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 1 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 wys 1 m jest równoznaczne z wykonaniem pracy 1kgm. W systemie si jednostką pracy jest dżul. Jest to energia pracy wykonanej przez silę 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 1J w ciągu sekundy
LINIE DZIAŁANIA MIĘŚNI NAD STAWAMI
((jeżeli linia przebiegu mm nad stawem jest linią prostą tzn od przyczepu doi przyczepu to obliczymy to prosto inaczej jak ma kier kątowy))
Pierwszym krokiem w kierunku analizy działania mm jest identyfikacje w każdym stawie wszystkich osi, wokół których zachodzą ruchy obrotowe. Jeżeli ustalimy linię działania każdego mm w stosunku do wszystkich oznaczonych osi to możemy uwidocznić możliwości ruchowe stawu. Jeżeli mm przebiega prosto od przyczepu bliższego do przyczepu dalszego i w swoim przebiegu nie jest odchylany przez występny kostne tzn. guzowatości lub np. zmienioną patologicznie oś anatomiczną 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, które służy 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 mm 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 1 klasy
Punkty przyłożenia siły działania i siły oporu znajdują się po obu stronach punktu podparcia dźwigni (huśtawka). Przykład staw szczytowo-potyliczny.
Dźwignia 2 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 3 klasy
Punkt przyłożenia siły znajduje się zawsze między punktem przyłożenia siły oporu i punktem podparcia dźwigni np. wędka. U człowieka przykładem są kończyny.
Np. odwiedzenie kończyny górnej:
Staw ramienny i łopatkowy - punkt podparcia
Cała kończyna - punkt oporu
Przyczep mięśnia naramiennego - punkt przyłożenia
Wszystkie trzy 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 mm i ruchu wprawionych przez nie odcinków ciała oraz narzędzi czy urządzeń będących jego przedłużeniem (młotek, łopata, taczka, oszczep, dysk, kula).
JEDNOSTKA MOTORYCZNA
Stanowi ja duża komórka motoryczna znajdująca się w substancji szarej rogów przednich rdzenia kręgowego wraz ze swym aksonem, włóknem nerwowym odśrodkowym i wszystkimi włóknami mm, 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 mm, wywołując skurcz w zakresie włókien zaopatrywanych przez daną komórkę motoryczną. Mechanizm ten umożliwia w mm o różnej funkcji angażowanie do skurczu tylko tej części mięśnia która jest potrzebna do jej wykonania np. mm. naramienny: zgięcie, wyprost, odwiedzenie.
Jeden akson może unerwiać od 100 do 2000 włókien mięśniowych. Wg Clarca (1931) Feinsteina (1958), Beunnstroma (1975) w mm szkieletowym glistowatym jest ok. 10 tys. włókien mięśniowych, w międzykostnych ok. 40 tys, a w głowie przyśrodkowej mm 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 Remsey'a i Streeta oraz w 1944 przez Haxtona.
Wartość ta zależy od wielu czynników i metody badawczej i z tego powodu podawane wartości różnią się.. Wynosi ona 2,4 - 4,4 kg/cm2 przekroju poprzecznego. Ostateczną akceptowaną 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 jaka mięsień może zbliżyć swoje przyczepy po uprzednim ich maksymalnym oddaleniu o ile staw (mm jednostawowy) lub stawy (mm. dwu lub wielostawowy), 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 (mm wielostanowe 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 mm 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 mięśnia
Ryzyko takie powstaje przy biernym rozciąganiu mięśni 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 stawem biodrowym i kolanowym. Rozległość uszkodzenia zależy, więc głównie od stanu mięśni 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 i wytrenowanym 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 jednostawowcyh.
Perrot (1977) wyróznia cztery rodzaje pracy mięśniowej
Tonus mm. - jest to stałe napięcie występujące w mięśniu nawet w czasie głębokiego snu. Tylko mm odnerwiony ruchowo lub z wyłączoną płytką motoryczną pod wpływem środków zwiotczających w anestezjii (powulon) ma tonus zerowy.
Na tonus wpływ ma temperatura. W chłodzie tonus mm wzrasta i odczuwamy to jako zwiększone napięcie w skrajnym przypadku przechodzące dreszcze. Zwiększa to produkcje ciepła. W upale tonus spada, odczuwamy rozluźnienie mm a produkcja ciepła zostaje ograniczona. 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.
Praca koncentryczna (pozytywna) jest to najczęstsza forma pracy wyrażająca się w ruchu części ciała. Tylko skracanie mm i wynikająca stąd ruch na pewnym dystansie jest pracą.
Praca ekscentryczna (negatywna) w czasie wykonywaniu ruchu przyczepy oddalają się (pokonywanie grawitacji).
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.i. 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. złamanie (szyjka kości udowej, kręgi, przedramię) 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 nabyta 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 płaszczyzny podparcia.
Zaburzenie kontroli równowagi powoduje pojawienie się niestabilności postawy!!!!
Zaawansowana i nasilona niestabilność postawu jest często przyczyną utraty równowagi w skrajnych przypadkach prowadzącej do upadków stwarzających ryzyko urazów. Największą grupę stanowią przyczyny o podłożu nerwowym powodujące zaburzenia biomechaniki ciała.
Równowaga to pewien określony stan układu posturalnego. Zapewnia 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 na sytuacje dynamiczne.
W trakcie lokomocji poprzez cykliczną i fazową aktywność mięśniową utrzymywana jest typowa dla istoty ludzkiej pionowa orientacja głowy i tułowia.
W utrzymaniu postawy pionowej najważniejszą rolę odgrywają mm pochyłe szyi i podpotyliczne stabilizujące głowę, prostownik grzbietu, lędźwiowy większy oraz mm prosty i skośne brzucha - stabilizujące tułów, pośladkowy wielki, biodrowo-lędźwiowy, głowa prosta mm czworogłowego uda - stabilizujące staw biodrowy i udo, czworogłowy uda, mm. kulszowo-goleniowe, trójgłowy łydki i piszczelowy przedni - stabilizujące kolano i stawy 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.
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.
Cykl chodu
To czynności i ruchy wykonywane przez idącego pomiędzy kontaktem pięty z podłożem jednej z kończyn i z powtórnym jej zetknięciem się z podłożem. Podczas jednego cyklu chodu każda z kkd przechodzi przez jedną fazę podporu i przenoszenia kończyny.
Składowe chodu
Faza podporu zaczyna się dla każdej kkd 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:
kontakt pięty z podłożem
stopa płasko - sytuacja w której cała powierzchnia stopy przylega do podłoża
pełne obciążenie - to sytuacja, w której środek masy ciała znajduje się nad środkiem geometrycznym powierzchni styku stopy z podłożem (faza pełnego podporu)
tzw. propulsja - przetaczanie stopy - jest to różnica czasu pomiędzy oderwanie od podłoża pięty obciążonej kkd i palców tej samej stopy; jednocześnie z zakończeniem propulsji w momencie oderwania palucha od podłoża, kończyna kończy fazę podporu i rozpoczyna następną część cyklu.
oderwanie palucha od podłoża.
faza przenoszenia - zaczyna się od oderwania od podłoża palucha a kończy w chwili zetknięcia pięty tej samej kończyny z podłożem. Z tych samych względów, co faz podporu, została ona podzielona następujące składowe:
przyśpieszenie - sytuacja w której kończyna znajdująca się z tyłu w stosunku do tułowia (zakroczna) przemieszczając się do przodu w płaszczyźnie strzałkowej goni ciało ,
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”
hamowanie - sytuacja kiedy po wyprzedzeniu tułowia następuje zwolnienie tempa ruchu kończyny ku przodowi i przygotowanie jej do przejęcia masy ciała. Podczas hamowania znajduje się ona w wykroku i dlatego określa się to położenia podfazą wykroczną.
Faza podwójnego podparcia- sytuacja w której kończyna zakroczna (podporowa) jeszcze ma kontakt z podłożem poprzez przedstopie 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 kkd zajmuje około 60% czasu cyklu chodu faza przenoszenia około 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 około 4km na godzinę i ta szybkość określana jest jako średnia - w znaczeniu ogólnym.
MIĘŚNIE PRACUJĄCE W FAZIE PODPORU |
MIĘŚNIE PRACUJĄCE W FAZIE WYKROKU |
1. Mm. biodrowo- udowe
2. Mm. podudzia i stopy
|
1. Mm. Tułowia
2. Mm. Biodrowo- udowe
3. Mm. Podudzia i stopy
|
Wykład nr 2 1.12.2009