Staw Biodrowy, kolanowy i łokciowy

Transkrypt

Biomechanika inżynierska. Staw biodrowy - J. Buśkiewicz
Staw biodrowy - budowa, funkcje, modelowanie
1
Choroby i urazy stawu biodrowego należą do chorób cywilizacyjnych. Uzyskana w procesie ewolucji
pionowa postawa ciała znacznie zwiększyła obciążenie stawów biodrowych. W organizmie człowieka ich
zużycie objawia się najwcześniej.
Rysunek. Staw biodrowy – budowa anatomiczna. 1 – głowa kości udowej, 2 – warstwa okrężna 3 - jama
stawowa, 4 – więzadło głowy kości udowej, 5 – torebka stawowa, 6 – szyjka kości udowej, krętarz
większy, krętarz mniejszy.
* Źródła rysunków
1. Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000, pod redakcją Macieja Nałęcza, Akademicka
Oficyna Wydawnicza, Warszawa 2004.
a. Komputerowo wspomagane projektowanie i wytwarzanie indywidualnych endoprtotez
stawu biodrowego,
M. Dietrich, J. Domański, R. Granowski, K. Kędzior, K.
Kwiatkowski, K. Skalski
b. Projektowanie trzpieni endoprotez stawu biodrowego, Sz. Piszczatowski, A. Werner.
c. Wytrzymałościowe aspekty projektowania i analizy inżynierskiej układu implant-kość, G.
Krzesiński
d. Biomechanika stawu biodrowego i kolanowego, R. Będziński, K. Ścigała.
2. Biomechaniki inżynierska, R. Będziński , Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej,
Wrocław, 1997
3. Biomechanika narządów ruchu, praca zbiorowa pod redakcją D. Tejszerskiej, E. Świtońskiego,
M. Guzika, Wydawnictwo Naukowe Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Radom, 2011.
2
Analiza sił w stawie biodrowym
MIĘŚNIE UDA
Źródło – wikipedia
3
Źródło – wikipedia
Grupa przednia uda to:
 mięsień krawiecki - mięsień ten zgina staw biodrowy i kolanowy, obraca udo na zewnątrz i
jednocześnie przywodzi je. Jeżeli kolano jest zgięte w stawie kolanowym, to obraca podudzie do
środka. Jest to jednak mięsień słaby i pełni funkcje jedynie pomocnicze,
 mięsień czworogłowy - to bardzo silny mięsień, prostuje staw kolanowy i prostuje staw biodrowy.
Grupa tylna:
Przebiegają od guza kulszowego, a kończą się na goleni. Ich praca prostuje staw biodrowy i zgina
kolanowy. Jeżeli kolano jest zgięte, możliwy jest ruch obracania golenia do wewnątrz i na zewnątrz. Do
grupy tej zaliczamy:
 mięsień półścięgnisty,
 mięsień półbłoniasty,
 mięsień dwugłowy uda.
Grupa przyśrodkowa:

mięsień grzebieniowy - przywodzi i zgina udo, obraca je na zewnątrz,

mięsień przywodziciel długi - to silny mięsień, przywodzi udo, obraca je na zewnątrz oraz zgina
staw biodrowy,

mięsień przywodziciel krótki,

mięsień przywodziciel wielki - jest to najsilniejszy mięsień przywodzący udo. W przeciwieństwie
do poprzednich grup mięśni - prostuje staw biodrowy. Dlatego też obraca udo do wewnątrz a nie na
zewnątrz, tak jak to czynią inne przywodziciele,

mięsień smukły - pracuje przy zginaniu kolana.
Cztery podstawowe grupy sił
Podstawowe mięsnie w obciążeniu stawu biodrowego
4
Rysunek Działanie grup mięśniowych 1 – pasmo odwodzące, 2 - krętarz duży, 3 - kość udowa, 4 –
pasmo przywodzące.
Rysunek. Model dwumasowy Pauwelsa dla wyznaczenia
obciążeń stawu biodrowego.
Rysunek. Aktywny model obciążeń stawu
biodrowego z uwzględnieniem pasma
biodrowo-piszczelowego i momentów
rotacyjnych.
5
Rysunek. Przebieg sił w stawie
biodrowym w jednym cyklu chodu (wg
Bergmana)
Momenty sił mięśniowych w stawach biodrowym i kolanowym podczas maksymalnego skurczu
izometrycznego.
Badana
grupa
Źródło
Liczba
badanych
Studenci
Akademii
Medycznej
1
16
Studenci
AWF
Badana
grupa
1
38
2
80
Źródło
Liczba
badanych
Staw biodrowy – średnia wartość [Nm] z odchyleniem
standardowym
Odwodzenie
Przywodzenie
Noga prawa
Noga lewa
Noga prawa
Noga lewa
175,7±24,7
161,7±18,4
165,3±28,4
147,6±20,4
Zginanie
258,5±44,9
244,7±34,8
Rotacja do wewnątrz
86±21,89
91,9±22,26
Prostowanie
242,6±47,5
233,2±50,2
Rotacja na zewnątrz
77,8±16,86
76,8±18,29
Staw kolanowy – średnia wartość [Nm] z odchyleniem
standardowym
Zginanie
Prostowanie
Studenci AM
1
16
170,2±42
163,5±46,3
248,5±38,7
244,3±44,9
1. Gorwa J., Przeciążenia dynamiczne oraz biomechaniczny profil u tancerzy zawodowych
uprawiających taniec klasyczny i współczesny, praca doktorska, Poznań, 2007.
2. Wychowański M., Wybrane metody oceny dynamiki układu ruchu człowieka, Wydawnictwo
AWF, Warszawa 2008.
6
Udziały włókien wolnokurczących (I) pośrednich (IIA) oraz szybkokurczących (IIB) w mięśniach.
Mięsień
krawiecki
Mięsień prosty
uda
I [%]
50
IIA [%]
20
IIB [%]
30
45
15
40
Pierrynowski M.R., Morrisom J.B., A physiological model for the evaluation of muscular forces in
human locomotion, Mathematical Sciences, 1985, 75, s. 1074-1082.
m
cos
l
m – masa mokrego mięśnia,  – gęstość mięśnia równa 1,056 g/cm3, l – długość mięśnia,  – kąt między
włóknami mięśniowymi a ścięgnem, do którego włókna są zaczepione.
Przekrój fizjologiczny mięśnia [cm2] =
Mięsień
krawiecki
Mięsień prosty
uda
2,90 M
2,68 K
42,96 M
9,2 K
Friedrich J.A., Brand R.A., Muscle fiber architecture in the human lower limb, Journal of Biomechanics,
1990, 23, s. 91-95.
Parametryzacja wymiarowa kości udowej:
Rysunek. Przykładowa endoproteza połowiczna prosta z wybranymi wymiarami [mm] (według normy
ISO 7206).
7
Alloplastyka stawu zastępowanie chorego stawu sztucznym stawem.
Alloplastyka częściowa - panewka stawu naturalnego nie jest zniszczona, stosuje się tylko trzpień
Kapoplastyka wymianie podlega jedynie część panewkowa, głowa i szyjka kości pozostaje
Regulacje dotyczące implantów zawiera norma ISO 7206
Implant zbudowany jest z trzpienia, głowy oraz panewki.
Kształt trzpienia musi zapewniać dobre mocowanie w jamie szpikowej, jako że niektóre protezy są
mocowane bezcementowo (cement kostny).
Szyjka trzpienia jest zorientowana przestrzennie. Na niej mocuje się kulista główka wykonana z tego
samego materiału co trzpień.
Trzpień przejmuje obciążenia z głowy i przekazuje je na kość.
Rysunek. Budowa endoprotezy stawu biodrowego.
Informacje dodatkowe
Liczba zabiegów w Polsce: 15 tyś rocznie
Koszt 7 tys.
Liczba zabiegów na świecie 800 tyś rocznie
8
STAW KOLANOWY - budowa, funkcje, modelowanie
Rysunek. Budowa anatomiczna stawu kolanowego 1 kość udowa, 2 jama stawowa, 3 rzepka, 4 kaletka
maziowa podrzepkowa, 5 więzadło rzepkowe, 6 ciało tłuszczowe podrzepkowe, 7 kość piszczelowa, 8
chrząstka stawowa, 9 torebka stawowa.
Budowa i funkcje
Podstawowe mięśnie
Rysunek. Ruchy obtaczania i poślizgu uda po powierzchni łąkotki. Więzadła odpowiedzialne za te ruchy.
Rysunek. Rola rzepki w obciążeniu stawu kolanowego.
Oś mechaniczna
Rysunek. Struktura ukształtowania kończyny dolnej.
Rysunek. Patologiczne ukształtowania kończyny dolnej:
Patologiczne ukształtowania kończyny dolnej
9
10
Model Maqueta
Obciążenia w płaszczyźnie czołowej
Obciążenia w płaszczyźnie strzałkowej
* Źródła rysunków
4. Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000, pod redakcją Macieja Nałęcza, Akademicka
Oficyna Wydawnicza, Warszawa 2004.
5. Biomechaniki inżynierska, R. Będziński , Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej,
Wrocław, 1997
6. http://www.fizjoterapeutom.pl
7. Biomechanika narządów ruchu, praca zbiorowa pod redakcją D. Tejszerskiej, E. Świtońskiego, M.
Guzika, Wydawnictwo Naukowe Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Radom, 2011.
STAW ŁOKCIOWY - budowa, funkcje, modelowanie
1. Budowa
Rysunek. Staw łokciowy.
Ruchy w stawie łokciowym

Staw ramienno- łokciowy i ramienno -promieniowy

Staw promieniowo –łokciowy bliższy
11
12
Tabela. Zakresy ruchów w stawie łokciowym i rozwijane momenty sił w mięśniach.
Rodzaj ruchu
Zgięcie – prostowanie
maksymalna pronacja
maksymalna supinacja
Zakres
5o-145o
80o
70o
Maksymalna wartość momentu sił
mięśniowych [Nm]
35
5,5
6
Pozostałe tkanki
 Torebka stawowa.
 Błona maziowa.
 Więzadła.
o więzadło poboczne promieniowe,
o więzadło poboczne łokciowe,
o więzadło pierścieniowate kości promieniowej,
o więzadło czworoboczne.
Obciążenia w stawie łokciowym: Model z siłą mięśnia dwugłowego ramienia:
13
14
Bibliografia
1. Kędzior K., Skalski K., Pomianowski S., Święszkowski W., Endoproteza głowy kości promieniowej,
Patent PL 179843, Politechnika Warszawska, 1997.
2. Morrey B.F., The elbow and its disorders, W.B. Saunders Company, Philadelphia,Pensylvania, pp.
583-700, 2000.
3. Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000, rozdział 20.5 Alloplastyka stawu łokciowego, pod
redakcją Macieja Nałęcza, Akademicka Oficyna Wydawnicza, Warszawa, 2004.
4. Biomechanika narządów ruchu, praca zbiorowa pod redakcją D. Tejszerskiej, E. Świtońskiego, M.
Guzika, Wydawnictwo Naukowe Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Radom, 2011.

Staw Biodrowy, kolanowy i łokciowy

Transkrypt

Podobne dokumenty

Chodźmy na ryby - bystry

możesz ją zabrać ze sobą na wycieczkę