egzamin_opracowanie.pdf

Biomechanika egzamin 2010

1) Przedstawić budowę oraz właściwości mechaniczne i fizyczne struktur kostno-stawowych

człowieka. Omówić parametry postawy ciała- postawa prawidłowa i patologiczna.

Kości:

– tworzą łańcuchy biokinematyczne → pary biokinematyczne, połączone ze sobą za pomocą

połączeń nieruchomych (kościozrosty, np. czaszka oraz chrzęstozrosty, np. żebra),

półruchomych lub ruchomych

– tworzą szkielet, czyli konstrukcję nośną dla tkanek i mięśni; stanowią podporę, można je

porównać do rur- są lekkie i wytrzymałe, przenoszą duże obciążenia

– stanowią ochronę dla organów wewnętrznych przed urazami, np. klatka piersiowa, czaszka

Budowa i właściwości kości

– podstawowym elementem budowy kości jest osteon; kości tworzą osteocyty; osteocyty

odpowiedzialne są również za odbudowę kości. Odbudowują one kości w taki sposób, aby

dostosować je do głównych naprężeń działających na kość, aby nastąpiło zrównoważenie

naprężeń (prawo Wolfa, dotyczące kości długich)

– tkanka chrzęstna → sprężysta i wytrzymała substancja międzykomórkowa (matryca

pozakomórkowa). Tkanka chrzęstna występuje na powierzchniach stawowych. Pokrywa

również głowę kości, pełniąc funkcję ochronną.

Na zewnątrz kości występuje tkanka zbita, wewnątrz zaś tkanka gąbczasta (mało wytrzymała ale

elastyczna, amortyzuje działania dynamiczne w stawie). Najbardziej na zewnątrz znajduje się

warstwa chrzęstna, ochraniająca przed naciskami (inaczej mogłoby następować kruszenie się kości,

uszkodzenia i degradacja). Tkanka zbita zbudowana jest z soli mineralnych, zaś gąbczasta ze

związków organicznych.

Kość na zewnątrz pokrywa włóknista błona, zwana okostną. Jest ona silnie unaczyniona (odżywia

kość zbitą) i unerwiona. Nasady są to naturalne maczugowe zgrubienia występujące na obu końcach

(kości długie). Zbudowane są z tkanki kostnej gąbczastej, o strukturze różnej grubości beleczek

kostnych. Nadaje to kościom sztywność, dzięki czemu są bardziej odporne na działanie sił

odkształcających. Trzon kości zbudowany jest z tkanki kostnej zbitej. Wewnątrz trzonu znajduje się

jama szpikowa, wypełniona szpikiem kostnym.

Ważnym elementem jest torebka stawowaz mazią stawową, zmieniającą swoje właściwości pod

obciążeniem (duże obciążenie- gęstnieje); maź stawowa gwarantuje rozłożenie się obciążeń

dynamicznych na większej powierzchni, przez co jednostkowe działanie jest dużo mniejsze. Maź

stawowa sprawia też, że tkanka kostna jest bardzo gładka, co zapewnia ruch bez tarcia w stawie.

Kości dzięki zawartości kolagenu są bardziej wytrzymałe i odporne na naprężenia i napięcia

pochodzące od mięśni. Kości odznaczają się też dużą twardością (porównać z innymi materiałami!),

dzięki występującym w nim cukrom złożonym, fosforanowi wapnia i solom wapnia. Sole wapnia

gwarantują też mniejsze ścieranie się kości.

Podział kości:

• kości długie → kości, których długość znacznie przekracza szerokość i grubość. Zbudowane

są z tkanki zbitej (trzon) i gąbczastej (nasady). Przykłady: kość ramienna, kość udowa.

• kości płaskie → kości, których grubość jest znacznie mniejsza niż szerokość i długość.

Pełnią funkcję ochronną. Zewnętrzna i wewnętrzna warstwa zbudowane są z tkanki zbitej,

przedzielonej cienką warstwą tkanki gąbczastej. Przykłady: kości czaszki, łopatka.

• kości różnokształtne → kości pozbawione trzonu. Przykłady: kości nadgarstka, kręgi.

Właściwości mechaniczne:

• wytrzymałość na rozciąganie (wytrzymałość) 107 MN/m 2

• graniczne wydłużenie (ciągliwość) 1.35% - 1.5%

• wytrzymałość na ściskanie (sprężystość) 159 MN/m 2

• wytrzymałość na zgięcia 160 MN/m 2

• moduł sprężystości poprzecznej 3,14 GN/m 2 → bardzo duży!

• wytrzymałość na skręcanie 53 MN/m 2 → bardzo niska! Uwaga na spiralne skręcenia!

• Graniczne odkształcenie skręcające 0.02-0,0005 rad

Kość jest bardziej odporna na rozciąganie niż np. drewno.

Właściwości:

– wytrzymałość jest to zdolność do przenoszenia obciążeń bez zniszczenia materiału

– plastyczność jest to zdolność materiału do przyjęcia nowego kształtu i zachowania go po

zdjęciu obciążenia; materiał zachowuje spójność; kości mają bardzo krótki odcinek

plastyczności

– twardość jest to odporność na odkształcenia trwałe pod wpływem sił skrajnych i skupionych

na całej powierzchni materiału

– sprężystość polega na tym, że ciało wraca do poprzedniego kształtu po zdjęciu obciążenia

– kruchość – po przekroczeniu granicy plastyczności następuje uszkodzenie

– ciągliwość jest to zdolność materiału do odkształcenia pod wpływem rozciągania, bez

pęknięcia

RYSUNEK

Kość jest wytrzymała na obciążenia osiowe, a mało odporna na nieosiowe.

Rodzaje połączeń kości:

• ścisłe (nieruchome) → kości nie mogą się przemieszczać względem siebie, tzw. szwy.

Przykład: kości czaszki

-więzozrosty → zespalają ściśle brzegi kości (czaszka) przy pomocy tkanki łącznej zbitej

-chrząstozrosty → połączenia kości przy pomocy chrząstki (klatka piersiowa,

mostek+żebra)

-kościozrosty → najmocniejsze, najtrwalsze, pozwalają na ruch połączonych kości

(miednica)

-spojenia → połączenia kości przy pomocy tkanki włóknistej (spojenie łonowe)

• półścisłe → kości mogą wykonywać delikatne ruchy; między nimi znajdują się krażki

chrzęstne lub chrzęstno-włókniste. Przykłady: kręgi

• ruchome → stawy

Stawy są to ruchome połączenia kości, składające się z dwóch powierzchni kostnych dopasowanych

do siebie.

– proste → łączą tylko dwie kości w sposób zawiasowy

– złożone

– kulisty → wieloosiowy, jedna kość o powierzchni wypukłej, druga o wklęsłej, głowa dużo

większa od panewki np. ramienny i biodrowy

– panewkowy → wklęsła panewka i wypukła główka, np. staw biodrowy, barkowy

– eliptyczny → złożone, zawiasowe połączenia, np. promieniowo-nadgarstkowy

– obrotowy → np. promieniowo-łokciowo

– kłykciowe (eliptyczne) → dwuosiowe, powierzchnia jednej kości wypukła, a druga kość

wklęsła; staw o dwóch stopniach swobody

– płaskie → powierzchnie na końcach są płaskie lub prawie płaskie, np. staw krzyżowo-

biodrowy

Kość w stawie pokryta jest tkanką szklistą, która zmniejsza tarcie przy większych naciskach i

nadaje gładkość. Między kośćmi może występować dodatkowy element kostny, np. łękotka w

stawie kolanowym.

Kości ulegają zmianom pod działaniem dynamicznym lub statycznym. Dynamiczne jest dla kości

korzystne, zaś statyczne nie - im dłużej ono trwa, tym szybciej zachodzi destrukcja kości (dla

mięśni wygląda to dokładnie odwrotnie).

Pozycja ciała – zależy od usytułowania kręgosłupa i miednicy.

Prawidłowa - oś w płaszczyźnie strzałkowej przechodzi przez rowek międzypotyliczny, między

pośladkami i wychodzi na środek pola podstawy. W płaszczyźnie czołowej oś przechodzi przez

otwór zewnętrzny uszny, staw ramienny, wyrostek miednicy, nieco przed stawem kolanowym,

przed stawem skokowym i wypada na środku stopy; obowiązkowy jest przeprost kolana – gdyby go

nie było, mięśnie musiałyby nieustannie pozostawać napięte.

Przy prawidłowej postawie ciała parzyste elementy są mniej więcej w tej samej odległości od osi i

na tej samej wysokości, np. stawy ramienne, stawy biodrowe. Dopuszczalne są niewielkie

odchylenia.

Postawa patologiczna

Postawa patologiczna są to zniekształcenia układu kostnego lub zaburzenia w przestrzennym

układzie ciała. Mogą to być wady wrodzone lub nabyte w wyniku urazów czy chorób.

Postawa patologiczna związania jest głównie z kręgosłupem, klatką piersiową i kończynami

dolnymi.

Typowe wady:

a) kręgosłupa

– skrzywienie boczne (skolioza)

– plecy okrągłe (kifoza – łukowate wygięcie kręgosłupa w stronę grzbietową)

– plecy wklęsłe (lordoza)

– plecy proste (zanik naturalnych krzywizn)

– plecy wklęsło-wypukłe (pogłębienie krzywizny)

b) klatki piersiowej

– klatka piersiowa lejkowata → Jedna z najczęstszych wrodzonych deformacji ściany klatki

piersiowej. Polega ona na zapadnięciu się mostka na odcinku o różnej długości. Wada może

być symetryczna lub asymetryczna. Często towarzyszy jej deformacja łuków żebrowych.

Może współwystępować z innymi wadami postawy. Lejkowata klatka piersiowa może być

jednym z objawów złożonych zespołów genetycznych np. zespół Marfana. Wada może

także powstać jako wynik innego procesu chorobowego tj. zaawansowanej krzywicy.

– klatka piersiowa kurza → nieprawidłowość budowy klatki piersiowej, polegająca na

grzebieniowatym wypukleniu mostka. Może być nabyta i stanowić objaw krzywicy, albo

wrodzona, w różnych zespołach wad (m. in. zespół Marfana, Morquio, Noonan) . Jest

częstsza u płci męskiej.kończyn dolnych

c)kończyn dolnych

– stopy płaskie

– stopy koślawe

– koślawość i szpotawość bioder (szyjka kości udowej tworzy z trzonem tej kości kąt

mniejszy od prawidłowego. Kończyny dolne ustawiają się względem siebie w kształcie

litery O)

– koślawość i szpotawość kolan (ustawienie podudzia względem uda pod kątem otwartym do

środka i wygięciu na zewnątrz trzonów kości udowej, piszczelowej i strzałkowej)

Wady postawy ciała i ich charakterystyka. W: Stanisław Tuzinek: Zarys metodyki postępowania

korekcyjnego.

2) Omówić zasadę działania mięśni, sterowania przez układ nerwowy, oraz podać

charakterystyki statyczne i dynamiczne mięśni.

Mięśnie dzielą się na:

– szkieletowe → poprzecznie-prążkowane; wydłużone, brzusiec na środku; kurczą się tylko w

jednym kierunku na końcu

– gładkie → płaskie, kurczą się na całej długości

– sercowy → specyficzna budowa, mix szkieletowego i gładkiego

Zasada działania mięśni

Mięsień ma budowę hierarchiczną, co sprawia, że pełnione przez niego funkcje biomechaniczne

wykonywane są w sposób optymalny. Strukturę mięśnia można w uproszczeniu podzielić na dwa

typy elementów: czynne i bierne.

Elementy czynne tworzą białka mające zdolność kurczenia się pod wpływem impulsów

nerwowych. Strukturę bierną mięśnia tworzy przede wszystkim tkanka łączna nadająca mięśniom

określony kształt i zawartość. To właśnie dzięki niej w badaniu palpacyjnym wyczuwamy wyraźną

sprężystość i konsystencję mięśni, określoną mianem tonus mięśniowy. Prawidłowy tonus jest

cechą zdrowego i prawidłowo funkcjonującego mięśnia.

Komórka mięśnia szkieletowego jest bardzo długim włóknem, wewnątrz którego znajdują

się mniejsze włókienka. Włókno mięśniowe otoczone jest systemem błon, w których znajdują się

kanaliki. W tych kanalikach znajdują się jony wapnia (biorące udział w skurczu) oraz mitochondria.

Włókno mięśniowe na całej długości podzielone jest na krótkie odcinki – sarkomery. W nich

znajdują się włókienka (filiament) cieńsze aktynowe i grubsze miozynowe. Włókien aktynowych

jest 4 razy więcej niż miozynowych. Tworzą one zazębiające się włókna białkowe.

Patrząc na mięsień szkieletowy, można zauważyć przebiegające podłużnie włókienka będące

komórkami mięśniowymi. U człowieka przeciętna średnica włókien wynosi około 100

mikrometrów, a ich długość sięga nawet kilkudziesięciu centymetrów; typowa długość to 40-100

mikrometrów. Wewnątrz komórek mięśniowych znajdują się ciągnące się przez całą ich długość i

ułożone równolegle zespoły włókienek nazywanych miofibrylami. Na poziomie miofibryli można

zaobserwować prążki. Prążki ciemniejsze występują w strefach mających właściwość podwójnego

załamania światła. W związku z tym otrzymały one nazwę obszarów anizotropowych (prążki A).

Prążki izotropowe (prażki I) to jaśniejsze obszary. W środku każdego prążka I widoczna jest

ciemniejza linia przedzielająca go na połowę i nazywana prążkiem Z (skrót od Zwischen-Scheiben).

Natomiast w centralnym obszarze ciemnego prążka anizotropowego obserwuje się jaśniejszy obszar

zwany strefą H.

Powtarzające się regularnie wzdłuż miofibryli jednostki funkcjonalne, których granice wyznaczają

sąsiednie linie Z, nazwano sarkomerami. To właśnie sarkomery kryją w sobie podstawowy

mechanizm aktywnego skurczu komórek mięśniowych. Sarkomery są najdrobniejszym elementem

mięśni.

'Biomechanika kliniczna', Janusz Błaszczyk

W wyniku pobudzenia przez układ nerwowy następuje skurcz. Impuls pochodzący z układu

nerwowego biegnie odpowiednim nerwem, a gdy dochodzi do jego końca, w błonie następuje

uwolnienie neuroprzekaźnika. Powoduje to uwolnienie jonów wapnia, które uczestniczą w

tworzeniu połączeń między aktyną i miozyną. Pod wpływem jonów wapania i energii z ATP

(pochodzącej z mitochondrium) następuje 'ślizganie się filiamentów' (teoria ślizgowa).

Teoria ślizgowa wyjaśnia mechanizm skurczu. Została stworzona w 1954 roku przez brytyjskiego

fizjologa Huxleya. Wzór prążkowania, a więc odległość prążków zmienia się podczas pobudzenia

komórki mięśniowej. Skurcz powoduje skracanie się każdego sarkomeru. Podczas skurczu

szerokość prążka A pozostaje ta sama, zmienia się natomiast szerokość prażka I. Teoria ślizgowa

mówi, że ani grube, ani cienkie filiamenty nie zmieniają swojej swojej długości, a 'skrócenie' jest

jedynie wynikiem ich 'wślizgiwania' się między siebie.

Zgodnie z teorią ślizgową Huxleya przyjmuje się, że wielkość napięcia (siły skurczu)

wytwarzanego w poszczególnych miofibrylach i tym samym w całym włóknie mieśniowym jest

proporcjonalna do liczby aktywnych miozynowych mostków poprzecznych. Charakterystyka

skurczu pojedynczego włókna osiąga maksimum przy długości sarkomeru rzędu 2,5 mikrometra.

Wartość siły skurczu gwałtownie maleje przy długości sarkomeru powyżej 3 mikrometry.

Odpowiada to maksymalnemu rozciągnięciu włókna mięśniowego. Gdy długość sarkomeu zmaleje

poniżej wartości optymalnej, siła skurczu włókna mięśniowego maleje i przy długości rzędu 1,5

mikrometra włókno mięśniowe traci zdolność dalszego skracania się. Zmiany charakterystyki siły

skurczu w funkcji długości włókna mięśniowego tłumaczy teoria ślizgowa. Rozciąganie włókna

mięśniowego podowuje, że spada liczba aktywnych mostków miozynowych w poszczególnych

sarkomerach. Po przekroczeniu maksymalnej wartości (około 3 mikrometry) liczba aktywnych

mostków zmniejsza się do zera i mięsień nie jest w stanie generować żadnej siły. W drugim

skrajnym przypadku zbytnie skrócenie mięśnia powoduje całkowite zachodzenie na siebie cienkich

i grubych filiamentów i ani wzrost siły skurczu, ani dalsze skrócenie włókna mięśniowego nie są

już możliwe.

Rys. Krzywa siły w funkcji długości uzyskana dla części pojedycznego włókna mięśniowego.

Strzałki nad wykresem wskazują różne etapy zachodzenia na siebie nitek, przedstawione poniżej.

Rys. Krytyczne etapy zachodzenia na siebie grubych i cienkich nitek podczas skracania się

sarkomeru (wg Gordona, Huxleya i Juliana).

3,65 mikrometra → długość rozciągniętego sarkomeru, brak kontaktu miozyny z aktyną; mięsień

nie może rozwijać żadnej siły (sam koniec wykresu)

całkowite rozciągnięcie – brak kontaktu

2,25 mikrometra → największy kontakt miozyny z aktyną, rozwija się największa siła

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: