powiększa i pogłębia powierzchnie panewki (np. obrąbki stawowe w stawie ramiennym i biodrowym)
- KRĄŻEK SATWOWY (np. krążek stawowy w stawie mostkowo - obojczykowym, dzielą jamę stawu na dwa piętra, wyrównują pow. stawowe, pełnią rolę amortyzacyjną)
- ŁĄKOTKI W STAWIE KOLANOWYM - krążki śródstawowe, pasma chrząstki włóknistej niecałkowicie dzielące jamę stawu, dopasowują pow. stawowe, są amortyzatorami
- WIĘZADŁA WEWNĄTRZSTAWOWE - leżą w jamie stawu, spajają pow. stawowe
- KALETKI MAZIOWE - uchyłki błony maziowej, woreczki z mazią stawową sięgające poza jamę stawu, ułożone w miejscach gdzie dochodzą więzadła i ścięgna mięśni - umożliwiają swobodne ślizganie się tych elementów w czasie ruchu w stawie
CHRZĄSTKA STAWOWA - struktura najbardziej i stale narażona na obciążenia
- FUNKCJA CHRZĄSTKI STAWOWEJ - stworzenie dla stawu gładkich (kongruentnych) powierzchni stawowych w całym zakresie ruchu
- w czasie ruchu podlega działaniu różnego rodzaju sił - zewnętrzne (np. siła grawitacji w czasie stania w stawach obciążonych - staw biodrowy, kolanowy, skokowy) wewnętrzne - wynikające z działania i napięć mięśniowych (wszystkie stawy)
EFEKT DZIAŁANIA SIŁ POCIĄGANIA MIĘŚNIOWEGO NA DŹWIGNIE KOSTNE (STAWY)
1. SKŁADOWA OBROTOWA (RUCHOWA) - powoduje ruch obrotowy w stawie (przemieszczenie się dźwigni kostnych względem siebie) działa pionowo do osi dźwigni
2. SKŁADOWA STABILIZUJĄCA (STAWOWA) - stabilizuje staw, działa równolegle do osi ramienia dźwigni, jest większa („przyciska”) spaja powierzchnie stawowe
= działanie mięśni wyraża się bardziej w utrzymaniu równowagi ciała i stabilizacji, w mniejszym stopniu w ruchach dowolnych ale równowaga i stabilizacja ma kluczowe znaczenie dla czynności lokomocyjnych człowieka
MODEL RUCHU
APARAT RUCHU
CZ. BIERNA - KOŚCI - DŹWIGNIE - SYSTEM POŁĄCZEŃ
CZ. CZYNNA - MIĘŚNIE - SIŁOWNIKI - ZASILANIE - PROCESY ENERGETYCZNE
STEROWANIE - CUN = RUCH
- w czasie ruchu ucisk chrząstki (zużycie) jest zmienne w efekcie zmiany powierzchni kontaktu powierzchni stawowych - ruch toczenia i ślizgania w stawie i ich kombinacja → nacisk nie jest skoncentrowany na małym polu ( np. staw kolanowy)
ELASTYCZNOŚĆ CHRZĄSTKI - zdrowa chrząstka stawowa jest w dużym zakresie rozciągliwa i daje się uciskać, jej elastyczność jest duża ale nie we wszystkich jej częściach - większa elastyczność w kierunku ruchu w stawie - tam gdzie ciśnienie na staw jest skoncentrowane
- chrząstka adaptuje się do kształtu powierzchni stawowych pod wpływem ucisku - posiada pewną zdolność odkształcania się dla zapewnienia najpełniejszego kontaktu powierzchni stawowych
- w warunkach fizjologicznych pozostaje doskonale elastyczna tzn. powraca do swojego normalnego kształtu po zwolnieniu nacisku (dla małych obciążeń działających krótko np. 50 - 120g/mm2 nie dłużej niż godzina)
- moduł elastyczności dla chrząstki stawowej - E = 0,9 kg/mm2
- wytrzymałość na rozciąganie - 0,17 kg/mm2 (ok. 1/6 modułu younga)
- wytrzymałość na ucisk (zgniatanie) 1,57 kg/mm2
- wytrzymałość na siły ściskające 0,35kg/mm2
- wytrzymałość na skręcanie - 0,24 kg/mm2
Deformacje i zaburzenia funkcjonowania chrząstki zależy nie tylko od wielkości obciążenia ale także od jego czasu trwania (długotrwałe stanie lub trzymanie stawu w jednej pozycji)
FIZYCZNE WŁAŚCIWOŚCI MIĘŚNI
ELASTYCZNOŚĆ - wspólna cecha wszystkich bezwładnych ciał żywych - możliwość deformacji bez ich trwałego uszkodzenia lub niewydolności.
Jedyne obciążenie na jakie narażony jest mięsień jako struktura bierna jest rozciąganie - dochodzi do biernego wydłużenia i zmniejszenia jego przekroju poprzecznego
- strukturą od której zależy elastyczność mięśnia jest sarcolema i pochewki łącznotkankowe otaczające włókna mięśniowe
- istotne znaczenie ma liczba włókien elastycznych - zapewniają one powrót mięśnia do jego długości spoczynkowej gdy obciążenie ustaje
- włóka kolagenowe chronią przed nadmiernym rozciąganiem
* jeżeli do wiotkiego mięśnia przytwierdzi się ciężar to nastąpi jego wydłużenie (delta) wprost proporcjonalnie do jego długości pierwotnej (l) siły rozciągającej (P) i pewnej stałej (k) różnej dla różnych ciał, a odwrotnie proporcjonalnie do przekroju poprzecznego (A)
∆ = Plk / A ↔ im większa siła rozciągająca i długość początkowa \, a mniejsze pole przekroju poprzecznego mięśnia, tym większe będzie jego wydłużenie
MODUŁ YOUNGA(E) (współczynnik elastyczności - teoretyczna siła potrzebna aby wywołać dla danej jednostki długości i przekroju poprzecznego wydłużenie równe jej długości pierwotnej) nie jest dla mięśnia jednoznacznie określony, ale wiadomo, że normalne włókno mięśniowe można rozciągnąć do1,6 pierwotnej długości zanim pęknie
2. KURCZLIWOŚĆ - zdolność mięśnia do reakcji na bodziec nerwowy (elektryczny) w postaci skurczu tj. czynnej zmiany długości i kształtu komórek mięśniowych
- podstawowym warunkiem działania mięśni jest ich łączność z układem nerwowym
* mięśnie pracują zgodnie z regułą „wszystko albo nic” - pojedyncze włókno mięśniowe albo jest zupełnie wiotkie albo pozostaje w max skurczu
* stopień napięcia mięśniowego jest zjawiskiem ilościowym - organizm dostosowuje ilość jednostek motorycznych kurczących się w tym samym czasie do potrzeb mechanicznych w danym ruchu; stopień skurczu określa ilość pobudzonych włókien mięśniowych (należących do różnych jednostek motorycznych)
JEDNOSTKA MOTORYCZNA - komórka motoryczna w substancji szarej rogów przednich rdzenia kręgowego wraz z jej aksonem i jego odgałęzieniami oraz wszystkie włókna mięśniowe które ona unerwia
* kontrola mięśnia odbywa się przez jednostki motoryczne. Możliwa jest aktywacja pewnej części mięśni bez aktywacji innej (np. mięsień naramienny)
* gęstość unerwienia (stosunek liczby włókien nerwowych do liczby włókien mięśniowych) jest bardzo różna - jedna jednostka motoryczna może unerwiać od kilku do nawet 2000 włókien mięśniowych
SKOLIOZY w prawidłowych warunkach kręgosłup zachowuje swój kształt, z fizjologicznymi wygięciami w płaszczyźnie strzałkowej dzięki tzw. równowadze wewnętrznej - składają się na nie elementy bierne i czynne
- bierne to krążki międzykręgowe które przez swoją elastyczność rozkładają obciążenia równomiernie na całą powierzchnię trzonów
- osiową równowagę zapewnia napięcie aparatu więzadłowo - torebkowego (cz. Bierna) i działania mięśni (cz. Czynna) - zasadniczą rolę tutaj spełniają mięśnie grzbietu (prostowniki grzbietu) długie mm. grzbietu utrzymują równowagę kręgosłupa w płaszczyźnie czołowej, a przy działaniu jednostronnym powodują jego boczne wychylenie, a działanie mm. krótkich głębokich grzbietu polega na obracaniu poszczególnych kręgów lub odcinków kręgosłupa
- prawidłowa postawa jest wyrazem stanu fizycznego i psychicznego jednostki, jest ona również wskaźnikiem mechanicznej wydolności zmysłu kinetycznego, równowagi i koordynacji mięśniowej
SKOLIOZA - (mylnie określana jako wygięcie boczne kręgosłupa) to choroba ogólnoustrojowa; deformacja trójpłaszczyznowa, która polega na odchyleniu od osi anatomicznej całego kręgosłupa lub tylko jego odcinka w płaszczyźnie czołowej, strzałkowej i rotacyjnej, która pociąga za sobą wtórne zmiany w całym aparacie ruchu, KLP i narządów wewnętrznych
- płaszczyzna czołowa - wygięcie boczne
- płaszczyzna strzałkowa - nieprawidłowości w obrębie fizjologicznych krzywizn w danym odcinku (lordoz i kifoz)
- płaszczyzna poprzeczna - rotacja kręgów i całego kręgosłupa wokół własnej osi tzw. torsja tj. zniekształcenie w obrębie kręgu
* w praktyce klinicznej skoliozę rozpoznaje się na podstawie zdjęcia RTG w projekcji tył - przód (a - p) jako zniekształcenie przekraczające10 stopni w płaszczyźnie czołowej mierzone METODĄ COBBA
* istnieje wiele podziałów skolioz, najbardziej powszechna jest etiologiczna klasyfikacja Cobba
I SKOLIOZY FUNKCJONALNE (wady postawy, skrócenie kończyn, skrzywienie bólowe)
II SKOLIOZY STRUKTURALNE
1. kostnopochodne (osteopatyczne): wrodzone (kręg klinowy, kręcz karku i In.), torakogenne (ropniak opłucnej, torakoplastyka), inne kostnopochodne
2. nerwopochodne (neuropatyczne): wrodzone, po poliomyelitis, inne neuropatyczne (porażenia spastyczne)
3. mięśniopochodne (miopatyczne) wrodzone, dystrofie mięśniowe, inne mięśniopochodne
4. idiopatyczne (etiologia nieznana 80 -90% wszystkich skolioz)
SKOLIOZY FUNKCJONALNE - brak jest zmian strukturalnych, zwykle jednołukowe wygięcie w kształcie litery C, bez wyraźnej torsji; nie jest utrwalona, koryguje się biernie w pozycji leżącej i przez wyciąg za głowę oraz czynnie przez napięcie mm tułowia i obręczy kończyn: z reguły małe wartości 10 -20 stopni; często występuje w zespole wady postawy u dzieci z wiotkim układem więzadłowo - mięśniowym (złe nawyki siedzenia, stania w szkole i w domu, wady wzroku, jednostronne przeciążenie kręgosłupa); skoliozy statyczne- skrzywienie boczne funkcjonalne w wyniku skrócenia jednej KD; skrzywienia bólowe w zespołach bólowych lędźwiowo - krzyżowych →skoliozy funkcjonalne ustępują po usunięciu ich przyczyny (przykurcz, wyrównanie skrócenia kończyn, ból)
SKOLIOZY STRUKTURALNE - wykazują utrwalone zmiany w budowie poszczególnych kręgów, całego kręgosłupa i tułowia stwierdzone klinicznie i radiologicznie. Wygięcie boczne w płaszczyźnie czołowej występuje zawsze z torsją kręgosłupa wzdłuż jego osi długiej; dochodzi do zniekształcenia KLP z upośledzeniem funkcji oddychania i krążenia, a często również zniekształcenie miednicy; skoliozy strukturalne mogą osiągać dużą wartość i są chorobą ogólnoustrojową stwarzając trudne i złożone problemy lecznicze
SKOLIOZY DZIELIMY NA: jednołukowe, dwułukowe, trzyłukowe i czterołukowe
TYPY CHRONOLOGICZNE SKOLIOZ (SKOLIOZY IDIOPATYCZNE)
1. typ niemowlęcy - przed 3r.ż. zwykle między 6 a 24 miesiącem życia
2. typ dziecięcy - między 3 a 10 r.ż. najczęściej między 5 a 8r.ż
3. typ młodzieńczy - między 10 a 14 r.ż. najczęstsze i najbardziej charakterystyczne dla skolioz idiopatycznych ze względu na pokwitaniowy skok wzrostowy
PATOGENEZA I PATOMECHANIKA SKOLIOZ
- powstanie i rozwój skolioz zależy od dwóch podstawowych czynników: etiologicznego i biomechanicznego
- pierwszy może być różnorodny - zapoczątkuje on powstanie skrzywienia - zaburzenie równowagi wewnętrznej kręgosłupa tzw. jądro skoliozy
- drugi jest wspólny dla wszystkich skolioz bez względu na etiologię - działa zgodnie z prawem grawitacji
* pod wpływem czynnika etiologicznego następuje zaburzenie równowagi wewnętrznej kręgosłupa - w jednym odcinku powstaje wygięcie boczne - tzw. wygięcie pierwotne
- w pierwszej fazie (za wyjątkiem skolioz wrodzonych) stwierdza się tylko zwężenie krążków międzykręgowych po stronie wklęsłości wygięcia oraz utratę ich elastyczności
- występują wzmożone potencjały czynnościowe mięsni po stronie wypukłej wygięcia
- w dalszej kolejności pojawiają się zmiany strukturalne w kręgach - pod wpływem działania siły ciężkości i nierównomiernego obciążenia kręgów z jednej strony oraz jednoczesnego działania sił wzrostowych, kręgi przybierają kształt klinowaty ↔zgodnie z prawem Wolffa - Delpecha rosną one wolniej po stronie wklęsłości wygięcia, gdzie są bardziej obciążone, niż po stronie wypukłości
- również krążki międzykręgowe, bardziej obciążone po stronie wklęsłości ulegają degeneracji i ścieczeniu
- ↔współdziałanie grawitacji, nierównomiernych obciążeń, oraz sił wzrostowych powoduje stałą progresję skolioz (skolioza jest chorobą wieku rozwojowego - zakończenie wzrostu zahamowuje progresję skoliozy)
- równocześnie z wygięciem bocznym następuje torsja kręgosłupa wzdłuż jego osi długiej; kręgosłup z punktu widzenia mechaniki jest elastycznym, segmentowym prętem, którego segmenty połączone s,ą ze sobą ekscentrycznie, a nie w centralnej osi podłużnej - stawy kręgosłupa przebiegają ekscentrycznie (ku tyłowi) od centralnej osi podłużnej ↔jeżeli wygniemy bocznie taki segmentowany, ekscentrycznie połączony pręt, to zawsze nastąpi torsja poszczególnych elementów względem siebie - objawia się to klinicznie garbem żebrowym lub lędźwiowym
KOMPENSACJA -
- wygięcie pierwotne zaburza równowagę i statykę tułowia - tułów przesuwa się bocznie w kierunku wypukłości skrzywienia
- każda dewiacja kręgosłupa wywołuje reakcję wyrównawczą ze strony sąsiednich, nie objętych procesem odcinków kręgosłupa oraz mięśni tułowia - powyżej i poniżej wygięcia pierwotnego powstają wygięcia wtórne, wyrównawcze - są one skierowane wypukłością w stronę przeciwną niż wygięcie pierwotne; rozwijają się na wskutek działania prawa równowagi, jako wyraz dążności kręgosłupa i mięśni do utrzymania prawidłowej postawy i przywrócenia prawidłowych stosunków między KLP, miednicą i tzw. czworobokiem podparcia
- o ile wygięcia pierwotne są czynnikiem negatywnym, to wygięcia wtórne są czynnikiem pozytywnym
- KOMPENSACJA - czyli wyrównanie ma pozytywne znaczenie dla wyglądu osoby ze skoliozą, statyki i równowagi ciała, a także progresji skoliozy
WARUNKI KOMPENSACJI
- skolioza jest w pełni skompensowana, jeśli mimo wygięcia pierwotnego, głowa jest umieszczona symetrycznie nad barkami, barki i KLP ponad miednicą, a miednica ponad czworobokiem podparcia; pion wyprowadzony z wyrostka VII kręgu szyjnego przechodzi przez szparę pośladkową i pada na środek czworoboku podparcia
- pełna kompensacja występuje samoistnie jedynie w ok. 30% skolioz, można ją również uzyskać drogą odpowiednich ćwiczeń
- jeżeli nie ma kompensacji to tułów przesunięty jest do boku, KLP i barki przewieszone nad miednicą, miednica nad czworobokiem podparcia, a pion przebiega z boku szpary pośladkowej
- kompensacja jest zupełna jeżeli suma kątów obu wygięć wtórnych jest równa wartości kątowej wygięcia pierwotnego oraz długości łuków wygięć wtórnych jest równa długości wygięcia pierwotnego
- najistotniejsze dla kompensacji jest odcinek poniżej wygięcia pierwotnego
KOMPENSACJA NIE MOŻE SIĘ ROZWINĄĆ JEŻELI:
1. wygięcie pierwotne jest tak długie, że odcinki sąsiednie są zbyt krótkie aby mogły się wytworzyć wygięcia wtórne
2. odcinek wyrównawczy nie ma odpowiedniej giętkości
3. brak jest z niewiadomych przyczyn normalnej reakcji wyrównawczej mimo odpowiedniej długości i giętkości odcinków wyrównawczych
PODZIAŁCOBBA ZE WZGLĘDU NA WARTOŚĆ KĄTOWĄ SKRZYWIENIA
I stopień - do 30 stopni
II stopień - 30 - 60
III stopień - 60 - 90
IV stopień - powyżej 90