Człowiek- najlepsza inwestycjazkup.mchtr.pw.edu.pl/pom_dyd/abi/Wyk%B3ad_05_Kapita%B3_ludzki.pdf ·...
Transcript of Człowiek- najlepsza inwestycjazkup.mchtr.pw.edu.pl/pom_dyd/abi/Wyk%B3ad_05_Kapita%B3_ludzki.pdf ·...
Człowiek- najlepsza inwestycja
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Biomechanika człowieka
i kinematyka stawu
kolanowego
1. Terminologia
2. Wstęp do biomechaniki człowieka
3. Kinematyka stawu kolanowego
4. Metody analizy biokinematyki
5. Analiza chodu
2
Terminologia
poprzeczna czołowa strzałkowa
3
Płaszczyzny ruchu:
Terminologia
4
Pojęcia topografii anatomicznej:
anterior/posterior –przedni/tylni
superior/inferior –
górny/dolny
proximalis/distalis –bliższy/dalszy
medialis/lateralis –
przyśrodkowy/boczny
Wstęp do biomechaniki człowieka
Biomechanika - zajmuje się opisem ruchu człowieka i
zwierząt (biokinematyka) oraz zjawiskami ten ruch
wywołującymi (biodynamika)
Działy biomechaniki:
• biomechanika ogólna (General Biomechanics)
• biomechanika inżynierska (Biomechanics of Engineering)
• biomechanika medyczna i inżynieria rehabilitacyjna (Medical Biomechanics and Rehabilitation
Engineering)
• biomechanika sportu (Biomechanics of Sport)
5
6
Kość cechuje duża elastyczność zatem działające na nią siły nie prowadzą do złamania lecz do jej odkształcenia. Stosunek naprężenia do związanego z nimodkształcenia jest wartością stałą dla danego materiału (Skorko 1979). Immateriał bardziej sztywny tym moduł sprężystości wyższy.
Jednak kość zachowuje elastyczność tylko w pewnym zakresie określonym jakostrefa odkształcenia sprężystego po przekroczeniu którego następujeodkształcenie plastyczne i jeśli naprężenia przekroczą dozwoloną granicęplastyczności nastąpi złamanie kości.
W przypadku kości strefa odkształcenia plastycznego jest bardzo niewielka. Podczas działania na kość obciążeniem gromadzi ona pewną ilość energii. Np. w przypadku szybkiego biegu kość pochłania więcej energii niż w przypadku bieguwolnego. Im więcej energii się zgromadzi tym większe będzie zniszczenie kości(Markel 1996). Rodzaj złamania zależy ponadto od kierunku działania siły.
Wstęp do biomechaniki człowieka
Biomechanika złamań
Wstęp do biomechaniki człowieka
7
Mechanizm kontroli ruchu
Maszyna:
układ
szkieletow y
+
obciążenie
Napęd:
muscles
Centrum
Sterow ania:
mózg
Sensory:
układ
receptorów
czucia
zamiar
ruchu
impuls
aktyw acji
siła ruch
Wstęp do biomechaniki człowieka
8
Dźwignie – proste mechanizmy służące do zmiany wywieranej siły poprzez użycie
odpowiedniego ramienia momentu
siła (F) opór (R)
ramię siły ramię oporu
oś obrotu
Wstęp do biomechaniki człowieka
9
Klasy dźwigni działających w człowieku:
1 klasy – dźwignie obustronne
2 klasy – dźwignie rzadko występujące u człowieka
3 klasy – dźwignie najczęściej występujące i używane przez człowieka
Wstęp do biomechaniki człowieka
10
Dźwignie 1 klasy:
- mogą być oszczędnościowe i szybkościowe
siła (F)
opór (R)
ramię siły ramię
oporu
oś obrotu
siła (F)
opór (R)
ramię
siłyramię oporu
oś obrotu
Wstęp do biomechaniki człowieka
11
Dźwignie 1 klasy:
- przykład stawu
szczytowo-
-potylicznego
siła opór
oś obrotu
Wstęp do biomechaniki człowieka
12
Dźwignie 2 klasy:
- porównanie do taczki
siła (F)
opór (R) oś obrotu
ramię siłysiła
opór
oś obrotu
przykład wykorzystania tej dźwigni w stawie łokciowym dla mięśnia ramienno-promieniowego
ramię oporu
Wstęp do biomechaniki człowieka
13
Dźwignie 3 klasy:- najczęstsze dźwignie u człowieka
- mało wydajne z powodu małego ramienia siły –nieefektywne mechanicznie
siła (F)
opór (R)oś obrotu
ramię siły
ramię oporu
siła
opór
oś obrotuprzykład wykorzystania tej dźwigni w stawie łokciowym dla mięśnia dwugłowego ramienia
Wstęp do biomechaniki człowieka
14
Typy stawów (Fick 1904,1911):
zawiasowy obrotowy
kulowy elipsoidalny (kłykciowy)
siodełkowaty
Wstęp do biomechaniki człowieka
15
Przykłady i rodzaje stawów:
- ramienny – staw kulisty
wolny
- biodrowy – staw
kulisty panewkowy
Wstęp do biomechaniki człowieka
16
Przykłady i rodzaje stawów:
- kolanowy – staw dwukłykciowy lub dawniej staw zawiasowy zmodyfikowany
udo
goleń
powierzchnie stawowe (boczne i przyśrodkowe)
kłykcie
model stawu
Wstęp do biomechaniki człowieka
17
Rodzaje ruchów w stawach:
obracanie toczenie ślizganie
+ połączone wzajemnie kombinacje
Budowa anatomiczna stawu
kolanowego
staw kolanowy
18
kość udowa
kość piszczelowa
kości kończyny dolnej
kość strzałkowa
rzepka
Budowa anatomiczna
kość udowa – koniec dalszy
19
kłykieć boczny
powierzchnia rzepkowa
kłykieć przyśrodkowy
dół międzykłykciowy
nadkłykieć boczny
nadkłykieć przyśrodkowy
Budowa anatomiczna
kość piszczelowa – koniec bliższy
20
kłykieć przyśrodkowy(powierzchnia stawowa)
kłykieć boczny(powierzchnia stawowa)
wyniosłość międzykłykciowaguzowatość piszczeli
głowa strzałki
Budowa anatomiczna
rzepka
21
powierzchnia stawowa rzepki
widok z przodu widok od tyłu
powierzchnia przednia rzepki
Budowa anatomiczna
więzadła
22
więzadłokrzyżowe tylne (PCL)
więzadłokrzyżoweprzednie (ACL)
więzadłopoprzecznekolana
więzadłopobocznepiszczelowe(przyśrodkowe)
więzadłopobocznestrzałkowe(boczne)
Budowa anatomiczna
łąkotki
23
łąkotkaprzyśrodkowa łąkotka
boczna
Budowa anatomiczna Mięśnie otaczające staw kolanowy od przodu
24
mięsień napinaczpowięzi szerokiej
mięsień krawiecki
mięsień prostyuda
mięsień obszernyprzyśrodkowy
mięsień obszernypośredni
mięsień obszernyboczny
warstwa powierzchowna warstwa głęboka
Budowa anatomiczna Mięśnie otaczające staw kolanowy od tyłu (górne)
25
mięsień półścięgnisty
mięsień smukły
mięsień dwugłowy udagłowa długa
mięsień dwugłowy udagłowa krótka
mięsień półbłoniasty
widok od tyłu widok od strony przyśrodkowej
"gęsia stopka"
Budowa anatomiczna Mięśnie otaczające staw kolanowy od tyłu (dolne)
26
mięsień brzuchatyłydki - głowaprzyśrodkowa
mięsień brzuchatyłydki - głowaboczna
mięsień podkolanowy
mięsień podeszwowy
strona tylnia widok po odsłonięciu mięśnia trójgłowego łydki
Kinematyka stawu kolanowego
27
Stopnie swobody i osie ruchu
zgięcie
translacja
przednia
i tylnia
wyprost
rozciąganie
rotacja zew.
i wewnętrzna
odwodzenieprzywodzenie
nacisk
6 stopni swobody (DOF):
-3 rotacje
-3 translacje
translacja
boczna
i przyśrodkowa
Kinematyka stawu kolanowego
28
Zakresy praktycznego ruchu w stawie:
- zgięcie/wyprost – do 70podczas chodzenia, do 160 w klękaniu
- rotacja wewnętrzna
i zewnętrzna - do 30 tylko przy zgiętym kolanie
- przywodzenie/odwodzenie – tylko kilka stopni
20
120
160
-5 10
pełen wyprost(z uwzgl. przeprostu)
mechanizm zaryglowania (screw home)
aktywny ruch pod kontrolą mięśni
ruch pasywny(wymagający zewnętrznej siły)
0
Kinematyka stawu kolanowego
Przykłady możliwej współpracy stawu udowo-piszczelowego w różnych przypadkach:
(A) tylko toczenie – kość udowa wytacza się poza kolano przed zakończeniem zgięcia
(B) tylko ślizganie – kość udowa uderza w kość piszczelową
(C) złożenie tych dwóch ruchów – toczenia i ślizgania - daje rzeczywisty układ występujący w kolanie
29
Ruch w stawie jest kombinacją toczenia (początkowa faza), obrotu i ślizgania
30
Metoda symulacyjno doświadczalna -
kinematyka stawu kolanowego
X
Yalfax’
y’
O
o’
...AB dl
Kośćpiszczelowa
Kość udowa
Przykładowa trajektoriazakreślana przez punkt B
Kinematyka stawu kolanowego
Przykładowe zakresy dla czynności:
chodzenie 0-67 stopni
wchodzenie po schodach 0-83
schodzenie ze schodów 0-90
siadanie 0-93
wiązanie butów 0-106
podnoszenie przedmiotu 0-117
[Nordin & Frankel, 1989]
Kinematyka stawu kolanowego