BIOMECHANIKA
KOLENNÍ KLOUB
KOLENNÍ KLOUB (ARTICULATIO GENU) ( Složený kloub, největší a nejsložitější v lidském těle. 3 kosti - femur, tibie, patela 3 oddíly - mediální, laterální, patelofemorální 4 ligamenta - MCL, LCL, ACL, PCL 2 menisky, artikulující chrupavka
KOLENNÍ KLOUB • Femur • Tibie • Patela
V kolenním kloubu spolu artikulují dvě nejdelší kosti, a tedy i „páky lidského těla“ ⇒ síly, které zde působí, jsou velké.
KOLENNÍ KLOUB Fibula – slouží pro připojení tkání – není v kontaktu s femurem nebo patelou – „není částí“ kolenního kloubu
Anthony CP, Kolthoff NJ: Textbook of anatomy and physiology, ed 9, St. Louis, 1975, Mosby
KOLENNÍ KLOUB Úloha kolenního kloubu: umožnit stabilitu při současné mobilitě (Véle, 1997) Správná anatomická stavba, ale i souhra statických a dynamických stabilizátorů kolena • Statické stabilizátory menisky (med., lat.), vazivový aparát (zkřížené a postranní vazy), kloubní pouzdro
• Dynamické stabilizátory svalový aparát
KOLENNÍ VAZY
LIG. CRUCIATUM ANTERIUS Vliv na ventrální posun tibie a předozadní stabilitu kloubu. • při plné extenzi dojde k napnutí vazu → při 15° flexi tenze vazu klesá → minimální napětí mezi 30-40° flexe → s další flexí roste napětí • zevní rotace vede k relaxaci vazu, vnitřní rotací se LCA napíná Nejčastější mechanismus poranění: náraz z vnějšího prostředí, násilná vnitřní rotace v konečné fázi extenze (typické pro lyžování, tenis nebo fotbal )
LIG. CRUCIATUM POSTERIUS Stabilizuje dorzální posun tibie • v plné extenzi kolenního kloubu – napjatá pouze posteromediální část, během 20° flexe relaxuje → začíná se napínat část anterolaterální → při 30° flexi se zvyšuje napětí vazu jako celku • největší zatížení LCP je mezi 70-90° flexe Nejčastější mechanismus poranění: násilný posun tibie dorsálně, hyperextenze kolena při sportu
KOLENNÍ VAZY Zkřížené vazy - nejmohutnější stabilizátory kloubu - pevnost 800 N (PCL) Mediální vaz - určuje rozsah zevní rotace, po jeho protětí se rozsah zevní rotace zvětší na dvojnásobek - pevnost 480 N (MCL)
ZKŘÍŽENÉ VAZY Přední − omezení posunu tibie dopředu a její vnitřní rotace Zadní − omezení posunu tibie dozadu a její vnější rotace Čtyřnosníkový kinematický řetězec: AB − přední, CD − zadní
D
A
femur
tibie
B
C
ZKŘÍŽENÉ VAZY Největší síla: 340 N − vnitřní torzní moment při hyperextenzi kolena 305 N − vnější torze ⇒ flektované koleno je méně náchylné k poranění ACL i při torzi tibie
POSTRANNÍ KOLENNÍ VAZY Funkce: omezení úhlu vbočení a vybočení kolena, vnější a vnitřní rotace, předozadního posunu Různým hodnotám flexe v kolenním kloubu „přísluší“ určité části vazu → relativní „skluz“ snopců
ZATÍŽENÍ VAZŮ
PORANĚNÍ VAZŮ Mechanizmus poranění ACL • pokusy s rychlým snížením těla s chodidlem v kontaktu s podložkou + flexe v koleni (zhoršení při působení vnějších sil na kolenním kloubu) • hyperextenze v kolenním kloubu s vnitřní rotací tibie Ženy jsou více odolné proti poranění ACL – širší pánev, větší flexibilita, méně vyvinutá muskulatura, externí torze tibie, …
PORANĚNÍ VAZŮ Mechanizmus poranění PCL • při rotaci nebo hyperextenzi kolena se současným poraněním dalších vazů • přímý úder zepředu do flektovaného kolena • pád na koleno ve flekčním postavení (síla tlačí tibii vzad proti femuru)
STABILITA KOLENNÍHO KLOUBU koordinace mezi vazivovým a svalovým aparátem → neuromuskulární reflex, který slouží k ochraně struktur kolenního kloubu • doba trvání cca 330 ms
•
BIOMECHANIKA KOLENNÍCH ORTÉZ Stabilizace LCA
Poškození LCA
Pohyb v kloubu
Korekční princip
BIOMECHANIKA KOLENNÍCH ORTÉZ Stabilizace LCP
Poškození LCP
Pohyb v kloubu
Korekční princip
POHYB V KOLENNÍM KLOUBU proložíme-li středem kolenního kloubu tři základní roviny (frontální, sagitální a transverzální), protnou se ve třech přímkách označených jako X, Y a Z, které jsou zároveň osami možných pohybů v kolenním kloubu kolem těchto os je teoreticky možno provést celkem šest druhů pohybu: 3 rotační a 3 translační
POHYB V KOLENNÍM KLOUBU - translační pohyb podél osy X jako přední a zadní zásuvkový příznak, - translační pohyb podél osy Z jako kompresi a distrakci, - translační pohyb podél osy Y není za normálních okolností možný
PROVEDENÍ POHYBU (TIBIOFEMORÁLNÍ) • Pro plnou extenzi rotace není možná − vzájemný dotyk kondylů • Rotace se uskutečňuje při současné flexi (největší při flexi v rozsahu 45°-90°) – zevní 21° – vnitřní 17°
• Při flexi přes 90° se rotace snižuje vlivem měkkých tkání • Působením axiálního tlaku klesá rozsah rotačních pohybů na polovinu oproti kloubu nezatíženému
PROVEDENÍ POHYBU (TIBIOFEMORÁLNÍ) • Iniciální rotace na počátku flexe a terminální rotace na konci extenze • Válivý pohyb kondylů femuru po tibiálním plató • Klouzavý pohyb kondylů femuru po tibiálním plató
FLEXE – EXTENZE
OSA OTÁČENÍ Tvar kloubních ploch − největší význam má nesoustředné zakřivení kondylů v sagitální rovině. Jednotlivé části kloubní plochy mají různý poloměr křivosti, který se dorzálně postupně zmenšuje − narůstá zakřivení kondylu. ⇓ Neexistuje stálá osa pohybu, mění se v závislosti na stupni flexe. Hovoříme o tzv. okamžitém středu rotace.
UMÍSTĚNÍ OSY OTÁČENÍ
Trajektorie vytvořená z poloh osy při flexi/extenzi má tvar spirály nebo šroubovice.
Kondyly femoru
evoluta
VNITŘNÍ A ZEVNÍ ROTACE • Rozsah rotací se zvyšuje s postupnou flexí, a to hlavně během prvních 30°° flexe. Největší rozsah rotačních pohybů je zhruba mezi 45°° a 90°° flexe. • Údaje o rozsahu rotací se u různých autorů liší: Bartoníček (1986) uvádí rozsah vnitřní rotace 17°° a zevní rotace 21°°, Hoppenfeld (1976) udává pro obě rotace hodnotu 10°°.
PROVEDENÍ POHYBU (TIBIOFEMORÁLNÍ) • Abdukce a addukce je taktéž možná s částečnou flexi kolene (plná extenze znemožňuje pohyb) • Pasivní zvětšení abdukce a addukce se vyskytuje při flexi kolene <30°
MENISKY
Mediální meniskus je pevně srostlý s vnitřním kolaterálním vazem a s přední částí úponové šlachy m. semimembranosus ⇒ méně pohyblivý.
FUNKCE MENISKŮ • Zvětšují plochu kontaktu (až o 70 %), vyrovnávají různá zakřivení kloubních ploch, napínají kloubní pouzdro a brání jeho uskřinutí • Rovnoměrně distribuují tlakové síly, působí jako tlumič • Zvyšují stabilitu kolenního kloubu (zejména při poranění ACL) • Zabraňují turbulenci synoviální tekutiny a tím zlepšují její lubrikační schopnost, zmenšují tření až o 20 %
MENISKY – POHYB • posun dopředu při extenzi • posun vzad při flexi
Bursy – více než 10 v kolenním kloubu a jeho okolí, absorbují náraz a brání tření.
PATELOFEMORÁLNÍ KLOUB • při flexi je patela přímo v kontaktu s kondyly femuru • chová se jako osa otáčení • „levostranně dominantní“ − větší plocha kontaktu povrchu je na laterální straně • dva stupně volnosti − klouzání pately po kondylech femuru
PATELOFEMORÁLNÍ KLOUB Patela mění tak směr tahu šlachy m. quadriceps femoris → zvětšuje rameno síly → umožňuje jeho efektivnější zapojení při pohybu. Patelofemorální kloub je při chůzi zatížen 1/2 tělesné hmotnosti, při chůzi do schodů 3,3 násobkem a při dřepu až 7 násobkem hmotnosti. Největší zatížení čéšky je při 90-100° flexe (! práce v kleku, dřepy), vyhýbat se úhlu nad 60° flexe.
PATELOFEMORÁLNÍ KLOUB Patela je dynamizujícím prvkem extenčního aparátu kolenního kloubu. Tvoří „kladku“, na které dochází ke změně směru tahu m. quadriceps femoris ⇒ nárůst síly.
Větší změna tahu m. quadriceps femoris ⇒ větší síla, která tlačí patelu proti přední ploše femuru ⇒ poškození pately při zatížení v dřepu nebo v kleku.
PATELOFEMORÁLNÍ KLOUB
EXTENZE V KOLENNÍM KLOUBU Q-ÚHEL Osa tahu m. quadriceps femoris − distálně a lehce mediálně, osa lig. patele − distálně a mírně laterálně ⇒ osy svírají tupý úhel otevřený zevně. Patela má při kontrakci m. quadriceps femoris tendenci k lateralizaci → je neutralizována celkovou anatomickou stavbou patelo-femorálního kloubu. K vyjádření valgozity se používá tzv. Q-úhel (quadriceps angle). Směru tahu svalu odpovídá spojnice spina iliaca anterior superior a středu pately, osa lig. patele je dána spojnicí středu pately a tuberositas tibie.
EXTENZE V KOLENNÍM KLOUBU Q-ÚHEL U mužů je normální hodnota Q-úhlu do 10°, u žen do 15°. Hodnoty větší než 20°jsou považovány za patologické
ROZSAH POHYBU Aktivity Chůze Výstup do schodů Sestup ze schodů Sed Obouvání bot Dřep
Flexe kolene (°) 67 83 90 83-110 106 130
Flexe/extenze v sagitální rovině − 0° až 140° Vnitřní/zevní rotace v transverzální rovině − 0° až 45°/0° až 30°
REAKČNÍ SÍLA V KLOUBU Velikost se mění v průběhu pohybu, podobně jako podíl jednotlivých svalů na celkové velikosti.
