9 | Strona
Biomechanika wykłady
BIOMECHANIKA – jest to nauka zajmująca się działaniem wewnętrznych i zew. Sił na ciało – strukturę biologiczną istot żywych oraz skutkiem tych działań. Jest zastosowanie klasycznej mechaniki do analizy.
BIMECHANIKA CZŁOWIEKA (KINEZJOLOGIA) – część fizjologii ruchu, odniesienie zasad mechaniki do żywego organizmu człowieka.
BIOMECHANIKA KLINICZNA – rozpatrywanie ciała ludzkiego z punktu widzenia mechaniki, w sytuacji gdy ciało to wykonuje dysfunkcje ruchowe spowodowane różnymi czynnikami uszkadzającymi narząd ruchu.
EFEKT DZIAŁANIA SIŁY
ü Odkształcenie ciała, na które działa nie wpływając na jego ruch – reakcja statyczna organizmu.
ü Zmiana ruchu ciała – reakcja dynamiczna.
PODZIAŁ MECHANIKI
ü Statyka – utrzymanie równowagi
ü Dynamika - siła
- Kinematyka – dotyczy geometrii ruchu
- Kinetyka – odnosi się do sił, które ten ruch wywołują.
Biomechanika analizuje ruch w rzeczywistych warunkach życia, który jest wykonywany wbrew działaniu grawitacji i bezwładności innych oporów.
Siły działające na układ ruchu
ü Wewnętrzne (opór tkanek biernych, bezwładność)
- Czynne
- opory (bierne)
ü Zewnętrzne ( przyciąganie ziemskie, partner przeciwnik, wiatr, tarcie, reakcja podłoża)
- czynne
- reakcja (bierne)
- Siły zew. - przyciąganie ziemskie, wiatr, prąd morski
- Siły wew. - wytwarzane przez mięśnie
- Siły czynne - siły pobudzonych mięśni, przyciągnie ziemskie
- Siły bierne - tarcie podłoża, opór tkanek biernych, bezwładność, siły bierne mięsni
STEINDLER (1977)
W ruchu równowadze człowieka mamy do czynienia z fragmentami ciała o nieregularnych kształtach, zbudowanych z tkanek o różnej gęstości i specyficznej grawitacji.
Przed podjęciem leczenia fizjoterapeutycznego potrzebne jest precyzyjne rozpoznanie lekarskie, oraz wykonanie analizy ergometrycznej i biomechanicznej dysfunkcji która ma być leczona. Konieczna jest też znajomość naturalnych możliwości adaptacyjnych ustroju do zmian patologicznych w układzie ruchu. Wówczas można nakreślić plan postępowania leczniczego i dobrać do jego realizacji odpowiednie środki i metody.
OCENA I OBSERWACJA
Przy studiowani mechaniki ciała ludzkiego należy przestrzegać kilku podstawowych zasad:
1) Nie fałszowana obserwacja i wiarygodny zapis
Metody:
· Fotografia
· Platformy siły do pomiaru przebiegu linii środka cięzkosci i do pomiarów ilosci i czasu eksponowania siły przy różnych ruchach badanego, w różnych kierunkach
· Elektromiografia
· Goniometr
· Liczne pomoce do analizy obrazów fotograficznych np. analizator ruchu współpracujacy z zestawmi komputerowymi
· Urządzenie do badań 3D (rezonans magnetyczny, tomografia komputerowa)
· Urządzenia laserowe do pomiarów szybkości
· Analiza sił wytwarzających ruch
Konieczne jest wkroczenie na pole mechaniki ogólnej
Znajomość warunków w jakich ciało utrzymuje równowagę, jest jedyną drogą do zrozumienia sytuacji patologicznej
Zasady dynamiki Newtona
3 zależności miedzy siła a ruchem
I zasada à każde ciało trwa w stanie spoczynku lub w stanie ruchu jednostajnie prostoliniowego dopóty dopóki siły nań działające tego stanu nie zmienia.
II zasada à zmiana ilości ruchu (czyli pędu) jest proporcjonalna do siły działającej i ma kierunek prostej, wzdłuż której ta siła działa.
III zasada à każdemu działaniu towarzyszy równe i wprost przeciwne oddziaływanie, czyli wzajemne działania 2 ciał są zawsze równe i skierowane przeciwnie ( zasada akcji i reakcji)
IV zasada àjeżeli na pkt materialny o masie M działa jednocześnie kilka sił to każda z nich działa niezależnie od pozostałych, a wszystkie razem działają tak jak jedna tylko siła równa wektorowej sumie wektorów danych sił.
V zasada à każde 2 pkt materialne przyciągające się z siła proporcjonalna do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości miedzy nimi kierunek siły leży na prostej łączącej te pkt.
Siły przyciągania ziemskiego
Narząd ruchu człowiek musi dodatkowo wytwarzać siły równoważące przyciąganie ziemskie
Siła ciężkości jest siłą masową działającą na poszczególne elementy ciała.
Przyciąganie ziemskie czyli siła grawitacji jest źródłem momentów, w których wielkość zależy od ramienia działania danej siły lokalnej.
W postawie stojącej krąg S2 jest środkiem ciężkości.
Podstawowe pojęcia kinetyki w zastosowaniu do ruchów ciała.
Człon – jest to taka część, element który się nie odkształca np. kości
Para biokinematyczna – są to dwa człony połączone ruchomo np. dwie kości i staw.
Półpara biokinematyczna – jest to kość z powierzchnia stawową.
Staw posiada dwie powierzchnie stawowe, otoczone torebką w której znajduje się maź stawowa.
Dźwignie biomechaniczne - maszyny do przekazywania siły, może wykonać pracę gdy energia jest przekazywana przez nią Tworzy ją belka podparta w dowolnym pkt.
Miejsce podparcia wyznacza oś obrotu dźwigni
W ciele ludzkim energia czyli siła mięsni jest przenoszona przez kości aby poruszać segmentami ciała
W czasie napięcia mięsni wartość skurczu nie jest z reguły przenoszona bezpośrednio na obciążenie lecz ulega transformacji w ukł dźwigni kostnych. Dźwignia dziaa na zasadzie sztywnego drążka, na który działaja siły przejawiające tendencję do obracania drążka wokół punktu jego podparcia.
W każdej dźwigni możemy wyróżnić:
- punkt podparcia
- ramię siły(wysiłku)
Ramię oporu (ciężaru)
Punkt podparcia dźwigni
W ciele ludzkim pkt obrotu znajduje się w stawie. Punkt podparcia dźwigni to pkt wokół którego sztywny drążek obraca się.
Ramie siły – obejmuje wszystkie części drążka między punktem podparcia dźwigni i pkt w którym przyłożona jest siła drążka. w ciele ludzkim znajduje się w przyczepie ścięgna kurczącego się mięśnia do poruszanej kości
Ramię podporu – obejmuje wszystkie cz drążka miedzy pkt podparcia dźwigni i pkt w którym działa opór lub ciężar, jaki ma być przezwyciężony czy podniesiony przez to ramię.W odniesieniu do ciała ludzkiego można porównać do przedmiotu trzymanego w reku
Dźwignie biomechaniczne dzielimy na 3 klasy różniące się konfiguracją punktu przyłożenia siły względem osi obrotu:
· Miesień ma przyczepy rozciągające się na znacznej długości
· Różne mięśnie mogą tworzyć różne dźwignie w łańcuchu kinematycznym
I klasa - dźwignie kostne 2-stronne
staw skokowy – oś obrotu stawu skokowo-goleniowego:
- mięśnie piszczelowy przedni i brzuchaty łydki
Ramie działania siły mięsni prostowników grzbietu ok.5cm (licząc od środka krążka)
II klasa à 1-stronne dźwignie kostne
Ramię działania siły mięśniowej jest zawsze krótsze od ramienia obciążenia. Wyst najliczniej w org. człowieka
III klasa à 1-stronna dźwignia kostna
Ramię przyłożenia siły mięśniowej jest dłuższe od ramienia obciążenia. Siła skurczu mm jest odpowiednio mniejsza o tyle razy ile razy długie jest ramię działania siły mm w stosunku do ramienia siły dociążenia. Wyst niewiele takich dźwigni w org np.: dźwignia przedramienia.
W celu zwieksz wydajności systemu wykonawczego prawie wszystkie programy ruchowe realizowane są przez mięśniowe grupy funkcyjne.
- Agonistyczne – zginanie stawu
- Antagonistyczne – prostowanie stawu
- Synergistyczne – współdziałające w realizacji danego ruchu.
Jest to nauka o ruchu dotyczy ona geometrii ruchu bez uwzględniania sił które ten ruch wywołują. Zastosowanie zatem kinematyki do żywego organizmu, w tym i ludzkiego- szczególnego biomechanizmu można nazwać biokinematyką
Biokinematyka obejmuje głównie:
- pomiary i zapisy ruchów ciała
Rozważania dotyczące charakterystyki stawów i kości objętych ruchem tzw. Mechanikę kości i stawów.
Pomiary i zapis ciała ludzkiego
· Na przełomie lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych opracowany został ostatecznie międzynarodowy system standardowych pomiarów ortopedycznych i metod zapisu ruchów (international standard measuring and recording a metoda zapisu SFTR, które są skrótami Sagi tal, front al, transverse i rotation
-dlatego używa się często zastosowanie skrótów
W 1962 roku amerykańska akademia chirurgów ortopedów przyjęto system ISOM-SFTR jako obowiązujący, a potem uczyniły to inne państwa
Wszystkie ruchy stawowe mierzy się z pozycji wyjściowych ściśle określonego neutralnego zera, a pozycje te są pozycjami anatomicznymi ciała. Oś międzynarodowa standardowego kątomierza (goniometru) powinno być możliwie dokładnie umieszczona w punkcie czynnościowej osi stawu w danej płaszczyźnie.
Oś międzynarodowego standardowego kątomierza (goniometru) powinna być możliwie dokładnie w punkcie czynnościowej osi stawu w danej płaszczyźnie
System ISOM-SFTR zapewnia
1.1. Łatwe funkcjonowanie, zrozumiałe i uniwersalne sposoby pomiarów ruchów w stawach i pozycji wyjściowych do pomiarów
1.2. Metodę zapisu łatwo zrozumiałą przez wszystkich, bez niejasności mogących wynikać z dyscypliny naukowej, języka i terminologii
1.3. Metodę odczytywaną przez każdego w ten sam sposób
Wszystkie ruchy proste lub złożone trójwymiarowe są prowadzone do ruchów w podstawowych płaszczyznach. Są one zapisywane symbolami S F T z wyjątkiem ruchów rotacyjnych, dla których symbolem jest litera . wszystkie ruchy zapisuje się trzema liczbami przedstawiającymi liczbę stopni ruchu kątowego.
Ruchy, które ogólnie biorąc, prowadzą w kierunku od ciała, tworzą grupę I i są zapisywane najpierw, które prowadzą w kierunku ciała, w kierunku do ciała - grupę II i zapisywane są jako ostatnie, przy zapisie pozycji wyjściowej w środku
Pozycja wyjściową (anatomiczną) jest zwykle zero, ale w stanach chorobowych może to być inna cyfra.
Pozycja wyjściowa (anatomiczna) jest zwykle zero, ale w stanach chorobowych może to być inna cyfra.
Systematyka ruchów
Określenie położenia i ruchów poszczególnych części ciała wymaga jednoznacznego zdefiniowania ich położenia w przestrzeni. W biomechanice stosuje się najczęściej układ prostokątny (kartezjański) złożony z trzech wzajemnie prostopadłych osi wyznaczających główne kierunki.
Punkt wyjścia do opisu ruchów człowieka i położenia poszczególnych części ciała
Trzy umowne wzajemnie prostopadłe płaszczyzny przecinające się w środku ciężkości ciała tworzą układ płaszczyzn głównych ciała.
- strzałkowa
- czołowa
- poprzeczna
Standardowa pozycja anatomiczna
Linie przecięcia się tych trzech płaszczyzn wyznaczają główne osie ciała: pionowa, poprzeczna, strzałkowa
Każda z osi wyznacza dwa kierunki:
- wzdłuż osi strzałkowej kierunki tylny (grzbietowy) i przedni (brzuszny)
- wzdłuż osi pionowej kierunek górny i dalszy
na kończynach bliższy i dalszy
- wzdłuż osi poprzecznej kierunek boczny i przyśrodkowy
W płaszczyźnie czołowej:
-przywodzenie
-odwodzenie
W płaszczyźnie strzałkowej:
-zgięcie
-wyprost
Definiowanie ruchów części ciała
-Rotacja wew.
-Rotacja zew.
Definiowanie ruchów w stopie i ręce
-pronacja
-supinacja
- oprócz płaszczyzn głównych, przechodzących przez punkt środka ciężkości ciała, można zdefiniować dowolne płaszczyzny wtórne, przecinające się na osi wybranego stawu lub innego punktu anatomicznego.
Przykład: ruchy palców w kierunku od i do segmentów referencyjnego nazywa się odpowiednio odwodzenie i przywodzenie.
W przypadku dłoni płaszczyznę strzałkową układa odniesiona wyznacza trzeci segment, w przypadku stopy drugi segment.
Przykład ruchy palców w kierunku od i do segmentów referencyjnego nazywa się odpowiednio odwodzenie i przywodzenie
Łancuchy kinematyczne
Dziela się na:
- Pojedyncze : staw w zależności od typu wykonuje zginanie prostowanie, przywodzenie odwodzenie, rotację. Ruchy złożone mogą być realizowane przez ukł wielosegmentowe
- Zespół funkcjonalny – połączonych ze sobą segmentów nazywany jest łańcuchem kinematycznym. Może składać się z 2 lub więcej członów, obejmujących nawet całe ciało.
każde z połączeń stawowych pozwala na przemieszczenie kątowe sąsiadujące z nim segmentów.
-pojedynczy staw w zależności od typu
-zginanie i prostowanie
-przywodzenie i odwodzenie
-rotacja
-ruchy złożone mogą być realizowane przez układy wielosegmentowe
Stopnie swobody łańcucha kinematycznego
- każdy staw można scharakteryzować na podstawie liczby niezależnych płaszczyzn, w których możne odbywać się ruch
- np. stawy jednoosiowe umożliwiają ruch tylko w jednej płaszczyźnie- mają więc jeden stopień swobody
- liczba stopni swobody dla pojedynczego stawu nie może być większa od trzech.
· przykład połączeń o 1 stopniu swobody:
-staw łokciowy
-stawy międzypaliczkowe
· Przykład połączeń o 2 stopniach swobody:
-staw promieniowo- nadgarstkowy
-ruchy zginania i prostowania (wokół osi poprzecznej)
-ruchy przywodzenia i odwodzenia (wokół osi strzałki)
· Przykład połączeń 3 stopni swobody:
-staw biodrowy
-staw ramienno-łopatkowy:
-ruchy prostowania i zginania
-odwodzenia i przywodzenia
-stopnie swobody poszczególnych stawów działających w łańcuchu kinematycznym sumują się, co pozwala na realizację dowolnie skomplikowanych ruchów przestrzennych.
-aktywność układu o wielu stopniach swobody wymaga bardzo rozbudowanego układu sterowania, co z kolei spowalnia jego działanie.
Aspekty kliniczne: nadmiarowość stopni swobody łańcucha pozwala na kompensowanie pewnych niedoborów powstałych układzie ruchu na skutek niewydolności funkcjonalnej lub zmian patologicznych
-np. osoba ze sztywnym biodrem może sprawnie chodzić, kompensując upośledzenie dodatkowymi ruchami w sąsiednich stawach: kręgosłupa i kolanowym.
Możliwości leczenia cuxartrozy (sztywnego biodra)
-artrodeza
-osteotomie kości udowej
-osteotomie miednicy
-artroskopia
-kapoplastyka
ARTRODEZA
-zalety:
-zniesienie dolegliwości bólowych
-umożliwienie prowadzenia aktywnego trybu życia
-możliwość powrotu do pracy
-możliwość wykonania totalnej endoprotezoplastyki w przyszłości
Wady:
-ból kolana, biodra, kręgosłupa
-upośledzenie aktywności życia
codziennego (schody, skarpety)
-upośledzenie życia seksualnego
hipoteza BERNSTEINA /1935/
sterowanie ruchem opiera się na zasadzie redukcji stopni swobody łańcuchów kinematycznych
-układ nerwowy, zamiast niezależnego sterowania aktywnością poszczególnych mięśni czy stawów posługuje się raczej sterowaniem modułowym nadzorowanym na całe łańcuchy kinematyczne.
Hipoteza efektywny szybki ruch jest możliwy dzięki sterowaniu modułowemu. Budowa łańcuchów kinematycznych wskazuje na preferencje funkcjonalne:
-np. w kończynach dolnych uprzywilejowana jest płaszczyzna strzałkowa /ruch w innych płaszczyznach ograniczony budową jak ruchomością stawów/
- redukcja stopni swobody od strony wykonawczej funkcji mięśni wielostawowych, rola więzadeł.
- płynne, doskonale skoordynowane ruchy możliwe są dzięki synergiom ruchowym, czyli zakodowanym w mózgu złożonym programom ruchowym. Programy te pozwalają na sterowanie ruchem kończyn dolnych lub nawet ruchem całego ciała, które traktowane jest jako jeden zespół funkcjonalny.
Hipoteza Steindlera 1955
Zamknięty: dalszy koniec łańcucha kinematycznego styka się z podłożem i tym samym pozostaje unieruchomiony. Poruszają się segmenty bliższe. Ruch jednego segmentu wymaga ruchu pozostałych. W łańcuchu otwartym poszczególne segmenty mogą poruszać się niezależnie lub nawet niektóre z nich mogą pozostać w spoczynku.
Przykład łańcucha otwartego:
-sięganie dłonią do ust
-kończyny dolne podczas chodu w fazie przeniesienia
-ćwiczenia ruchów w stawie kolanowym przy wolnej stopie.
Przykład łańcucha zamkniętego
-stopa podczas chodu
-ruch jednego segmentu wymaga ruchu pozostałych
Morfologia i fizjologia kości
-w ciele dorosłego człowieka znajduje się 206kości
Bodźce mechaniczne dla kości
-siły zewnętrzne- pole grawitacji
-siły wewnętrzne- powstające w trakcie wykonywania ruchów.
Właściwości:
-dostosowywanie parametrów do wymagań mechanicznych
-zdolność samo naprawy w przypadku uszkodzenia.
Kość: wyspecjalizowana forma tkanki łącznej.
Biomechanika kości:
- sprzężenie zwr...
alutqa87