Funkcje i wÆa¥ciwo¥ci biomechaniczne wiæzadeÆ
GÆównå funkcjå wiæzadeÆ krzyºowych jest bierna stabilizacja stawu zarówno
w pÆaszczyªnie strzaÆkowej, czoÆowej, jak i poprzecznej (7, 12, 24, 28). Wraz z u-ksztaÆtowaniem powierzchni stawowych, dziaÆaniem innych wiæzadeÆ i pracå miæ¥ni, biorå one udziaÆ w zapewnieniu
prawidÆo-Biomechanics of cruciate ligaments
Artur Pasierbiñski, Aneta JarzåbekCarolina Medical Center, Warszawa
Streszczenie
WiæzadÆa krzyºowe så gÆównymi biernymi stabiliza-torami stawu kolanowego w pÆaszczyªnie strzaÆko-wej i wraz z uksztaÆtowaniem powierzchni stawo-wych oraz pracå miæ¥ni zapewniajå mu funkcjonal-nå stabilno¥ì i prawidÆowå kinematykæ. Podczas ru-chu biernego wspomagajå zamianæ toczenia na ruch ¥lizgowy, a przy ruchu czynnym hamujå ¥lizg w stawie wywoÆany dziaÆaniem miæ¥ni, redukujåc siÆy ¥cinajåce.
WiæzadÆa krzyºowe kontrolujå rotacjæ goleni i wraz z wiæzadÆami pobocznymi zapewniajå stabilno¥ì kolana w wypro¥cie. Podczas ruchu prostowania w otwartym Æañcuchu kinetycznym odksztaÆcenie ACL zwiæksza siæ wraz ze zmniejszaniem kåta zgiæcia (od okoÆo 40º) i jest tym wiæksze im wiækszy jest dziaÆajåcy moment zewnætrzny. Przy zginaniu w otwartym Æañcuchu kinetycznym obciåºenie PCL zwiæksza siæ gwaÆtownie powyºej 30º i osiåga maxi-mum w okoÆo 90º zgiæcia.
Podczas ruchu w zamkniætym Æañcuchu kinetycz-nym, siÆy kompresji w stawie piszczelowo-udowym, oraz automatyczne napiæcie miæ¥ni stabilizujåcych staw kolanowy redukujå siÆy ¥cinajåce i zmniejszajå obciåºenie wiæzadeÆ.
W trakcie rehabilitacji po uszkodzeniu lub rekon-strukcji wiæzadeÆ, moºemy zmniejszyì przenoszone przez nie obciåºenia dobierajåc odpowiedni zakres ruchu, prædko¥ì i pozycjæ przy ìwiczeniach oraz stosujåc równoczesne napiæcie miæ¥ni antagonis-tycznych (kokontrakcjæ). Wielko¥ì obciåºeñ przeno-szonych przez wiæzadÆa zaleºy od aktualnej pozycji stawu, momentu dziaÆajåcego na staw kolanowy i siÆ kompresji w stawie piszczelowo-udowym.
[Acta Clinica 2001 1:284-293]
SÆowa kluczowe: wiæzadÆa krzyºowe, biomechani-ka, obciåºenia, ìwiczenia.
Summary
Cruciate ligaments are main stabilizers of the knee joint in the sagittal plane; they also contribute in stabilisation in coronal and transverse planes. Toge-ther with the shape of articular surface, muscles and contact forces ensure proper arthrokinematics. During passive motion of the knee cruciates help to change rolling into sliding movements and during active motion resist translations and reduce shear forces. Cruciates control rotational movements in the flexed knee and together with collateral liga-ments ensure rotational stability of the extended knee.
The amount of forces loading the ligaments de-pends of actual knee position, knee moment and ti-bio-femoral joint compression forces.
During open kinetic chain extension ACL strain in-creases while flexion angle dein-creases (from 40° of flexion). The bigger knee extension moment, the higher is ACL strain. During open kinetic chain fle-xion PCL strain increases rapidly above 30° and re-aches the maximum above 90° of flexion. In closed kinetic chain motion (like sqatting), tibio-femoral joint compression forces and contraction of muscles stabilising the joint, reduce shear forces and decrea-se ligament strain.
During rehabilitation exercises after ligaments inju-ry or repair, it is possible to reduce forces loading the ligaments by choosing proper range of motion, position of the joint, speed of motion and by perfor-ming voluntary co contraction of antagonistic mus-cles.
[Acta Clinica 2001 1:284-293]
Key words: cruciate ligaments, biomechanics, strain, exercises.
wej kinematyki stawu (16, 22, 24, 28). Kon-trolujåc ¥lizg i rotacje przy ruchach bier-nych i czynbier-nych, a takºe hamujåc transla-cje przy dziaÆaniu siÆ zewnætrznych, wiæ-zadÆa zapewniajå pÆynno¥ì ruchu i chroniå chrzåstkæ stawowå. Wielko¥ì obciåºeñ przenoszonych przez wiæzadÆa zaleºy od aktualnej pozycji stawu kolanowego i dzia-Æajåcego momentu zewnætrznego.
WiæzadÆa, dziæki znajdujåcym siæ w nich proprioceptorom peÆniå takºe waºnå rolæ neurosensorycznå, bioråc udziaÆ w regulacji napiæcia miæ¥ni agonistycznych i antagonistycznych podczas ruchu stawu (16, 28). Funkcje kontroli kinematyki i sta-bilizacji stawu determinowane så general-nie przez wÆa¥ciwo¥ci biomechaniczne wiæ-zadeÆ, czyli wÆa¥ciwo¥ci strukturalne, cha-rakteryzujåce kompleks ko¥ì-wiæzadÆo-ko¥ì i wÆa¥ciwo¥ci mechaniczne, charakteryzujå-ce samo tworzywo wiæzadeÆ (24, 25, 28). Wielko¥ciami charakteryzujåcymi wÆa¥ci-wo¥ci strukturalne så: obciåºenie maksy-malne (ultimate load) (N), sztywno¥ì
(stiff-nes) (N/mm) i wydÆuºenie maksymalne (e-longation at failure) (mm). Wielko¥ciami
charakteryzujåcymi wÆa¥ciwo¥ci mecha-niczne så: wytrzymaÆo¥ì na rozciåganie
(tensile strength) (Mpa), napræºenie, czyli
stosunek dziaÆajåcej siÆy do przekroju po-przecznego (stress) (Mpa) i odksztaÆcenie czyli stopieñ deformacji tworzywa wiæzadÆa po zadziaÆaniu obciåºenia (strain) (%).
WÆa¥ciwo¥ci strukturalne wiæzadeÆ mo-gå byì badane w pÆaszczyznach
funkcjo-nalnych (w warunkach zbliºonych do na-turalnych), kiedy przy badaniu ruch w sta-wie nie jest ograniczany do jednego wybra-nego kierunku, lub w pÆaszczyznach anato-micznych kiedy siÆa przykÆadana podczas pomiaru powoduje ruch w stawie tylko w wybranym kierunku (24, 25). Badania próbek kompleksu ko¥ì-wiæzadÆo-ko¥ì, wiæzadÆa krzyºowego przedniego (ACL), pobranych ze zwÆok, wykazujå ich wiækszå wytrzymaÆo¥ì (o 35%), sztywno¥ì (o 11% do 45%) i maksymalne wydÆuºenie w pÆaszczyznach funkcjonalnych, niº pod-czas pomiarów dokonywanych w pÆasz-czyznach anatomicznych (25). Napræºenie jest wielko¥ciå trudnå do oszacowania, ze wzglædu na niejednorodny ksztaÆt i prze-krój poprzeczny wiæzadeÆ (1, 5, 7, 8, 24, 26, 28); do pomiarów wykorzystywane så spe-cjalne kalibratory, lub róºnego rodzaju sys-temy optyczne i laserowe mikrometry (me-tody niekontaktowe).
OdksztaÆcenie wiæzadeÆ pod wpÆywem obciåºenia moºe byì mierzone przy uºyciu systemów video, po oznaczeniu odpowied-nimi markerami badanego odcinka oraz dziæki specjalnym czujnikom mocowanym w wybranå czæ¥ì wiæzadÆa, podczas artro-skopii. Dziæki temu moºna zbadaì od-ksztaÆcenie wiæzadÆa podczas ruchu stawu kolanowego w róºnych warunkach i prawie w caÆym zakresie ruchu (2, 3, 4, 6, 24, 28).
Pod wpÆywem intensywnej aktywno¥ci (np. ìwiczeñ) wiæzadÆa stopniowo wydÆu-ºajå siæ co moºe spowodowaì zwiækszenie Tab. 1. WÆa¥ciwo¥ci biomechaniczne wiæzadeÆ
ACL PCL OBCIÅíENIE MAKSYMALNE 2160 ± 157 N (mierzone w pÆaszczyznach funkcjonalnych) 1742 ± 390 N SZTYWNOÿò 242 ± 28 N/mm 380 ± 80 N/mm WYD£UíENIE MAKSYMALNE 11,5 mm 10 mm ODKSZTA£CENIE MAKSYMALNE (10 – 12%) (8 – 10%)
wiotko¥ci stawu. Jednakºe po pewnym cza-sie wracajå one do swojej pierwotnej dÆugo-¥ci, a kolano odzyskuje poprzedniå „sztyw-no¥ì”. Jest to zaleºne od lepkoelastycznych wÆa¥ciwo¥ci wiæzadeÆ, czyli: zwiækszania dÆugo¥ci wiæzadÆa w skutek dziaÆania staÆe-go obciåºenia przez okre¥lony czas (creep), zmniejszania siæ obciåºenia wiæzadÆa wskutek utrzymywania staÆego rozciågniæ-cia przez okre¥lony czas (stress relaxation) oraz od stopnia rozproszenia energii przy cyklicznym obciåºaniu i odciåºaniu wiæ-zadÆa (24, 25).
WÆa¥ciwo¥ci biomechaniczne wiæzadeÆ zmieniajå siæ z wiekiem. WiæzadÆo dwu-dziestolatka wytrzymuje dwa razy wiæksze obciåºenie, niº wiæzadÆo czterdziestolatka. Badane próbki kompleksu ko¥ì-wiæzad-Æo-ko¥ì pobrane od mÆodszych dawców (22 – 35 lat) miaÆy wiækszå sztywno¥ì linio-wå i znosiÆy do trzech razy wiæksze obciå-ºenia niº próbki pobrane od osób starszych (60 – 97 lat), za¥ przerwanie nastæpowaÆo najczæ¥ciej w miejscu przyczepu (24, 25); w tych drugich do uszkodzenia dochodziÆo na przebiegu wiæzadÆa. Równieº unieru-chomienie wpÆywa negatywnie na wytrzy-maÆo¥ì i wÆa¥ciwo¥ci lepkoelastyczne wiæ-zadeÆ (11, 24). Badania przeprowadzane na psach wykazaÆy, ºe po dwunastotygodnio-wym unieruchomieniu wytrzymaÆo¥ì ACL na rozciåganie maleje do 66% (11) przy czym po okresie remobilizacji nie powraca do poprzedniej warto¥ci.
Zachowanie siæ wiæzadeÆ podczas ruchu biernego
Podczas biernego ruchu stawu kolano-wego wiæzadÆa krzyºowe wspomagajå za-mianæ ruchu toczenia na ruch ¥lizgowy (ryc. 1). O¥ obrotu stawu, znajdujåca siæ w miejscu przeciæcia najbardziej obciåºo-nych wÆókien wiæzadeÆ przesuwa siæ do ty-Æu podczas zginania i ku przodowi w czasie prostowania, zawsze rzutujåc na miejsce
styku powierzchni stawowych uda i pi-szczeli (13) (ryc. 2).
Wstæpne napiæcie ACL przy ruchu zgiæcia inicjuje napiæcie PCL i odwrotnie; siÆy te równowaºå siæ dopóki nie zadziaÆa zgiæciowy czy wyprostny moment ze-wnætrzny (obciåºenie), lub weze-wnætrzny (praca miæ¥ni). WiæzadÆa krzyºowe zawsze pozostajå czæ¥ciowo napiæte w wyniku nie-Ryc. 1. Zamiana toczenia na ruch ¥lizgowy. Wg Ka-pandji I. A.: The physiology of the joints. Churchill Livingstone, Edinburgh London Melbourne and New York 1987:2:114 – 129
Ryc. 2. Komputerowy model kolana. Linie A-B i C-D oznaczajå najbardziej obciåºone wÆókna ACL i PCL, X2 miejsce styku powierzchni stawo-wych uda i piszczeli na które rzutuje o¥ obrotu sta-wu I. Wg O’Connor J.J.: Can muscle co-contraction protect knee ligaments after injury or repair? J Bone Joint Surg; 1993:75-B (1): 41 — 47
jednorodnego ksztaÆtu i nierównej dÆugo¥ci ich wÆókien (6, 12, 13). W zgiæciu okoÆo 40º, siÆy przenoszone przez wiæzadÆa (przy rozluªnionych miæ¥niach) så najmniejsze (6, 12) i równowaºå siæ, poniewaº najbardziej obciåºone wÆókna ACL i PCL uÆoºone så pod takim samym kåtem do plateau pi-szczeli. Wraz ze wzrostem zgiæcia bardziej obciåºane så przednio-boczne wÆókna PCL (6, 7), za¥ przy prostowaniu tylne wÆókna ACL (12, 13, 9). W granicach 60º zgiæcia napiæcie wiæzadeÆ wzrasta nieznacznie, a kiedy zgiæcie przekracza 90º PCL jest pro-porcjonalnie bardziej rozciågane niº ACL, w którym napiæte så gÆównie wÆókna przed-nie (9, 12). Bierny wyprost powoduje naj-wiæksze obciåºenie ACL w ostatnich 10º ru-chu (6), w wypro¥cie napiæte så tylne wÆók-na ACL i PCL (1, 7, 8, 9, 12). Przeprost kontrolowany gÆównie przez ACL (jak rów-nieº tylnå czæ¥ì torebki stawowej i wiæzadÆa tylno bocznego przedziaÆu kolana) (6, 18) powoduje znaczne obciåºenie przednich wÆókien wiæzadÆa, które opierajå siæ o strop doÆu miædzykÆykciowego (10) (czæsto w ta-kim mechanizmie dochodzi do uszkodze-nia).
WiæzadÆa krzyºowe kontrolujå rotacjæ goleni podczas ruchu zgiæcia i wyprostu,
i wraz z wiæzadÆami pobocznymi zapewniajå stabilno¥ì rotacyjnå w wypro¥cie kolana.
Podczas ruchu biernego rotacja ze-wnætrzna goleni znosi napiæcie ACL i w niewielkim stopniu obciåºa PCL (6, 12, 14); rotacja wewnætrzna obciåºa ACL w caÆym zakresie ruchu. Obciåºenie PCL podczas rotacji zmniejsza siæ wraz ze wzrostem zgiæcia z powodu bardziej piono-wej orientacji wÆókien (6, 12) (ryc. 3).
WiæzadÆa podczas ruchu czynnego
W zwiåzku z fizjologicznå ko¥lawo¥ciå kolana, uksztaÆtowaniem powierzchni sta-wowych i umiejscowieniem osi rotacji w o-kolicach kÆykcia przy¥rodkowego ko¥ci piszczelowej, praca miæ¥nia czworogÆowego podczas aktywnego wyprostu powoduje ro-tacjæ wewnætrznå goleni. W trakcie koñco-wej fazy wyprostu ACL kontroluje (hamu-je) tæ rotacjæ i uÆatwia „zaryglowanie” sta-wu wytrzymujåc wtedy najwiæksze obciåºe-nia (12, 16) (ryc. 4). Przy czynnym ruchu zginania, praca tylnej grupy miæ¥ni uda po-woduje ¥lizg ko¥ci piszczelowej w tyÆ po kÆykciach ko¥ci udowej; przy prostowaniu miæsieñ czworogÆowy wywoÆuje ¥lizg w kierunku przednim (zgodnie z reguÆå
Ryc. 3. UÆoºenie wiæzadeÆ krzyºowych podczas rotacji goleni. Wg Kapandji I.A.: The physiology of the jo-ints. Churchill Livingstone, Edinburgh London Melbourne and New York 1987:2:114 – 129
wklæsÆo-wypukÆå ruchu artrokinematyczne-go). Powoduje to powstanie siÆ ¥cinajåcych, tylnej i przedniej kontrolowanych i hamo-wanych gÆównie przez wiæzadÆa krzyºowe. Wielko¥ì tych siÆ zaleºy od warto¥ci i kie-runku dziaÆania momentu zewnætrznego, aktualnej pozycji stawu i kokontrakcji miæ¥ni antagonistycznych, jak równieº siÆ kompresji w stawie udowo piszczelowym (przy dziaÆaniu ciæºaru ciaÆa i bez) (2, 4, 7, 13, 14, 17, 19, 22, 23, 26, 27).
Jednoczesne napiæcie tylnej grupy miæ¥ni uda i prostowników (kokontrakcja) nie powoduje ruchu stawu kolanowego, je¥li momenty zgiæciowy i wyprostny rów-nowaºå siæ (2, 3, 13). Nie oznacza to jed-nak, ºe skÆadowe siÆ zginajåcej i prostujåcej kolano równolegÆe do plateau piszczeli så takie same; róºnice tæ niweluje napræºenie (obciåºenie) ACL, lub PCL w zaleºno¥ci od kåta zgiæcia stawu. Na podstawie oceny komputerowego modelu kolana, wedÆug O’Connora (13), kokontrakcja zginaczy i prostowników poniºej 22º zgiæcia obciåºa ACL, za¥ powyºej 22º stopniowo zwiæksza obciåºenie PCL. W kåcie zgiæcia bliskim pozycji wyprostu, napiæcie miæ¥ni Æydki i miæ¥nia czworogÆowego wywoÆuje przed-niå siÆæ ¥cinajåcå obciåºajåcå ACL (odciå-ºajåcå PCL) (6, 13), której nie jest w stanie zmniejszyì napiæcie tylnej grupy miæ¥ni uda (zwiæksza ono jedynie nacisk w stawie
piszczelowo-udowym). Przy duºych kåtach zgiæcia, (powyºej 110º) napiæcie miæ¥nia czworogÆowego nie jest w stanie zmniej-szyì siÆy obciåºajåcej PCL wytwarzanej przez tylnå grupæ miæ¥ni uda. WedÆug Bey-nonna (3, 2) izometryczna kokontrakcja tylnej grupy miæ¥ni uda i miæ¥nia czworo-gÆowego (bez obciåºenia zewnætrznego), powoduje stopniowe zmniejszanie obciåºe-nia ACL od 20º do 50º i znosi je powyºej 50º zgiæcia zarówno w otwartych, jak i zamkniætych Æañcuchach kinetycznych (ryc. 5).
Izometryczne napiæcie miæ¥nia czworo-gÆowego w otwartym Æañcuchu kinetycz-nym powoduje stopniowe zwiækszanie ob-ciåºenia ACL, od okoÆo 40º zgiæcia do wy-prostu, powyºej 50º– 60º zgiæcia ACL nie jest obciåºane (ryc. 6). Zwiækszenie obciå-ºenia zewnætrznego powoduje zwiækszenie i wcze¥niejsze obciåºenie wiæzadÆa. Izo-metryczne napiæcie tylnej grupy miæ¥ni uda znosi obciåºenie ACL powyºej 20º i zwiæk-sza obciåºenie PCL (2, 3, 4, 7, 16).
Podczas aktywnego prostowania kolana w otwartym Æañcuchu kinetycznym od-ksztaÆcenie ACL zwiæksza siæ wraz ze zmniejszaniem kåta zgiæcia (od okoÆo 50º) Ryc. 5. OdksztaÆcenie ACL podczas izometrycznej kokontrakcji miæ¥nia czworogÆowego i tylnej grupy miæ¥ni uda, w róºnych kåtach zgiæcia stawu kolano-wego. Wg Beynnon D.B., Fleming B.C., Johnson R.J., Nichols C.E., Renström P.A., Pope M.H.: An-terior Cruciate Ligament strain behavior during re-habilitation exercises in vivo. Am J Sports Med; 1995, 23 (1):24 – 34
Ryc. 4. Hamowanie rotacji wewnætrznej piszczeli przez ACL, w koñcowej fazie wyprostu. Wg Ka-pandji I. A.: The physiology of the joints. Churchill Livingstone, Edinburgh London Melbourne and New York 1987:2:114 – 129
i jest tym wiæksze, im wiækszy jest moment zewnætrzny (ryc. 7) (2, 3, 4, 6, 11, 14, 16, 21, 23), zwiækszenie momentu wyprostnego powoduje równieº wcze¥niejsze obciåºenie wiæzadÆa (przy wiækszym kåcie zgiæcia), tak jak przy napiæciu izometrycznym miæ¥nia czworogÆowego w otwartym Æañcuchu kine-tycznym (2, 3, 4,). Potwierdzajå to wyniki
badañ przednio-tylnego przesuniæcia ko¥ci piszczelowej, wielko¥ci siÆ ¥cinajåcych i od-ksztaÆcenia wiæzadeÆ „in vivo”. (ryc. 8; 9)
Ryc. 6. OdksztaÆcenie ACL podczas izometrycznego napiæcia miæ¥nia czworogÆowego pod róºnym obciå-ºeniem. Wg Beynnon D.B., Fleming B.C., Johnson R.J., Nichols C.E., Renström P.A., Pope M. H.: An-terior Cruciate Ligament strain behavior during re-habilitation exercises in vivo. Am J Sports Med; 1995, 23 (1):24 – 34
Ryc. 7. OdksztaÆcenie ACL podczas ruchu aktywne-go wyprostu w otwartym Æañcuchu kinetycznym. Wg Beynnon D.B., Fleming B.C., Johnson R.J., Ni-chols C.E., Renström P.A., Pope M.H.: Anterior Cruciate Ligament strain behavior during rehabili-tation exercises in vivo. Am J Sports Med; 1995, 23 (1):24 – 34
Ryc. 8. Przednio-tylne przesuniæcie piszczeli w za-leºno¥ci od kåta zgiæcia stawu kolanowego i wielko-¥ci oporu zewnætrznego podczas wyprostu w otwar-tym Æañcuchu kinetycznym. Wg Solomonow M., Krogsgaard M.: Sensorimotor control of knee stabili-ty. A review. Scand J Med Sci Sports; 2001, 11:64-80
Ryc. 9. Przednio-tylne przesuniæcie piszczeli podczas jednoczesnego obciåºenia miæ¥nia czworogÆowego i tylnej grupy miæ¥ni uda (w tym przypadku przednie przesuniæcie piszczeli zmniejsza siæ o 33% w zgiæciu 15º, o 75% w zgiæciu 30º i jest caÆkowicie zniesione w 45º zgiæcia stawu). Wg Solomonow M., Krogsga-ard M.: Sensorimotor control of knee stability. A re-view. Scand J Med Sci Sports; 2001, 11:64 — 80
Praca ekscentryczna miæ¥ni bardziej obciåºa wiæzadÆa niº praca koncentryczna (2, 3, 4, 14, 16); np. praca ekscentryczna miæ¥nia czworogÆowego hamuje napiæcie antagonistów, oraz powoduje wiækszå rota-cjæ wewnætrznå goleni (3, 4, 16) zwiæksza-jåc tym samym obciåºenie ACL.
Moºemy zmniejszyì siÆy przenoszone przez wiæzadÆo w trakcie ìwiczeñ przez kokontrakcjæ tylnej grupy miæ¥ni uda, u-trzymanie prawidÆowego toru (rotacje) i zwiækszenie prædko¥ci kåtowej ruchu (do 120º-160º/sec) (13, 21, 22).
Powyºej 60º-70º zgiæcia, podczas ruchu aktywnego wyprostu w otwartym Æañcuchu kinetycznym, dziaÆa tylna siÆa ¥cinajåca, zwiækszajåca obciåºenie PCL tym wiæksza, im wiækszy jest kåt zgiæcia stawu (7, 15, 20). Przy zginaniu kolana w otwartym Æañ-cuchu kinetycznym obciåºenie PCL zwiæk-sza siæ gwaÆtownie od okoÆo 30º i osiåga maksimum powyºej 90º zgiæcia (7, 15, 20). Kokontrakcja miæ¥nia czworogÆowego mo-ºe je zmniejszyì tylko w poczåtkowej fazie ruchu.
Z przeprowadzonych przez Beynnona badañ obciåºenia ACL in vivo (2, 4) wyni-ka ºe odksztaÆcenie ACL podczas przysia-du (ruch w zamkniætym Æañcuchu kine-tycznym) zwiæksza siæ stopniowo od 50º
zgiæcia do wyprostu (maks. 3,6% w okoli-cach wyprostu) i jest wiæksze przy ekscen-trycznej pracy miæ¥nia czworogÆowego (ryc. 10). Zwiækszenie momentu zewnætrznego nie powoduje znaczåcego zwiækszenia od-ksztaÆcenia ACL, tak jak ma to miejsce przy ruchu w otwartym Æañcuchu kinetycz-nym. WedÆug Beynnona, w 30º-40º zgiæcia wielko¥ì odksztaÆcenia ACL podczas przy-siadu jest wiæksza niº przy czynnym ruchu wyprostu w otwartym Æañcuchu kinetycz-nym (4), co nie jest zgodne z wynikami wcze¥niejszych badañ wielko¥ci siÆ ¥cinajå-cych i przednio-tylnego przesuniæcia pi-szczeli, przeprowadzonych miædzy innymi przez Wilka i Stuarta (17, 23).
Dowodzå one, ºe podczas przysiadu (i niektórych ìwiczeñ w zamkniætych Æañ-cuchach kinetycznych) w caÆym zakresie ruchu dziaÆa tylko tylna siÆa ¥cinajåca ob-ciåºajåca PCL, która w poczåtkowej fazie
Ryc. 10. OdksztaÆcenie ACL podczas przysiadu. Wg Beynnon D.B., Johnson R.J., Fleming B.C., Stanke-wich C.J., Renström P.A., Nichols C.E.: The strain behavior of the Anterior Cruciate Ligament during squatting and active flexion-extension. Am J Sports
ruchu jest najmniejsza, za¥ najwiæksza w okolicach 90º zgiæcia. Róºnica ta moºe byì spowodowana zastosowaniem, z jednej strony bezpo¥redniego pomiaru odksztaÆce-nia ACL (2,4), z drugiej strony metody po-¥redniej, czyli pomiaru siÆ ¥cinajåcych i przednio tylnego przesuniæcia piszczeli wpÆywajåcych na odksztaÆcenie wiæzadeÆ (17, 28). Równieº pozycja pacjentów pod-czas badania mogÆa mieì wpÆyw na wyniki. Beynnon przeprowadzaÆ pomiary w pozycji zbliºonej do prezentowanej na ryc. 11 (2, 4) i zwróciÆ uwagæ na dominujåcå pracæ miæ¥nia czworogÆowego i sÆabe napiæcie tyl-nej grupy miæ¥ni uda (4). Autorzy så jed-nak zgodni co do tego, ºe pozycja tuÆowia wzglædem kolana i stopy ma wpÆyw na sto-pieñ napiæcia miæ¥ni stabilizujåcych staw, oraz wielko¥ì siÆ dziaÆajåcych na wiæzadÆa. Pochylenie miednicy i tuÆowia w przód podczas przysiadu wywoÆuje spontanicznå kokontrakcjæ tylnej grupy miæ¥ni uda, prze-suwa poÆoºenie ¥rodka ciæºko¥ci i zmniej-sza obciåºenie ACL a zwiækzmniej-sza obciåºenie PCL (15, 17, 22) (ryc. 11, 12). Pochylenie miednicy i tuÆowia w tyÆ wywoÆuje odwrot-ny efekt.
Ryc. 12. Opis w tek¥cie
Tab. 2. OdksztaÆcenie ACL podczas róºnej aktywno¥ci
ODKSZTA£CENIE (STRAIN) Izometryczne napiæcie miæ¥nia czworogÆowego @ 15 & 730 (30 Nm.) 4,4%
Czynny wyprost z obciåºeniem 45 N 3,8%
Przysiady 3,6%
Izometryczne napiæcie miæ¥ni Æydki @ 15º 3,5%
Czynny wyprost bez obciåºenia 2,8%
Izometryczne napiæcie miæ¥nia czworogÆowego @ 30º (30 Nm.) 2,7%
Wchodzenie po schodach 2,7%
Rower stacjonarny 1,7%
Izometryczne napiæcie miæ¥nia czworogÆowego 60º — 90º (30 Nm.) 0,0% Izometryczne napiæcie tylnej grupy miæ¥ni uda @ 30º, 60º, 90º (10 Nm.) 0,0%
W trakcie wykonywania przysiadu i in-nych ìwiczeñ w zamkniætych Æañcuchach kinetycznych moºemy zmniejszyì obciåºe-nie ACL powyºej 22º zgiæcia poprzez ko-kontrakcjæ tylnej grypy miæsni uda, utrzy-manie prawidÆowej pozycji i zmniejszenie prædko¥ci ruchu.
Wnioski koñcowe
— WiæzadÆa krzyºowe zapewniajå
bier-nå stabilizacjæ stawu kolanowego w kilku pÆaszczyznach.
— W trakcie ruchu biernego wspoma-gajå zamianæ toczenia na ruch ¥lizgowy a podczas czynnego ruchu zgiæcia, wypro-stu i rotacji kontrolujå (hamujå) translacje wywoÆane pracå miæ¥ni lub siÆami ze-wnætrznymi, redukujåc siÆy ¥cinajåce.
— Wielko¥ì obciåºeñ przenoszonych przez wiæzadÆa zaleºy od aktualnej pozycji stawu kolanowego, dziaÆajåcego momentu zewnætrznego i siÆ nacisku w stawie udo-wo-piszczelowym.
— Zwiækszenie momentu zewnætrznego zwiæksza obciåºenie wiæzadeÆ, szczególnie podczas ruchu w otwartym Æañcuchu kine-tycznym.
— WiæzadÆa przenoszå najwiæksze ob-ciåºenia w pozycjach bliskich zaryglowania stawu.
— Dobierajåc odpowiedni zakres ruchu, prædko¥ì i pozycjæ w czasie ìwiczeñ, oraz stosujåc równoczesne napiæcie miæ¥ni an-tagonistycznych (kokontrakcjæ) moºna zmniejszyì obciåºenia wiæzadeÆ.
Pi¥miennictwo
1. Allen A.A., Harner C.D., Fu F.H.: Anatomy and biomechanics of Posterior Cruciate Ligament. Sport med Arth Rev; 1994, 2:81 – 87
2. Beynnon B.D.: The Biomechanics of the ACL During Rehabilitation Exercises In-Vivo. Second Heidelberg ACL — Symposium Germany; March 25, 1999
3. Beynnon D.B., Fleming B.C., Johnson R.J., Ni-chols C.E., Renström P.A., Pope M.H.: Anterior Cruciate Ligament strain behavior during rehabili-tation exercises in vivo. Am J Sports Med; 1995, 23 (1):24 – 34
4. Beynnon D.B., Johnson R.J., Fleming B.C., Stan-kewich C.J., Renström P.A., Nichols C.E.: The strain behavior of the Anterior Cruciate Ligament during squatting and active flexion-extension. Am J Sports Med; 1997, 25(6):823 – 829
5. Bosch U., Kasperczyk W.J., Ostern H.J., Tscher-ne H.: Biology of Posterior Cruciate Ligament hea-ling. Sport med Arth Rev; 1994, 2:88 – 99
6. Dürselen L., Claes L., Kiefer H.: The influence of muscle forces and external loads on cruciate liga-ment strain. Am J Sport Med; 1995, 23(1):129 – 136 7. Harner C.D., Vogrin T.M., Woo S. L-Y.: Anato-mical and biomechanical consideration of the PCL. J Sport Reh; 1999, 8(4):260 – 279
8. Harner C.D., Xerogeanes J.W., Livesay G.A., Carlin G.J., Smith B.A., Kusayama T., Kashiwagu-chi S., Woo S. L-Y.: The human posterior cruciate ligament complex: an interdisciplinary study. Am J Sport Med; 1995, 23 (6):736 - 745
9. Hirokawa S., Yamamoto K., Kawada T.: Circum-ferential measurement and analysis of strain distri-bution in the human ACL using a photoelastic coa-ting method. J Biom; 2001, 34:1135 – 1143
10. Jagodziñski M.: Biomechanical MRI Analysis of Knee Hyperextension and the impingement of the Anterior Cruciate Ligament. Second Heidelberg ACL — Symposium Germany; March 25, 1999 11. Johnson R.J.: The science of rehabilitation follo-wing ACL reconstruction. The Panther Sports Me-dicine Symposium. The knee: A new Millennium from robotics to gene therapy; May 4 — 6, 2000 Pitt-sburgh, Pennsylwania
12. Kapandji I.A.: The physiology of the joints. Churchill Livingstone, Edinburgh London Melbo-urne and New York 1987, 2:114 – 129
13. O’Connor J. J.: Can muscle co-contraction pro-tect knee ligaments after injury or repair? J Bone Jo-int Surg; 1993, 75-B (1):41 — 47
14. Parker M.G.: Biomechanical and histological concepts in the rehabilitation of patients with Ante-rior Cruciate Ligament reconstructions. JOSPT; 1994:20 (1)
15. Schultz E. A., Irrgang J. J.: Rehabilitation follo-wing Posterior Cruciate Ligament injury or recon-struction. Sport Med Arth Rev; 1994, 2 (2):165 – 173 16. Solomonow M., Krogsgaard M.: Sensorimotor control of knee stability. A review. Scand J Med Sci Sports; 2001, 11:64 — 80
17. Stuart M. J., Meglan D.A., Lutz G. E., Growney E.S., An K.: Comparison of intersegmental tibiofe-moral joint forces and muscle activity during various closed kinetic chain exercises. Am J Sports Med; 1996:24 (6):792 – 799
18. Veltri D.M.,,Deng X., Torzilli P. A., Warren R.F., Maynard M.J.: The role of the cruciate and posterolateral ligaments in stability of the knee. Am J Sport Med; 1995, 23 (4):436 — 443
19. Vergis A., Gillquist J.: Sagittal plane translation of the knee during stair walking. Comparison of healthy and Anterior Cruciate Ligament-deficient subjects. Am J Sports Med; 1998, 26 (6):841 – 846 20. Wilk K.E., Andrews J.R., Clancy W.G., Crockett H.C., O’Mara J.W.: Rehabilitation programs for the PCL-injured and reconstructed knee. J Sport Reh; 1999, 8 (4):333 – 362
21. Wilk K.E., Andrews J.R.: Current concepts in the treatment of anterior cruciate ligament disrup-tion. JOSPT; 1992, 15 (6):279 – 290
22. Wilk K.E., Zheng N., Flesing G.S., Andrews J.R., Clancy W.G.: Kinetic chain exercise: implica-tions for the Anterior Cruciate Ligament patient. J Sport Reh; 1997, 6:125 143
23. Wilk K.E., Escamilla R.F., Fleising G.S., Bar-rentine S.W., Andrews J.R., Boyd M.L.: A
compari-son of tibiofemoral joint forces and electromyograp-hic activity during open and closed kinetic chain e-xercises. Am J Sport Med; 1996, 24 (4):518 – 527 24. Woo S. L-Y., Debski R.E., Withrow J.D., Jana-ushek M.A.: Biomechanics of knee Ligaments. Am J Sport Med; 1999, 27 (4):533 – 543
25. Woo S. L-Y.: Basic science and properities of tissue as a function of aging. 2001 ISAKOS con-gress, May 14 - 18, 2001 Montreux, Switzerland 26. Woo S. L-Y.: New Biomechanical Data of the ACL Using Robot-Technology. Second Heidelberg ACL — Symposium Germany; March 25, 1999 27. Yack H.J., Riley L.M., Whieldon T.R.: Anterior tibial translation during progressive loading of the ACL-deficient knee during weight-bearing and non weight-bearing isometric exercise. JOSPT; 1994, 20(5):247 – 252
28. Yasuda K.: Biomechanics of knee ligament. The Panther Sports Medicine Symposium The knee: A new Millennium from robotics to gene therapy; May 4 – 6, 2000 Pittsburgh, Pennsylwania
Adres do korespondencji / Address for correspon-dence: Artur Pasierbiñski, Carolina Medical Center, ul Broniewskiego 89, 01 – 876 Warszawa
