Biokinematyka
stawów i kości
Biomechanika stawów
i kości
Biokinematyka
stawów i kości
Biomechanika stawów
i kości
W najszerszym sensie pod
pojęciem kinematyki rozumieć
należy naukę o ruchu. Bardziej
dokładnie kinematyka dotyczy
geometrii ruchu bez
uwzględniania sił, które ruch ten
wywołują.
Zastosowanie kinematyki do żywego
organizmu, w tym i ludzkiego
szczególnego biomechanizmu - można
nazwać biokinematyką.
pomiary i zapis ruchów ciała,
rozważania dotyczqce charakterystyki
stawów i kości objętych ruchem, tzn.
mechanikę stawów i kości
Obejmuje ona głównie:
Na przełomie lat
pięćdziesiqtych i
sześćdziesiątych opracowany
został ostatecznie
międzynarodowy system
standardowych pomiarów
ortopedycznych i metoda
zapisu ruchów - International
Standard Measuring and
Recording Method.
System pomiarowy znany jest pod
inicjałami IS0M (International Standard
Orthopedic Measurement), a metoda
zapisu pod inicjałami SFTR, które Sq
skrótami od Sagittal, Frantal,
Transverse i Rotation. Często
zestawionych skrótów systemu
pomiarowego i metody zapisywania
ruchów ISOM-SFTR
Metoda zapisu ruchów SFTR jest
kombinacją standardowej metody
opartej na zasadzie naturalnego zera
Calvego i Robertsa opracowanego w
1936 roku i zapisu pomiarów w trzech
podstawowych (głównych)
płaszczyznach, jak proponował
Schlaaffm.
W lipcu 1962 roku Amerykańska
Akademia Chirurgów i Ortopedów
przyjęła ten system pomiarów i metodę
zapisywania ruchów ciała ludzkiego
jako obowiązujący, a potem uczyniły to
inne narodowe towarzystwa
chirurgiczne i ortopedyczne.
System ISOM-SFTR
zapewnia
łatwe, funkcjonalne, zrozumiałe i uniwersalne
sposoby pomiarów ruchów w stawach i pozycji
wyjściowych do pomiarów;
metodę zapisu łatwo zrozumiałą przez
wszystkich, bez niejasności mogących wynikać
z dyscypliny naukowej, języka i terminologii;
metodę odczytywaną przez każdego w ten
sam sposób, co zapewnia dokładną
porównywalność wyników różnych badaczy.
Wszystkie ruchy stawowe mierzy się z
pozycji wyjściowych ściśle określonego
neutralnego zera, a pozycje te są
pozycjami anatomicznymi ciała. Oś
międzynarodowego standardowego
kqtomierza (goniometru) powinna być
możliwie dokładnie umieszczona w
punkcie czynnościowej osi stawu w
danej płaszczyźnie
Wszystkie ruchy stawowe i pozycje
zapisuje się w trzech podstawowych
płaszczyznach.
strzałkowej (sagittal pIane),
czołowej (frantal pIane),
poprzecznej (transverse pIane)
Ruchy, które prowadzą w kierunku
od ciała, tworzą grupę pierwszą i
są zapisywane najpierw, a te które
prowadzą w kierunku ciała (do
ciała) - grupę drugą i są
zapisywane jako ostatnie, przy
zapisie pozycji wyjściowej w
środku.
Pozycją wyjściową (anatomiczną)
jest zwykle zero, ale w stanach
chorobowych może to być inna
cyfra.
Wartość pozycji dla stawu w
grupie pierwszej ruchów
zapisywana jest jako pierwsza
(przed zerem), a dla pozycji
stawów w grupie drugiej ruchów
jako ostatnia (za zerem}, co
zostanie zilustrowane
przykładami. Boczne zginania i
rotacje kręgosłupa (głowy i
tułowia) w stronę lewą zapisuje
się w pierwszej grupie ruchów, a w
stronę prawą w drugiej grupie.
Wszystkie trzy płaszczyzny
przeprowadza się prostopadle do
siebie przez środek ciężkości ciała.
Nazywają się one wówczas
płaszczyznami podstawowymi lub
głównymi. Dla celów opisu i
zapisów ruchów zakłada się, że
badany człowiek stoi, chociaż
badanie ruchów rotacyjnych może
odbywać się u osoby leżącej
tyłem.
Płaszczyzna 5 dzieli ciało na
część lewą i prawą,
płaszczyzna F na część
przednią i grzbietową,
płaszczyzna T na część górną i
dolną. Płaszczyzny 5, F i T
można przeprowadzać przez
inne punkty niż środek
ciężkości ciała, ale będą to już
płaszczyzny wtórne,
drugorzędne.
Naturalne ruchy ciała rzadko, jeżeli w
ogóle kiedykolwiek, zachodzą ściśle w
jednej z trzech płaszczyzn, ale zakłada
się, że jeżeli ruchy w stawach mają w
trzech płaszczyznach wartości
normalne, to wszystkie inne ruchy w tej
trójwymiarowej przestrzeni powinny
być także ruchami normalnymi,
prawidłowymi. Można także ustalać i
stosować dla szczególnych celów
płaszczyzny skośne, opis których
podaje się w stopniach odchylenia od
płaszczyzn głównych
Przez analizę różnorodności
naturalnych ruchów kończyn
górnych i dolnych można
stwierdzić, że kości bliższe
(proksymalne) częściej poruszają
się w stosunku do kości dalszych
(distalnych) i że całkowita
stabilizacja jednej z kości jest
bardziej wyjątkiem niż regułą.
Pomiar zakresu ruchów w stawach
odbywa się za pomocą kątomierzy
(goniometrów), skalowanych dla
potrzeb codziennej praktyki w
stopniach. Stosowany w systemie
ISOM-SFTR goniometr (International
Standard Goniometer) występuje w
trzech wersjach. Goniometr duży służy
do pomiaru ruchów w dużych stawach
oraz tułowia i głowy, a mały (Hand and
Foot Goniometer) do pomiaru ruchów
stawów ręki i stopy
Zapisywanie ruchów stawowych, które
pozwalają unikać terminologii i nadal
być uni wersalnie rozumiane, będzie
łatwo, jeżeli używana będzie pełna,
360-stopniowa skala okrągłej tarczy.
Lecz trudne jest posługiwanie się jej
pełnym zakresem i praktycznie
niemożliwe do zastosowania w
metodzie neutralnego zera.
Aby zapewnić uniwersalny odczyt,
konieczne jest zatem zapisanie pozycji
wyjściowej neutralnego zera, a także
zakresu ruchów w obu kierunkach od
tej pozycji, ale we właściwej sekwencji
Wnioski:
Ważne jest śledzenie ruchu segmentu kostnego w jego
drodze oraz określenie jego miejsca w przestrzeni, przy
nieustannych ich zmianach.
Określenie ruchu w przestrzeni przeprowadza się za
pomocą systemu trzech współrzędnych płaszczyzn
odniesienia, dzięki którym można w liniowych
wartościach zmierzyć odległość punktu od każdej
współrzędnej.
Dla całego ciała ten system trzech współrzędnych tworzą
wzajemnie przecinające się płaszczyzny, wszystkie do
siebie prostopadłe i wszystkie przechodzące przez środek
ciężkości ciała. Środek ten zatem jest początkiem
systemu trzech współrzędnych płaszczyzn S, F, T.
Można określić lokalizację środków ciężkości różnych
części ciała, np, stawów, w relacji do wspólnego środka
ciężkości, podobnie jak różnice we współrzędnych
różnych stawów, np. różne odległości od środka ciężkości,
jakie pojawiają się w różnych pozycjach kończyn.
Wtórne płaszczyzny współrzędne i wtórny system
współrzędnych można ustalić dla różnych stawów kończyn
przez tworzenie płaszczyzn równoległych do płasz czyzn
głównych ciała, ale muszą one wszystkie przechodzić
przez środek stawu, który jest początkiem wtórnego
systemu współrzędnych.
Amplituda ruchu stawowego może być łatwo zmierzona
goniometrycznie. Dla ruchów w dwóch lub trzech
płaszczyznach stosowano perymetry (obwodomierze) lub
perygrafy j obecnie stosuje się sprzężone kamery filmowe.
Działanie indywidualnych mięśni na ruchy w stawie
zmienia się znacznie w zależ ności od pozycji stawu,
mięsień przywodziciel długi (m. adductor longus) jest
zginaczem biodra do 700, później staje się jego
prostownikiem.
Przeliczenie wartości kątowych na wartości liniowe jest
łatwe, jeżeli promień ruchu i czas ruchu jest znany
Wnioski:
Czynność stawu jest pierwotnie
określona przez kształt i różnice w
poziomach stykających się ze sobą
powierzchni stawowych, a
szczególnie przez stopień ich
dopasowania do siebie czy
przystawalności (kongruencji), ale
również przez sposób, w jaki
powierzchnie te są złączone
razem.
Biomechanika stawów i kości
Są takie stawy, w których rozległe
powierzchnie stawowe ślizgają się
jedna po drugiej, jak np. w części
łokciowo-ramiennej stawu łokciowego.
Są inne o równie szerokim styku, ale
ruch między nimi zachodzi wokół
pozastawowo umieszczonej osi.
Mówimy, że ruch jest przenoszony na
inne stawy o podobnej budowie.
Spostrzega się to w stawach międzykrę
gowych. Inne stawy mają ściśle
przylegające cylindryczne powierzchnie
stawowe, jak np. staw skokowo-
goleniowy, lub są stawami
kulistopanewkowymi, jak np. staw
ramienny czy staw biodrowy.
Wszystkie te stawy mają ogólnie
wysoki stopień kongruencji swych
powierzchni sta wowych i z uwagi
na ich szeroki kontakt nie
wymagają, aby kształt chrząstki
stawowej przyjmującej siły
kompresji uległ zmianom
adaptacyjnym. W ciele ludzkim
znajdują się także stawy o dużej
nieprzystawalności ich
powierzchni stawowych (o dużej
inkongruencji).
Kształt powierzchni stawowych
Proste i złożone powierzchnie
stawowe
Fick wyobrażał sobie, że kształt
powierzchni stawowej jest produktem
tzw. linii generującej, obracającej się
wokół osi (Steindler 1977). Linia ta
może mieć różny przebieg i zależnie
od niego i stosunku linii do osi, wokół
której się obraca, powstają
różnokształtne powierzchnie
stawowe.
Kształt powierzchni stawowych
Proste powierzchnie stawowe cylindryczne i stożkowe
Powierzchnia cylindryczna (walcowata) powstaje, gdy linia
generująca jest linią prostą i obracając się wokół równoległej do
niej osi opisuje powierzchnię cylindra, jak np. w stawie
skokowym.
Linia prosta rotująca wokół równoległej osi zakreśla
powierzchnię cylindra (walca). Jeżeli linia generująca w ruchu
nie jest równoległa do osi, wokół której obraca się, lecz
nachylona do niej, to zakreśla powierzchnię stawową stożka,
jakiej przykładu w ciele ludzkim nie ma.
Jeżeli obracająca się linia generująca jest półkolista, z
wklęsłością zwróconą do osi, wokół której się porusza, to
powierzchnia, jaka zostanie zarysowana w ten sposób, będzie
kulą, np. głowa kości ramiennej, głowa kości udowej. Natomiast
jeżeli wypukłość półkolistej linii generującej zwraca się do osi i
linia ta dokona obrotu wokół osi, to zakreślona w ten sposób
powierzchnia stawowa będzie wklęsła (głowa kości
promieniowej).
Kształt powierzchni stawowych
Powierzchnie śrubowe
Powierzchnie śrubowe są powierzchniami
złożonymi; są one generowane przez punkt
poruszający się zarówno w kierunku okrężnym,
jak i progresyjnie
Kształt powierzchni stawowych
Owalne powierzchnie stawowe
Zakreśla je linia krzywa mniejsza od linii półkolistej
(mniejszy odcinek obwodu koła niż połowa tego
obwodu) obracająca się wokół jej ścięgna jako osi.
Charakterystyczne jest to, że wartości kątowe
wklęsłego owalu różne są w różnych osiach, a
najmniejsze wasi podłużnej. Ten typ powierzchni
stawowej reprezentuje panewka łopatki i staw
promieniowo-nadgarstkowy.
Powierzchnia siodełkowa
Staw siodłowy tworzy linia w kształcie hiperboli z
symetrycznymi końcami, obraca jąca się wokół
wyimaginowanej osi. Tak utworzona powierzchnia jest
odwrotnie wykrzywiona w dwóch prostopadłych
kierunkach, tzn. raz w sposób wklęsły raz w sposób
wypukły. Taką aranżację reprezentuje staw
nadgarstkowo-śródręczny kciuka, a także stawy
międzykręgowe kręgów lędźwiowych.
Kształt powierzchni stawowych
Przyleganie powierzchni stawowych
zapewniają:
Więzadła stawowe, szczególnie w stawach zawiasowych, takie
jak poboczne więzadła stawu łokciowego i kolanowego lub w
stawach śródręczno-paliczkowych. Więzadła te wiotczeją w
pozycji pośredniej stawów, gdy wzajemny ucisk powierzchni
stawowych jest najmniejszy.
Napięcie mięśni, których składowe stabilizujące sił
wyzwalanych przez nie przyczyniają się do integralności
stawu.
Struktury powięziowe, które pokrywają otaczające staw
mięśnie, np. powięź szeroka.
Ciśnienie atmosferyczne, które wynosi 760 mmHg 1,333
odpowiada 1013 hP.
Ciśnienie atmosferyczne szczególnie wyraźnie
działa w stawie biodrowym. Według braci
Weber można przeciąć wszystkie mięśnie tego
stawu, jego torebkę stawową i wszystkie
więzadła, a pomimo to głowa kości udowej nie
wypadnie ze swojej panewki (Steindler 1977).
Głowa kości udowej umocowana jest do
panewki za pomocą więzadła, ale jest ono
luźne i głowa kości udowej daje się wyjąć ze
stawu, gdy w panewce wywierci się otwór, co
spowoduje wyrównanie ciśnień między
otoczeniem i wnętrzem stawu
Mniejsze ciśnienie atmosferyczne na dużych
wysokościach utrudnia unoszenie kończyn
dolnych. Na wysokości 1300 m ciśnienie to jest
nie wystarczające, aby dźwigać ciężar
kończyny dolnej równy 10 kg; na wysokości
3000 m jej ciężar wynosi 7,S'kg i kończyna nie
może być utrzymana przez ciśnienie
atmosferyczne. W tych warunkach musi
wzrastać napięcie mięśni, aby uzupełnić
niedobór ciśnienia atmosferycznego do jego
wartości na poziomie morza. W górach o
wysokości 8000 m i wyższych, ciśnienie
atmosferyczne dzia łające na staw biodrowy
wynosi tylko 4 kg
Typy ruchu
stawowego
Ruch ślizgowy
Ruch ten występuje w dwóch postaciach.
R u c h ś l i z g o w y p o w i e r z c h n i o w y
może być wykonany w czysto prostolinijnym
kierunku: tak ślizga się obręcz barkowa z łopatką po
ścianie klatki piersiowej do góry i w dół, ku tyłowi
albo ku przodowi. Może być wykonany także ruch
ślizgowy obrotowy, nad raczej płaską powierzchnią.
Istnieje również kombinacja obydwu tych możliwości,
podobnie jak w ruchu wykonywanym przez łopatkę w
odwodzeniu i przywodzeniu ramienia. Ślizgowy typ
ruchu występuje ponadto w stawach
międzykręgowych. W tych przypadkach pole opisane
przez poruszający się staw nie jest powierzchnią
płaską, lecz jest stożkiem czy cylindrem.
Typy ruchu
stawowego
Ruch ślizgowy
R u c h ś l i z g o w y l i n i o w y . W ruchu tym
punkt płytkiej wklęsłości powierzchni stawowej
ślizgającej się kości przebiega linijnie przez większą
powierzchnię innej kości o wypukłej powierzchni
stawowej. Taki ruch zachodzi ogólnie biorąc w
obwodowej części stawu np. śródręczno-
paliczkowego, w którym podstawa paliczka bliższego
porusza się nad główką kości śródręcza.
Typy ruchu
stawowego
Ruch toczenia się (kołyskowy)
W ruchu toczenia punkty o równej odległości na
powierzchniach stawowych stykają się
ze sobą sukcesywnie w przebiegu ruchu. Jedno ciało
stawowe jest wklęsłe, a drugie wypukłe, ponieważ nie
ma dwuwypukłych powierzchni stawowych.
Najlepszym przykładem takiego ruchu jest
początkowy ruch zginania w stawie kolanowym.
Jednak zależnie od faktu, że wczesne zakresy
zginania w tym stawie łączą się z rotacją
wewnętrzną, ruch w stawie nie jest w ścisłym
matematycznym sensie ruchem toczenia się
(kołyskowym), jest jednak do niego bardzo zbliżony.
Ruch toczenia się (kołyskowy)
W ruchu toczenia punkty o równej odległości na
powierzchniach stawowych stykają się
ze sobą sukcesywnie w przebiegu ruchu. Jedno ciało
stawowe jest wklęsłe, a drugie wypukłe, ponieważ
nie ma dwuwypukłych powierzchni stawowych.
Najlepszym przykładem takiego ruchu jest
początkowy ruch zginania w stawie kolanowym.
Jednak zależnie od faktu, że wczesne zakresy
zginania w tym stawie łączą się z rotacją
wewnętrzną, ruch w stawie nie jest w ścisłym
matematycznym sensie ruchem toczenia się
(kołyskowym), jest jednak do niego bardzo zbliżony.
Typy ruchu
stawowego
Ruch rotacji osiowej
Ruch rotacji osiowej różni się od poprzedniego typu
ruchu tym, że kontaktujące się
powierzchnie stawowe są małe, mogą nawet
przedstawiać sobą stykające się punkty, jak w
promieniowo-ramiennej części stawu łokciowego. W
ruchu rotacji osiowej, w stawie kolanowym, ciała
stawowe opisują wokół siebie ruch okrężny; inaczej
mówiąc, zakreślają koło, ponieważ oś tego ruchu
przebiega przez wcięcie międzykłykciowe.
Typy ruchu
stawowego
Stopnie swobody ruchu
Pojęcie stopni swobody ruchu wprowadził do
inżynierii Reuleaux w 1875 roku.
Do biomechaniki zaadaptował je Fischer w 1907
roku; następnie pojęcie to stosowali szeroko autorzy
omawiający biomechanikę stawów, np. Fick w 1910
roku i stosują współcześni (Steindler 1977).
Typy ruchu
stawowego
Stopnie swobody ruchu
J e d e n s t o p i e ń s w o b o d y r u c h u .
Uważa się, że staw ma tylko jeden stopień swobody
ruchu, jeżeli ruchy VI nim mogą odbywać się
wyłącznie wokół jednej osi lub w je dnej płaszczyźnie
(prostopadłej do tej osi).
Przykładem są stawy zawiasowe, które pozwalają
tylko na zgięcie i wyprost wokół ich osi poprzecznej.
Każdy określony punkt na kościach tworzących staw
może poruszać się wyłącznie wzdłuż wypukłej linii
kolistej, czyli po z góry określonej drodze. Ruch ma
miejsce w osi A i albo każda z osobna kość, albo
obydwie mogą się względem siebie poruszać. Punkt P
porusza się po linii będącej wycinkiem koła i jest do
tej drogi ograniczony.
Dwa s t o p n i e s w o b o d y r u c h u . Dwa
stopnie swobody ruchu oznaczają, że ruch jest
możliwy wokół dwóch do siebie prostopadłych osi lub
w dwóch płaszczyznach przebiegających przez
środek stawu. W rzeczywistości ruchy mogą
zachodzić wokół każdej liczby osi czy w każdej liczbie
płaszczyzn przechodzących przez środek stawu.
Przez dobrze skoordynowaną, sukcesywną
kombinację składowych ruchu, wykonywany jest ruch
obracania - circumductio, podczas którego kość
porusza się jakby po powierzchni stożka, a jej koniec
zakreśla drogę okrężną.
Stopnie swobody ruchu
Stopnie swobody ruchu
T r z y s t o p n i e s w o b o d y r u c h u.
Trzy stopnie swobody ruchu ma staw, w którym
możliwy jest ruch wokół trzech do siebie
prostopadłych osi lub w trzech płaszczyznach
przechodzących przez środek stawu. Trzy stopnie
swobody ruchu repre zentują stawy o dwoistej
naturze powierzchni stawowych, takie jak staw
barkowy, staw biodrowy i stawy śródręczno-
paliczkowe, w których rotacja może być tylko bierna.
Zatem stawy kulisto-panewkowe zginające i
prostujące się, odwodzące i przywodzące oraz
pozwalające na ruchy rotacyjne są głównymi
przykładami trój stopniowej swobody ruchu. Ruchy te
zachodzą wokół trzech osi lub w trzech płaszczyznach
prostopadłych do siebie i przechodzących, w
przypadku stawu biodrowego, przez środek głowy
kości udowej.
Łańcuchy kinematyczne
Pojęcie łańcucha kinematycznego, podobnie jak
stopni swobody ruchu, wprowadził do inżynierii
Reuleaux w 1875 roku, a później termin ten pojawił
się w biomechanice (Steindler 1977).
Kombinacja szeregu stawów łączących sukcesywnie
segmenty kostne tworzy łańcuch kinematyczny
(zwany także łańcuchem stawowym), który jest
złożoną jednostką mechaniczną lub motoryczną.
O t war t y ł a ń c u c h k i n e m a t y c z n y .
W otwartym łańcuchu kinematycznym obwodowe
segmenty kostne kończą się w przestrzeni wolno.
Otwarte łańcuchy kinematyczne spotyka się
najczęściej w ciele ludzkim, a przykładami są
kończyny i kręgosłup. Na przykład, w poruszaniu
kończyną górną, która jest otwartym łańcuchem
kinematycznym, bierze udział sukcesywnie staw
barkowy, staw łokciowy i staw nadgarstkowy.
Z a m k n i ę t y ł a ń c u c h k i n e m a t y c z n y.
W łańcuchu kinematycznym zam kniętym końcowe
segmenty kostne są połączone i tworzą pierścień lub
zamknięty obwód. Takie zamknięte obwody
przegubowe bywają stosowane często w maszynach,
np. łańcuchy do kół zębatych. W organizmie
człowieka można również znaleźć przykłady
zamkniętych łańcuchów kinematycznych, np. obręcz
miednicy, w której segmenty kostne łączą dwa stawy
krzyżowo-biodrowe i spojenie łonowe, oraz klatka
piersiowa, w której każde żebro wraz ze swym
połączeniem mostkowym i kręgowym tworzy
pierścień.
Steindler (1977) pojęcie łańcucha kinetycznego
stosuje do wszystkich sytuacji, w których staw
obwodowy napotyka na opór zewnętrzny, który
uniemożliwia lub utrudnia swobodny ruch. Opór ten
może być przezwyciężony, a obwodowa część stawu
zdolna jest poruszać się pomimo tego oporu, np. przy
pchaniu wozu czy podnoszeniu ciężaru. Opór
zewnętrzny może być absolutny, w którym to
przypadku bliższa część pary kinematycznej porusza
się wobec obwodowej części, jak bywa np. w
podnoszeniu się na poprzecznym drążku.
Łańcuch kinematyczny, składający się z dwóch
stawów zawiasowych z równoległymi osiami, ma dwa
stopnie swobody ruchu i jest to suma jednego
stopnia swobody ruchu posiadanego przez każdy
staw zawiasowy.
Najwyższy stopień swobody ruchu, jaki może
posiadać segment kostny, występuje wówczas, gdy
może on poruszać się w przestrzeni, oczywiście w
pewnych granicach. Swobodę taką ma ręka ludzka i
to stanowi mechaniczną podstawę wykonywania
zręcznościowych czynności manualnych.
Łańcuch kinematyczny kończyny górnej składa się z
wielu stawów, a każdy z nich ma jeden do trzech
stopni swobody ruchu. W rezultacie wysoki stopień
swobody ruchu kończyny rozdzielany jest nie tylko
dla segmentu końcowego w relacji do tułowia, lecz
także dla wielu różnych segmentów poruszających
się względem siebie. T o stanowi mechaniczną
podstawę ruchliwości kończyny górnej. W pewnym
zakresie sytuacja ta minimalizuje skutki uszkodzenia,
ograniczenia lub eliminacji ruchu w indywidualnych
stawach wynikające z obrażeń lub stanów
chorobowych.
Zasady dokładnego wyliczania ruchliwości
biomechanizmu, jakim jest bierny układ ruchu,
podaje Kabsch (1983).
Trzy stopnie swobody ruchu stawu biodrowego i
stawu barkowego służą. zmianie pozycji w
przestrzeni pełnej długości kończyn we wszystkich
kierunkach, jednakże bez zmiany samych ich
połączeń stawowych. Konsekwentnie wszystkie
ruchy, jakie zachodzą wyłącznie w stawie biodrowym
lub w samym stawie barkowym prowadzą. kończynę
po powierzchni kuli, której promieniem jest długość
kończyny.
Jednakże częściej czynności motoryczne nie
wymagają. umieszczania końca kończyny na
powierzchni owej kuli, którą reprezentuje przestrzeń
działania stawu barkowego czy stawu biodrowego,
lecz w jakimś punkcie wewnątrz takiej kuli.
Przekształcanie ruchu obrotowego w ruch
prostolinijny w łańcuchu kinematycznym
R u c h y o b r o t o w e ( r o t a c y j n e l u b w i
r o we) zachodzą wokół ufiksowanej lub względnie
ufiksowanej osi. Nazywa się je obrotowymi,
ponieważ każdy punkt na segmencie kostnym
przyległym do stawu przebiega po łuku koła,
środkiem którego jest oś stawu. Zatem w zginaniu i
prostowaniu w stawie łokciowym kości
przedramienia lub kość ramienia obracają się
(rotują) wokół osi stawu łokciowego. Indywidualne
punkty wyznaczone na segmentach kostnych
poruszają się z różnymi szybkościami, a szybkość
tego ruchu zależeć będzie od odległości punktu od
osi ruchu.
Wytwarzanie powierzchni stawowych przez linie
rotujące wokół osi zewnętrznych:
• rotująca linia prosta wytwarza cylindryczne lub
stożkowe powierzchnie stawowe;
• spiralna powierzchnia jest wytworzona przez punkt
poruszający się w okrężnymi postępującym ruchu;
• owalne powierzchnie są wytworzone przez krzywą
mniejszą niż półokrąg rotujący wokół jej ścięgna;
• staw siodełkowaty jest wytworzony przez hyperbolę
ratującą wokół wyimaginowanej osi
Stan powierzchni stawowych zależy od
napięcia więzadeł i mięśni oraz ciśnienia
atmosferycznego.
Wyróżnia się następujące typy ruchów w
stawie:
• ślizganie (powierzchniowe i liniowe), np.
stawy- międzykręgowe i stawy śródręczno
paliczkowe;
• kołyszące, np. wczesne zakresy zgięcia w
stawie kolanowym;
• połączenie ślizgania i kołysania, np. staw
kolanowy;
• osiową rotację, np. staw promieniowo-
ramienny.
Liczba stopni swobody zależy od liczby
prostopadłych płaszczyzn, w których ruch
może być wykonywany:
•staw łokciowo-ramienny - 1 stopień,
•staw kolanowy - 2 stopnie,
•staw biodrowy - 3 stopnie.
Wyróżnia się otwarty (ostatnie ogniwo jest
swobodnie ruchome) i zamknięty łańcuch
kinematyczny (ostatnie ogniwo jest
ustabilizowane przez siłę zewnętrzną i jeśli
porusza się bliższa część, to porusza się
także dalsza).
Sumowanie stopni swobody
stawów kończyn:
• kończyna górna: 11 stopni swobody od
palców do obręczy barkowej, 17 stopni
swobody od szczytów palców do tułowia;
• kończyna dolna: 6 stopni swobody od
stopy jako całości do tułowia.