Моделирование движений в суставах

Размещено на http://www.allbest.ru/

АО "Медицинский университет Астана"

Кафедра анатомия человека с ОПХ

Тема: «Моделирование движений в суставах»

Выполнил: Югай В.В

студент факультета СТ. 105гр.

Проверил: Минайдаров Азамат Кадырханович

Астана 2014

Введение

Биомехамника -- раздел естественных наук, изучающий на основе моделей и методов механики механические свойства живых тканей, отдельных органов и систем, или организма в целом, а также происходящие в них механические явления. Биомеханические исследования охватывают различные уровни организации живой материи: биологические макромолекулы, клетки, ткани, органы, системы органов, а также целые организмы и их сообщества. Чаще всего объектом исследования этой науки, является движение животных и человека, а также механические явления в тканях, органах и системах. Под механическим движением понимается движение всей биосистемы в целом, а также движение отдельных частей системы относительно друг друга -- деформация системы. Все деформации в биосистемах, связаны с биологическими процессами, которые играют решающую роль в движениях животных и человека. Это сокращение мышцы, деформация сухожилия, кости, связок, фасций, движения в суставах.

Клиническая биомеханика

Клиническая (медицинская) биомеханика является составной частью медицинских наук: ортопедии, травматологии, протезирования, (реабилитологии (лечебной физкультуры), педиатрии, физиологии и мн. других. Клиническая биомеханика -- научное направление, в котором с позиций механики и общей теории управления с помощью специализированных методов исследования изучается двигательная активность человека в норме и патологии.

Основные разделы:

1) Биомеханика нормальной и патологической ходьбы.

2) Биомеханика скелетной травмы

3) Биомеханика крупных суставов.

4) Биомеханика позвоночника

5) Биомеханика стопы

Изучаемые явления:

Ходьба человека -- филогенетически древняя хорошо автоматизированая и цикличная локомоция. Изучение анализа ходьбы удобно тем, что в её осуществлении участвует весь опорно-двигательный аппарат. Это дает возможность исследовать функцию любых его отделов, включая верхние конечности и позвоночник.

Основная стойка -- положение и движения общего центра массы тела (при стоянии обследуемого на специальной платформе -- метод стабилометрии).

Статические положения. Информация о конечных положениях позволяет оценить взаимоположение сегментов тела и определить амплитуду движений. Например, оценка формы позвоночника производится в трех плоскостях -- фронтальной, сагиттальной и горизонтальной. Оценивается наклон таза в сагиттальной и фронтальной плоскостях, наклон надплечий во фронтальной плоскости. Соотношение тазового и плечевого пояса оценивается во фронтальной и горизонтальной плоскостях. Кроме того, во фронтальной плоскости оценивается наклон надплечий относительно таза, а в горизонтальной -- разворот надплечий относительно таза.

Основные методы исследования:

1) подометрия -- измерение временных характеристик шага;

2) гониометрия -- измерение кинематических характеристик движений в суставах;

3) динамометрия -- регистрация реакций опоры;

4) элекромиография -- регистрация поверхностной ЭМГ;

5) стабилометрия -- регистрация положения и движений общего центра давления на плоскость опоры при стоянии.

коленный сустав ткань движение

Анатомо-биомеханические особенности коленного сустава

Коленный сустав по своему анатомическому строению и биомеханическим условиям является одним из самых сложных суставов человека. В образовании коленного сустава принимают участие суставные концы бедренной, большеберцовой костей, а также надколенник. Суставные поверхности мыщелков бедра эллипсоидной формы. При этом кривизна медиального мыщелка больше латерального. Верхние суставные поверхности мыщелков большеберцовой кости слегка вогнуты и не соответствуют кривизне суставных поверхностей мыщелков бедренной кости. Такое несоответствие несколько выравнивают располагающиеся между мыщелками бедра и большеберцовой кости межсуставные хрящи, или мениски

Различия в параметрах кривизны медиального и латерального мыщелков бедренной кости, а также несоответствие их параметрам кривизны суставных поверхностей плато большеберцовой кости определяет характер движений в коленном суставе, где наряду с движением относительно фронтальной оси («сгибание - разгибание») имеет место ротационное движение. Таким образом, коленный сустав представляет собой сочетание блоковидного сустава с вращательным и относится к вращательно-блоковидным суставам

Особенности анатомии коленного сустава и характер движений определяются особенностями торсионного развития нижних конечностей.

Известно, что угол между продольными осями бедренной и большеберцовой костями открыт кнаружи и в норме составляет 170-172°. В этом случае биомеханическая ось нижней конечности проходит через середины тазобедренного и коленного суставов и близко к наружному краю блока таранной кости, что определяет равномерную нагрузку на суставы и функцию всей конечности

Исследованиями Х.З. Гафарова (1984, 1990) установлено, что при нормальном развитии нижней конечности дистальный конец продольной оси большеберцовой кости в процессе торсионного развития отклоняется от вертикальной оси кнаружи во фронтальной плоскости на 10-12 градусов, а ее проксимальный конец - кнутри на 4-6 градусов, при этом величина угла отклонения зависит от величины приведения бедра. Таким образом, угол отклонения продольной оси большеберцовой кости составляет 14-16°. Данное положение определяется тонусом и работой мышц нижней конечности. Отклонение проксимального конца голени кнутри, а дистального кнаружи происходит при внутренней торсии коленного сустава во фронтальной плоскости и по спирали снаружи кнутри, при этом проксимальный конец костей голени отклоняется снаружи кнутри и спереди назад. По этой причине коленный сустав получает физиологическое вальгусное положение.

При внутреннем скручивании коленного сустава поперечные оси мыщелков бедренной и большеберцовой костей в горизонтальной плоскости описывают дугу 18-22° по определенному радиусу, который находится в зависимости от длины сегментов бедра и голени. При этом поперечные оси мыщелков бедренной и большеберцовой костей в процессе внутреннего скручивания образуют с фронтальной плоскостью угол 4-8°, пересекая ее спереди назад. Дистальный отдел костей голени, скручиваясь кнаружи, отклоняется латерально (кнаружи), при этом обеспечивается физиологический вальгус в коленном суставе. В результате этого биомеханическая ось нижней конечности проходит у наружного края блока таранной кости, что определяет равномерную нагрузку в над- и подтаранном суставах, и способствует правильному развитию сводов стопы и ее рессорной функции.

Отклонение дистального конца голени в процессе торсионного развития уменьшает нагрузку на внутренний отдел ростковых пластин бедренной и большеберцовой костей. Это способствует большему развитию внутреннего мыщелка бедра, что в дальнейшем обеспечивает сохранение параллельности щели коленного сустава по отношению к горизонтальной плоскости и равномерную нагрузку на суставы нижней конечности (закон Вольфа, Гюнтера, Фолькманна).

Исследования биомеханики движений в коленном суставе последних десятилетий XX века выявили более сложный характер движений. Этот характер определяется как совокупность смещений (скольжений - перекатываний) между мыщелками бедренной и большеберцовой костей и вращений в коленном суставе в трех плоскостях.

Несомненно, что величина вращательного движения значительно преобладает над остальными видами движений, которые составляют: в переднезаднем направлении 5-10 мм, во внутренне - наружном направлении 2-5 мм и так называемая «компрессия - дистракция» при нагрузке 1-2 мм. При этом само вращательное движение является сложным и происходит в трёх плоскостях: во фронтальной плоскости (ротационное движение), в сагиттальной плоскости «сгибание - разгибание», и в вертикальной плоскости «отведение - приведение».

Вращательное движение в коленном суставе, которое осуществляется между суставными поверхностями мыщелков бедренной и большеберцовой костей сопряжено с движением «скольжение - перекатывание». При этом движении суставная поверхность мыщелков большеберцовой кости проходит сложный путь перемещений по суставным поверхностям мыщелков бедра, различающимися между собой размерами и радиусами кривизны. Описанная кривая траектории движения между суставными поверхностями мыщелков бедра и большеберцовой кости получила название «вершина кубика» («vertex cubis»).

Таким образом, при максимальном сгибании в коленном суставе осуществляется вращение относительно фронтальной оси 135° с одновременным (4-8°) вращением мыщелков большеберцовой кости кнутри и перемещением в переднее - заднем направлении до 10 мм.

При этом проксимальный конец большеберцовой кости оказывается развернутым кнутри и выдвинутым кпереди относительно дистального суставного конца бедра.

При полном разгибании в коленном суставе мыщелки бедренной кости выстоят несколько кпереди относительно мыщелков бедра; сгибание 90° - незначительное выдвижение мыщелков большеберцовой кости кпереди от бедренной кости. При максимальном сгибании - выдвижение мыщелков большеберцовой кости относительно мыщелков бедра кпереди на 10 мм с внутренней ротацией относительно вертикальной оси - перемещение и наслоение малоберцовой кости на большеберцовую, при этом кпереди выдвигается наружный мыщелок большеберцовой кости (рис. 1в).

Данные положения имеют принципиальное прикладное значение в клинике, так как объясняют механизм и особенности переломов костей, составляющих коленный сустав при травме.

Биомеханика движений в суставах верхней конечности

Функция верхней конечности обладает рядом биомеханических особенностей. Строение плечевого сустава позволяет совершать рукой сгибание, разгибание, отведение, приведение, вращение (rotatio) и круговое движение (circumductio).

Отведение верхней конечности сопровождается напряжением группы мышц, фиксирующих положение плечевого пояса (лопаток, ключиц) по отношению к грудной клетке, - трапециевидной, ромбовидных и малой грудной. Наличие мощных связок между акромиальным и клювовидным отростком лопатки ограничивает отведение плеча (до угла 90°). В связи с этим, движение руки вверх, за пределы прямого угла, происходит при участии лопатки. Вращения ее вокруг переднезадней оси (рис. 1, а и б), создаваемого парой сил: тягой верхней части трапециевидной мышцы, прикрепляющейся к области наружного угла лопатки, и передней зубчатой мышцы, большая часть волокон которой направляется к нижнему углу лопатки. Вертикальное положение руки обеспечивается благодаря участию позвоночника - боковому наклону его. Таким образом, отведение руки происходит при участии плечевого, ключично-стернального и ключично-акромиального сочленений (и осуществляется вначале дельтовидной мышцей, затем трапециевидной и передней зубчатой и, наконец, на заключительном этапе движения - длинными мышцами спины. В локтевом, шарнирном по форме суставе, возможно только движение сгибания и разгибания (в объеме 140°). Кроме того, в проксимальном луче-локтевом суставе возможно вращение лучевой кости, выражающееся в пронации и супинации предплечья (в объеме 180°). Следует отметить, что степень участия различных мышц в движении сгибания в локтевом суставе различна в зависимости от положения предплечья, а именно: при супинированном предплечье особенно выражена роль двуглавой мышцы, при среднем положении предплечья включается в функцию сгибания плече - лучевая мышца, а при пронированном предплечье более выражено участие плечевой мышцы. При резком снижении силы мышцы плеча определенное влияние на силу флексии и экстензии в локтевом суставе оказывает положение руки в плечевом суставе в связи с двусуставным характером двуглавой и трехглавой мышц. При разогнутом положении в плечевом суставе отделяются точки прикрепления длинной головки двуглавой мышцы, что положительно сказывается на величине развиваемого ею усилия, в то время как согнутая в плечевом суставе рука создает более благоприятные условия для работы трехглавой мышцы - разгибания предплечья. Супинация и пронация предплечья (лучше выявляемые при согнутом локтевом суставе) определяются комбинированной работой следующих мышц: супинатора, двуглавой мышцы плеча, плече- лучевой мышцы («длинного супинатора»), устанавливающей предплечье в среднее положение между пронацией п супинацией, круглого и квадратного пронаторов. Стойкое ограничение супинации и пронации предплечья частично компенсируется ротационными движениями в плечевом суставе. Лучезапястный сустав, по форме эллипсоидный, допускает (вместе с межзапястным суставом) движения: разгибания (в объеме 125-120°) отведения - приведения кисти (в объеме С5-70°) и круговые движения. Движения кистью осуществляются главным образом лучевыми и локтевыми сгибателями и разгибателями: при сгибании в лучезапястном суставе сокращаются лучевой и локтевой сгибатели кисти, при разгибании - лучевые разгибатели и локтевой разгибатель, при отведении включаются лучевой сгибатель и лучевые разгибатели, при приведении - локтевые сгибатель и разгибатель кисти. Таким образом, различные движения в лучезапястном суставе определяются различными сочетаниями функции одних и тех же мышц предплечья. Кроме того, сгибание кисти может быть усилено функцией ДЛИННОЙ ладонной мышцы и сгибателей пальцев (при закрепленных пальцах), а разгибанию кисти помогает общий разгибатель пальцев. Особенностью функции рабочего органа человека - руки - является способность захватывать, удерживать, перемещать различные предметы, совершать определенную работу. В связи с этим особенно большой интерес представляет функция захвата пальцами. В норме пальцевой захват может быть различным по форме: крючковым, цилиндрическим (например, при удерживании рукоятки инструмента в процессе работы), щипцовым (например, при письме, сборке мелких деталей). Последовательными фазами выполнения захвата предмета пальцами является стабилизация положения кисти, разгибание и разведение пальцев, а затем противопоставление I пальца и сгибание пальцев. При патологических условиях у больных могут наблюдаться различные другие способы захватывания предметов, частично компенсирующие двигательные нарушения (например, при выпадении функции противопоставления I пальца - путем прижатия предмета к боковой поверхности второго пальца силой мышцы, приводящей Палец).

В функции сгибания пальцев принимают участие различные группы мышц: поверхностный и глубокий сгибатели пальцев, межкостные, червеобразные мышцы и сгибатели I пальца

Список использованной литературы

1) М.Р.Сапин, Г.Л.Билич Анатомия человека

2) Богданов Ф. Р., Подрушия к Е. П. Ортопедия, травматология, 1964, 6, 3-9.

3) Каптелин А. Ф. Ортопед, травматол., 1968. 4,

4) Кочурова Н. К. Ортопед, травматол., 1966. 7.

5) . Коган Г. А. Научные основы медицинской механики органов движения и стояння.

6) М.. 1910. Крестовников А. Н. Физиология человека.

7) М., 1954. Лепехина Л. П. Способы компенсации нарушенных функции НИЖНИХ конечностей у больных с последствиями полиомиелита.

8) М„ 1957 (дисс.). Леегафт П. Ф. Основы теоретической анатомии. СПб., 1905.

Размещено на Allbest.ur