Michnik Jurkojc Ryce..

XLV Sympozjon „Modelowanie w mechanice”
171
Robert MICHNIK, Jacek JURKOJĆ
Katedra Mechaniki Stosowanej, Politechnika Śląska
Wiesław RYCERSKI, Górnośląskie Centrum Rehabilitacji, Repty
WPŁYW PROCESU REHABILITACYJNEGO NA ZMIANĘ OBCIĄŻEŃ STAWÓW
KOŃCZYNY DOLNEJ PODCZAS CHODU
Chód, bieg, przemieszczanie się z miejsca na miejsce na własnych nogach, jest dla
człowieka rzeczą tak naturalną, że niewiele osób zastanawia się nad mechanizmami
rządzącymi lokomocją. Tymczasem jest to bardzo skomplikowany proces sterowania
systemem nerwowo – mięśniowo – szkieletowym. Umiejętność chodu, wyuczona
w najwcześniejszym okresie życia, zaczyna zastanawiać dopiero wtedy, gdy pojawiają się
problemy z lokomocją. Najbardziej odczuwalne dla człowieka są wszelkie patologie narządu
ruchu, upośledzające sprawność poruszania się, a co za tym idzie ograniczenie możliwości
zaspokajania potrzeb życiowych.
Diagnostyka i leczenie patologii narządu ruchu może przebiegać na wielu płaszczyznach.
Lekarze ortopedzi bazują głównie na ocenie wizualnej uszkodzeń aparatu ruchu.
Przeprowadzane są w tym celu analizy takich parametrów lokomocji jak długość kroku, kąty
w stawach czy częstotliwość kroczenia. Neurolodzy z kolei analizują aktywność
bioelektryczną mięśni i układu nerwowego.
W szerszą analizę patologii chodu coraz częściej zaangażowani są jednak biomechanicy.
Biomechaniczne badania doświadczalne pozwalają wyznaczyć parametry kinematyczne
ruchu, reakcje podłoża, momenty sił mięśniowych działających na stawy. Zebrane dane służą
do wskazania objawów patologii, porównania odchyleń od normy z opisem chodu
normalnego. Dzięki możliwości porównania wyników badań z badaniami przeprowadzonymi
wcześniej, możliwe jest monitorowanie postępów rehabilitacji. Współpraca lekarzy
z biomechanikami oraz rozwój nowych metod badawczych, analizujących mechanizmy
lokomocji człowieka, daje możliwość dokładniejszego leczenia patologii narządu ruchu oraz
opracowania indywidualnych form rehabilitacji dla pacjentów.
W pracy przedstawiono metodykę badań modelowych i doświadczalnych, która pozwala
na analizę zmian obciążeń stawów kończyny dolnej pacjentów podczas chodu. Jako wyniki
pomiarów otrzymano parametry kinematyczne ruchu kończyny dolnej człowieka oraz
składowe sił reakcji podłoża. Dodatkowo, przy wykorzystaniu modelu matematycznego
kończyny dolnej, wyznaczono reakcje w stawach, momenty sił mięśniowych działających na
poszczególne stawy, a także przeprowadzono identyfikację sił mięśniowych. Przeprowadzono
również analizę porównawczą wyników otrzymanych dla każdego pacjenta przed i po
rehabilitacji.
Zastosowany w pracy aparat matematyczny został wykorzystany do analizy obciążeń
kończyny dolnej podczas chodu pacjentów poddawanych rehabilitacji w Górnośląskim
Centrum Rehabilitacji w Reptach. Pacjenci byli badani przed rozpoczęciem rehabilitacji,
w trakcie oraz po jej zakończeniu. Badaniom poddano grupę 9 osób po zabiegach alloplastyki
stawu biodrowego lub kolanowego.
XLV Sympozjon „Modelowanie w mechanice”
172
Robert MICHNIK, Jacek JURKOJĆ
Department of Applied Mechanics, Silesian University of Technology
Wiesław RYCERSKI, Silesian Rehabilitation Centre, Repty
THE INFLUENCE OF REHABILITATION PROCESS ON THE CHANGE
OF LOADS IN HUMAN LOWER LIMBS DURING GAIT
Human gait, run and other forms of locomotion are, for human being, so natural that
almost nobody tries to understand motion mechanisms. Yet locomotion is a very complicated
process controlled by the nervous system and executed by the musculoskeletal system. The
ability to walk, acquired in childhood, becomes something to think about when one is having
some movement problems. The most severe ones are these connected with motion organs.
Movement then is handicapped and many daily activities are impossible to do.
Diagnostics and treatment of people with motion problems can have many different ways
to be carried out. Orthopaedic surgeons base mainly on visual assessments of disorders of
movement organs. Analysis of such parameters as stride length, cadence or joint angles is
carried out. Neurologists however analyse bioelectrical activity of neurons and muscles.
Nowadays biomechanics cooperate, more and more often, with physicians. Biomechanical
experimental research enable measurements and estimation of kinematics gait parameters,
ground reactions, moments of muscle forces and so on. All collected data can be used e.g. to
indicate symptoms of pathology or compare the pathological gait with the model one.
Possibility of results comparison in different rehabilitation stages makes possible monitoring
of rehabilitation progress. Cooperation between physicians and biomechanics as well as
development of new research methods, enabling analysis of human locomotion, make
possible better, more dedicated to individual patients, treatment and rehabilitation.
Methodology of experimental and modelling research enabling analysis of changes of
lower limb joint loads during gait is presented in the paper. As results of measurements
kinematics parameters of human lower limb motion as well as components of ground
reactions were obtained. Additionally, with the help of the mathematical model of lower limb,
reactions in joints, moments of muscle forces in individual joints and muscle forces were
calculated. A comparative analysis of obtained results for every patient was carried out before
and after rehabilitation.
Applied mathematical apparatus was used to analyse loads of human lower limb during
gait. All measurements were carried out in the Silesian Centre of Rehabilitation in Repty.
Patients were examined before rehabilitation process, during and after it. All patients had
endoprosthes of knee or hip joint.