BIOMECHANIKA
BIOMECHANIKA KLOUBŮ
TYPY KLOUBNÍCH SPOJENÍ SYNARTRÓZA
VAZIVO (syndesmóza) • sutury • ligamenta KOST (synostóza) • křížové obratle
SYNOVIÁLNÍ (diartróza) • 1-5 mm hyalinní chrupavka • 80 %
CHRUPAVKA (synchondróza) • symfýza
TYPY KLOUBNÍCH SPOJENÍ
Drobný posun sousedních kostí, bez kloubní chrupavky
Prakticky nepohyblivé, velmi pružné spoje
STRUKTURA KLOUBU Vertikální Sagitální
Frontální (koronální) Anatomická x fyziologická
3 posunutí + 3 rotace ⇒ 6 DOF
TYPY KLOUBŮ Podle počtu prvků • jednoduché – 2 kosti • složené – více než 2 kosti, 2 kosti + disky nebo menisky Podle rozsahu pohybu • tuhé • více pohyblivé – ostatní Podle tvaru styčných ploch
TYPY DIARTRODIÁLNÍCHKLOUBŮ KLOBŮ TYPY DIARTTROTICKÝCH
POČET OS: 0 Nepravidelný Plochý Šarnýrový
1 Kladkový Plochý válcový Kolový
2 Sedlový Elipsovitý
3 Kulový
Volný Omezený (ořechový)
TYPY DIARTRODIÁLNÍCH KLOBŮ Kloub kulovitý volný (artrodia)
Flexe, extenze, abdukce, addukce, rotace
Mělká jamka umožňuje velký rozsah pohybu
TYPYDIARTROTICKÝCH DIARTRODIÁLNÍCH KLOBŮ TYPY KLOUBŮ Kloub kulovitý omezený (enarthrosis)
Flexe, extenze, abdukce, addukce, rotace
Rozsah pohybu je omezen kostí, která nese hlavici
TYPY DIARTRODIÁLNÍCH KLOBŮ TYPY DIARTROTICKÝCH KLOUBŮ Kloub elipsovitý (condylaris)
Flexe, extenze, laterální flexe
Rotační elipsoid, neumožňuje otáčení kolem svislé osy
TYPY DIARTRODIÁLNÍCH KLOUBŮ Kloub sedlový (art. sellaris)
Flexe, extenze, abdukce, addukce, mírná rotace
Jezdec
Sedlo Pohyby ve dvou na sebe kolmých rovinách
TYPY DIARTRODIÁLNÍCH KLOBŮ Kloub šarnýrový (ginglymus)
Flexe, extenze
Osa otáčení je kolmá k podélné ose kosti
TYPY DIARTRODIÁLNÍCH KLOBŮ Kloub kolový (trochoidea)
Osa otáčení je rovnoběžná s podélnou osou kosti – pohyb okolo jedné osy
TYPY DIARTRODIÁLNÍCH KLOBŮ Kloub kladkový (art. trochlearis)
Flexe, extenze
Vodící rýha + lišta
Konvexní povrch jedné kosti je vložen na konkávní povrch druhé – pohyb okolo jedné osy
TYPY DIARTRODIÁLNÍCH KLOUBŮ Kloub plochý
Nemá hlavici a jamku Klouzavý pohyb kolem tří os Kývavé pohyby a posuny, vloženy disky
Kloub tuhý (amphiarthrosis)
Nepatrná skluzná pohyblivost Krátké kloubní pouzdro Četné vazy Nepravidelné plochy
Vazy pánve na mediální straně
OSA KLOUBU Mechanická osa prochází kostí, je kolmá k povrchu stacionárního kloubu.
Hlavní osa pro flexi-extenzi
Sférický kloub má nekonečně mnoho os otáčení. Hlavní osa se svým směrem blíží k ose krčku.
Osa rotace flexe/extenze se v průběhui pohybu mění vzhledem k tibii i femoru.
POHYBY V KLOUBU Základní postavení – odpovídá základnímu anatomickému postavení Střední postavení – kloubní pouzdro nejvíce volné Rozsah pohybu – omezuje tvar jamky a hlavice, vazy, okolní kostní výběžky, velikost měkkých tkání v okolí (tuk, svaly)
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU Gliding – pohyb ze strany na stranu, bez výrazných změn v úhlu mezi kostmi
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU Flexe – zmenšení úhlu mezi segmenty Extenze – zvětšení úhlu mezi segmenty Hyperextenze – pokračování extenze za hranici anatomické polohy
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU Flexe – zmenšení úhlu mezi segmenty Extenze – zvětšení úhlu mezi segmenty Hyperextenze – pokračování extenze za hranici anatomické polohy
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU Flexe – zmenšení úhlu mezi segmenty Extenze – zvětšení úhlu mezi segmenty Hyperextenze – pokračování extenze za hranici anatomické polohy
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU Flexe – zmenšení úhlu mezi segmenty Extenze – zvětšení úhlu mezi segmenty Hyperextenze – pokračování extenze za hranici anatomické polohy
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU Laterální flexe – zmenšení úhlu mezi kostmi v kloubu
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU Abdukce – pohyb od středové linie Addukce – pohyb ke středové linii
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU Abdukce – pohyb od středové linie Addukce – pohyb ke středové linii
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU Cirkumdukce
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU Opozice Pohyb palce proti prstům nebo dlani
DRUHY POHYBŮ V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU
POHYBY V KLOUBECH Základní poloha − HK volně podél těla, dlaně dopředu Střední poloha − nejvíce uvolněné pouzdro
Flexe + extenze
Cirkumdukce
Abdukce + addukce Rotace
opisuje plášť kužele, ale „jednotlivé strany míří stále stejným směrem“
POHYBY V KLOUBU Zpravidla kombinace
lineární rotační
SPIN, ROLL, SLIDE
POHYBY V KLOUBU Komprese zmenšení prostoru mezi dvěma kloubními plochami zvýšení stability kloubu normální reakce na svalovou kontrakci Distrakce kloubní povrchy jsou taženy od sebe zvýšení napětí kloubního pouzdra
OKAMŽITÁ OSA ROTACE
kombinace rotace a translace mění se v průběhu pohybu
POHYBY V KLOUBU Konkávní x konvexní
Stejný směr
Důsledek „čistého“ posunutí a rotace
Konvexní x konkávní
Opačný směr
POHYBY V KLOUBU Relativní rychlost posunu − 0,03-0,3 m.s-1 Hlavice femoru x acetabulum při normální chůzi
Hlavice kosti pažní x kloubní jamka při nadhozu v baseballu
Chůze po rovině − zatížení kolenního a kyčelního kloubu až 6x hmotnost člověka Kontakt paty, odlepení prstů Tloušťka vrstvy v kyčelním kloubu kolísá od 0,06 do 2,5 µm
ROZSAH POHYBU V KLOUBECH
ROZSAH POHYBU V KLOUBECH
ROZSAH POHYBU V KLOUBECH
VZTAH MEZI FUNKCÍ SVALU A KLOUBU Reflexní úroveň ⇒ pasivní kloub + aktivní sval
Funkční porucha kloubu ⇒ reflexní odpověď ve svalech (ochranný spasmus) Kloub je v tomto případě „nadřazený“ svalovému systému i některým řídícím povelům nervového systému Propriorecepční funkce kloubních struktur ⇒ poloha kloubu a rychlost změn
KLOUBNÍ POUZDRO Stavba ⇒ zevní fibrózní membrána + vnitřní synoviální membrána Fibrózní membrána − vrstva různě silného kolagenu + kapsulární vazy − zajišťuje stabilitu a pohyblivost − zesílení vazy, úpony svalů − zeslabení cévy a nervy Zvětšení rozsahu pohybu → prodloužení vazů 4-6 % → odpovídá biomechanickým vlastnostem kolagenu Synoviální membrána − nekryje kloubní chrupavku, disky a menisky
MAZÁNÍ DIARTRODIÁLNÍCH KLOUBŮ Synoviální tekutina (filtrát krve) ⇒ hlavní složka polysacharidová hyaluronová kyselina • má vysoce nenewtonské bioreologické vlastnosti • vysoká dynamická viskozita při nízkých rychlostech smykové deformace • vysoká elasticita • koeficient tření u zdravých kloubů 0,001 až 0,03 • výživa chrupavky „Normální“ kolenní kloub → 0,20 ml
MAZÁNÍ DIARTRODIÁLNÍCH KLOUBŮ Dynamická viskozita
Změny mechanických vlastností synoviální tekutiny a kloubní chrupavky (osteoartritida, revmatická artritida) ⇒ ztráta nosnosti mazací vrstvy
Přizpůsobivost povrchu kloubu je lepší v kyčelním než v kolenním kloubu
FUNKCE SYNOVIÁLNÍ TEKUTINY
Lubrikace Chrupavka „nasává“ tekutinu jako houba, při tlakovém zatížení ji uvolňuje pro zmenšení tření. Výživa Prouděním tekutiny je distribuována výživa a odváděny odpadní látky. Absorpce zatížení Zmenšení zátěže rozmístěním tekutiny ve vrstvách chrupavky.
KINEMATICKÝ ŘETĚZEC Kinematický řetězec − kinematická dvojice + další segment (segmenty) OTEVŘENÝ x UZAVŘENÝ • distální + proximální konec • možnost změny v jednom kloubu nezávisle na kloubu sousedním Přechod mezi otevřeným a uzavřeným řetězcem je ovlivněn probíhající pohybovou činností. Zvýšení odporu na konci řetězce ⇒ změna PUNCTUM FIXUM na PUNCTUM MOBILE.
KINEMATICKÝ ŘETĚZEC uzavřený
složený
otevřený
smíšený
biomechanismus uzavřený kinematický řetězec, jehož jeden člen je „rámem“
STUPNĚ VOLNOSTI ŘETĚZCŮ (DOF) Počet způsobů pohybů v kloubu Volně zavěšené těleso 6 DOF: 3 posunutí + 3 rotace Kinematické dvojice v lidském těle: maximálně 3 1 DOF − kladkový 2 DOF − elipsovitý 3 DOF − kulovitý Kinematický řetězec: Násobení počtu DOF mezi sousedními klouby Počet možných variant pro konečný článek − MOBILITA
STUPNĚ VOLNOSTI ŘETĚZCŮ (DOF) Nadbytečnost (redundance) Stanoví počet náhradních možností, které lze potenciálně využít. Všechny možnosti nemají stejnou fyziologickou hodnotu. Bernsteinův problém − výběr varianty pohybu se děje omezením počtu DOF v jednotlivých kloubech. ⇓ Efektivní pohyb ⇒ cílená svalová kontrakce + omezení („zablokování“) dalších článků. Spasticita − porucha CNS při výběru tuhosti jednotlivých článků ⇒ ztužení kloubů v řetězci.
