Biomechanika kolenního kloubu Kolenní kloub

SPOJENÍ KOSTÍ
1. Kosti jsou plynule spojeny některým z pojiv:
¾ vazivem (articulatio fibrosa)
¾ chrupavkou (articulatio cartilaginea)
¾ kostí (synostosis)
2. Kosti se navzájem dotýkají styčnými plochami – spojení
kloubní
2. Kosti se navzájem dotýkají styčnými plochami –
spojení kloubní:
articulatio synovialis - kloub
• Kloubní plochy:
¾jamka kloubní – konkávní
¾hlavice kloubní – konvexní
ƒ Kloubní pouzdro
ƒ Kloubní dutina – synoviální
tekutina
ƒ Zvláštní kloubní zařízení
Biomechanika kolenního kloubu
Kolenní kloub:
¾přenáší zatížení
¾podílí se na pohybu
¾pomáhá při stabilitě
laterální pohled
ƒnejvětší kloub
ƒsložený kloub (dvě kloubní
struktury): Stýkají se v něm femur,
tibie a patela a mezi styčné plochy
femuru a tibie jsou vsunuty kloubní
menisky.
¾tibiofemorální kloub
¾patelofemorální kloub
Kolenní kloub přenáší veliké síly a je umístěn mezi
dvě největší "ramena páky" v lidském těle.
kloubní hlavice - kondyly
femuru
pohled zpředu bez pately
kloubní jamka - proximální
plocha tibie spolu s menisky
pravá strana - pohled shora na tibii
MENISKY A NITROKLOUBNÍ
VAZY KOLENNÍHO KLOUBU
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
ligamentum cruciatum anterius
ligamentum transversum genus
meniscus lateralis
laterálni kloubní plocha na tibii
ligamentum collaterale fibulare
ligamentum collaterale tibiale
meniscus medialis
ligamentum cruciatum posterius
ligamentum meniscofemorale
posterius a lig. meniscofemorale
anterius
1. začátek caput laterale musculi
gastrocnemii
2. bursa subtendinea musculi
gastrocnemii lateralis
3. ligamentum collaterale fibulare
4. úpon musculus biceps femoris
5. bursa subtendinea musculi
bicipitis femoris inferior
6. bursa musculi poplitei lateralis
7. začátek m. popliteus
8. bursa musculi poplitei
9. ligamentum capitis fibulae
posterius
pravá strana - pohled zezadu
pouzdro kloubní odstraněno
10.bursa subtendinea musculi
gastrocnemii medialis
11.musculus semimembranosus
12.ligamentum collaterale tibiale
13.bursa ligamenti collateralis tibialis
14.bursa musculi semimembranosi
superior
15.caput mediale musculi
gastrocnemii
16.ligamenta cruciata genus
17.bursa musculi semimembranosi
18.ligamentum meniscofemorale
posterius
19.bursa anserina
pravá strana - pohled zezadu
pouzdro kloubní odstraněno
Základní biomechanická analýza :
Kloubní pohyb probíhá současně ve
třech rovinách, pohyb v jedné rovině
je však tak velký, že se považuje za
téměř jediný pohyb.
Ačkoliv mnoho svalů působí silou na
koleno, v každém okamžiku jedna
svalová skupina převládá a vyvíjí sílu
tak velkou, že se většinou uvažuje jako
jediná působící svalová síla.
Kinematika je obor mechaniky, která pojednává o pohybu bez
uvažování sil a hmoty. Kinematika definuje rozsah pohybu a popisuje
pohyb kolenního kloubu ve třech rovinách:
¾frontální
¾sagitální
¾transversální
POSTRANNÍ A ZKŘÍŽENÉ VAZY: EXTENZE - FLEXE
1, 2: zkřížené vazy
3: meniskus
4, 5: postranní vazy
A. základní postavení - plná extense (uzamčené koleno)
B. při flexi do 5° spojené s počáteční rotací („odemknutí„ kolena)
se uvolňují postranní vazy (4, 5) a zkřížený vaz (2)
C. při pokračující flexi se znovu napíná postranní vaz (5) a zkřížený
vaz (2) a zajišťují pevnost kloubu při pohybu
ZMĚNY TVARU A POLOHY MENISKŮ ZA POHYBU KOLENA
extense kolena
flexe kolena
Rozsah posunu je větší
u menisku laterálního.
Rotace probíhají hlavně v meniskotibiálním skloubení za
současného posunu menisků.
V tibiofemorálním kloubu dochází k pohybu
ve všech třech rovinách, rozsah je však
zdaleka největší v sagitální rovině:
™z plné extenze do plné flexe cca 140°.
Základní pohyb je tedy flexe a zpětná
extenze.
V transversální rovině (vnější + vnitřní
rotace) je pohyb ovlivněn polohou kloubu
v sagitální rovině:
™při plné extenzi kolena je rotace téměř
zablokovaná polohou femorálních kondyl
(mediální kondyla je větší než laterální);
™maximální rotace lze dosáhnout při flexi
90° a to:
¾max 45° vnější rotace
¾max 30° vnitřní rotace
™nad 90° flexe vnitřní a vnější rozsah rotace
klesá, především kvůli měkkým tkáním.
Pohyb ve frontální rovině (abdukce
addukce) je opět závislý na velikosti flexe:
+
™plná extenze zamezuje téměř jakýkoliv
pohyb ve frontální rovině;
™při flexi kolene 30° je pasivní abdukce a
addukce maximální - pouze však několik
stupňů;
™nad 30° flexe rozsah opět klesá kvůli
omezené funkci měkkých tkání.
Rozsah pohybu tibiofemorálního kloubu měřený při chůzi v sagitální
rovině: Během chůze kolenní kloub není nikdy v plné extenzi. Na
začátku a konci fáze kroku je téměř max. extenze - 5°. Max. flexe 75°
je uprostřed fáze švihu.
Pohyb v transversální rovině je různý dle různých autorů 8.6° až 13.3°
Pohyb ve frontální rovině: celková abdukce + addukce - 11°.
RANGE OF TIBIOFEMORAL JOINT MOTION IN THE
SAGITTAL PLANE DURING COMMON ACTIVITIES
ACTIVITY
RANGE OF MOTION FROM
KNEE EXTENSION TO KNEE
FLEXION (DEGREES)
Walking
0-67*
Climbing stairs
0- 83#
Descending stairs
0- 90
Sitting down
0- 93
Tying a shoe
0-106
Lifting an object
0-117
*Data from Kettelkamp (1970). Mean for 22 subjects. A slight difference was
found between right and left knees (mean for right knee 68.1 degrees; mean
for left knee 66.7 degrees).
#These and subsequent data from Laubenthal (1972). Mean for 30 subjects.
Velikost flexe kolenního kloubu se zvětšuje při zvyšující se
rychlosti chůze
AMOUNT OF KNEE FLEXION DURING STANCE
PHASE OF WALKING AND RUNNING
ACTIVITY
RANGE IN AMOUNT OF KNEE FLEXION
DURING STANCE PHASE (DEGREES)
Walking
Slow
0- 6
Free
6-12
Fast
12-18
Running
18-30
(Data from Perry et al., 1977. Range for seven subjects.)
POHYB KLOUBNÍHO POVRCHU
V každé fázi pohybu lze pomocí dvou bodů jednoho tělesa určit
jeden bod nehybný relativně k druhému tělesu – okamžitý střed
otáčení. Cesta těchto okamžitých středů otáčení může být
popsána pomocí rentgenogramů, např. pro otáčení po 10°:
v sagitální a frontální rovině ne v transversální.
U většiny kloubů je okamžitý střed
otáčení vzdálen od kloubního povrchu
⇒ jeden kloubní povrch klouže po
druhém. Ve vzácném okamžiku, kdy
je střed otáčení na povrchu, kloub má
valivý pohyb ne klouzavý.
Tři typy pohybu: otáčivý, valivý, posun – analogie pohybu
ramenního kloubu s pohybem pneumatik auta
kola rotují ve sněhu
správný kontakt kola s
vozovkou
zablokovaná kola
brzdou na ledě
U kolenního kloubu dochází k pohybu kloubních povrchů:
™mezi tibií a femorálními kondylami
™mezi femorálními kondylami a patelou
V tibiofemorálním povrchu probíhá pohyb ve všech třech
rovinách současně - převažuje pohyb v rovině sagitální.
V patelofemorálním povrchu probíhá pohyb ve dvou
rovinách současně (frontální + transversální), zdaleka
však převažuje v rovině frontální.
TIBIOFEMORÁLNÍ KLOUB
Pro určení cesty okamžitých středů otáčení během
flexe je nasnímkován snímek při flexi 80°
laterálně a pak postupně po 10°. Tibie musí být
paralelní s rentgenovým stolem a musí se
zabránit rotaci vzhledem k femuru.
Dva body lehce určitelné na femuru jsou
označeny na každém snímku a pak jsou vždy po
páru vrstveny snímky na sebe.
Cesta okamžitého středu
otáčení může být vykreslena pro celý rozsah
pohybu. U normálního
kolene se okamžitý střed
otáčení pohybuje po polokruhu.
NORMÁLNÍ KLOUB
Po určení okamžitých středů
otáčení můžeme popsat pohyb
kloubních povrchů. V každé dvojici
snímků je určen bod kontaktu obou
povrchů (tj. bod s nejužší mezerou
mezi povrchy kloubu) a čára
spojující tento bod s okamžitým
středem otáčení. Čára kolmá
určuje směr pohybu.
U normálního kloubu tato čára je kolmá k povrchu tibie v
každém intervalu pohybu z plné extenze do plné flexe, což
ukazuje, že femur klouže po tibiální kloubní ploše.
PATOLOGICKÝ KLOUB
Ohýbá-li se kolenní kloub kolem špatně umístěného středu otáčení,
pak neklouže v tangenciálním směru po povrchu ale povrchy kloubu
se oddalují nebo jsou zatlačovány.
Koleno přinucené se trvale pohybovat kolem patologického středu
otáčení má za následek:
¾natahování šlach a dalších podpůrných měkkých tkání
¾abnormálně vysoký tlak na kloubní povrch
Vnitřní uspořádání tibiofemorálního kloubu způsobuje kombinaci
kolenní extense s vnější rotací tibie. Tibiofemorální kloub není
jednoduchý válcový kloub ale umožňuje spirálovitý pohyb. U
normálního femorálního kloubu je mediální kondyla o cca 1.7 cm
delší než laterální.
Šroubovicový pohyb se klinicky testuje.
Pacient sedí s flexí 90°. Označí se:
¾mediální a laterální
obrysy pately
¾místo na tibii, kde se
upínají patelární vazy
(výstupek na tibii)
¾střed pately
U normálního kolena se označení na tibii při plné extensi posune
asi do poloviny laterální poloviny pately.
PATELOFEMORÁLNÍ KLOUB
Kloub má opět klouzavý
pohyb a může být popsán
okamžitým středem otáčení. Z
plné extense do plné flexe
kolena se patela posune po
femorálních kondylách asi o
7 cm.
Patela při flexi
distálně,
při
proximálně.
klouže
extensi
Při plné extensi až do 90° flexe
je mediální i laterální povrch
femuru v kloubovém spojení s
patelou.
Nad 90° flexe patela rotuje
externě a pouze mediální strana
femuru je v kloubovém spojení
s patelou.
Při plné flexi patela vklouzne
mezi femorální kondyly.