Biomecanica Membrului Inferior

Introducere

Biomecanica umană are drept subiect de studiu omul, privit din perspectiva mișcării acestuia, prin prisma anatomiei, biomecanicii, terapiei prin mișcare (kinetoterapie), fiziologiei, cunoștințele fiind focalizate pe omul care dorește fie recuperarea unor abilități sau funcții motorii, fie dobândirea unor performanțe motorii. De aceea, biomecanica are aplicații atât în domeniul medical și al recuperării fizice, cât și în domeniul sportiv, pentru testarea și îmbunătățirea calităților motorice.(Ciuches- pag 11)

Biomecanica este o stiinta interdisciplinara, care foloseste cunostinte, notiuni, principii, metode din domenii precum: medicina (anatomie, fiziologie, recuperare medicala, explorari functionale, etc.), inginerie (mecanica, electronica aplicata etc.), stiinte exacte (matematica, fizica, chimie) si stiinte umaniste (educatie fizica, biologie), pe baza carora si-a dezvoltat propriile investigatii stiintifice. (http://www.mec.tuiasi.ro/diverse/Biomecanica_gen.pdf )

Corpul uman este considerat un sistem biologic deschis alcătuit dintr-o serie de subsisteme reprezentate de formațiuni anatomice, aparate, organe, țesuturi, celule etc. Formațiunile anatomice sunt reprezentate prin: cap, gât, trunchi și membre compuse din membrele superioare și membrele inferioare.

Mișcările corpului uman cât și cele ale componentelor acestuia sunt realizate de către un aparat anatomic al corpului, specializat în acest sens, numit aparatul locomotor. Acesta este format din oase, articulații, mușchi și ligamente. Aparatul locomotor poate fi divizat la nivelele componentelor corpului, deci și la nivelul membrului inferior. (Mitu Leonard- pag.67)

Miscari ale membrului inferior

Din punct de vedere al mecanicii solidului, corpul uman este considerat un corp tridimensional amplasat în spațiu. Pentru definirea poziției, a mișcărilor cât și a direcțiilor spațiale ale acestuia, se folosesc axe si plane principale de referință și termeni specifici de direcție și poziție, având drept punct de plecare poziția anatomică normală a corpului uman, respectiv poziția ortostatică.

Fig 2.1 Mișcări și unghiuri de mișcare la membrul inferior în timpul mersului.(Ciuches- pag 11)

În acest fel, prin corpul uman se trasează trei axe (sagitală, transversală, verticală) și trei planuri imaginare (frontal, sagital, transversal) spațiale care se întretaie în unghi drept, fiecare plan fiind dus prin câte două din aceste axe.

a) b) c)

Fig. 1.2. Planele de referinta (a. sagital; b. frontal; c. transversal)

( http://www.mec.tuiasi.ro/diverse/Biomecanica_gen.pdf )

Din punct de vedere biomecanic, membrele și segmentele corpului uman pot efectua diverse mișcări în condițiile în care planul mișcării este întotdeauna perpendicular pe axul mișcării, care poate fi un ax biomecanic sau un ax articular. În jurul aceluiași ax și în același plan se pot efectua întotdeauna două mișcări de sens opus, care au următoarele reprezentări: flexia și extensia; abducția și adducția; mișcări de rotație internă sau externă. Mișcările de rotație particulare care au loc la nivelul antebrațului și al piciorului sunt denumite pronație și suspinație; circumducția. Mișcările efectuate în cadrul articulației de către un segment al corpului sunt caracterizate prin rangul (amplitudinea) mișcării care exprimă valoarea maximă a deplasării. (figura 2.1).

Oasele membrului inferior

Bazinul osos sau pelvisul reprezintă o formațiune osoasă complexă, situată în josul abdomenului, care face legătura dintre coloana vertebrală (susține coloana vertebrală) și membrele inferioare în plan vertical, fiind poziționat între coloana vertebrală și membrele pelviene. Pelvisul osos este format din bazinul mare (abdominal) și din bazinul mic (canalul pelvin).

Bazinul are configurația generală sub forma unui trunchi de con, având baza mare poziționată în sus și baza mică în jos. Este format din trei formațiuni osoase: 1. două oase laterale și simetrice numite oase coxale sau oase iliace (osul iliac stâng și osul iliac drept); 2. sacrul; 3. coccisul.

Fig. 2.2. Anatomia bazinului. (http://www.corpul-uman.com/2011/03/oasele-bazinului-oase-corpul-uman.html )

Oasele coaxale sunt articulate în partea inferioară prin articulația numită simfiza pubiană și în partea posterioară prin articulația sacro-cocci (figura 2.2). Osul sacru este un os median și posterior de formă aproximativ triunghiulară, cu baza orientată superior.

Sacrul prezintă:

– patru fețe: o față anterioară (concavă și orientată înainte și în jos spre pelvis), o față posterioară (convexă și orientată înapoi și în sus) și două fețe laterale;

– o bază ce se articulează cu ultima vertebră lombară;

– un vârf ce prezintă o fețișoară eliptică ce se articulează cu baza coccisului.

Coccisul este un mic os triunghiular care prezintă două fețe, două margini, o bază și un vârf.

Oasele coapsei

În ordinea descrierii componentelor membrului inferior, pornind de la bazin spre picior, coapsa constituie prima pârghie importantă ale membrului inferior. Scheletul acesteia este constituit dintr-un singur os unic, femurul. (figura 2.3). Este un os lung, pereche și nesimetric, îndreptat oblic de sus în jos și laterp-medial.

Femurul este cel mai voluminos os al corpului, cel mai lung (de la 40 de cm până la 50 de cm), cel mai greu și rezinstent, caracteristici anatomice care indică valorile ridicate ale solicitărilor statice și dinamicce care acționează asupra lui. Pe schelet, femurul se articulează în partea superioară cu osul coaxal (la nivelul șoldului), iar în partea inferioară, la genunchi, cu tibia și patela. Din punct de vedere anatomic, femurul prezintă un corp (diafiză) și două extremități: superioară și inferioară.

Corpul femural sau diafiza este un cilindru cu formă prismatic-triunghiular, gol la interior (cavitatea medulară), cu un perete rezistent format din țesut osos, având grosimea cuprinsă între 4-6 mm până la 9-10 mm. Prezintă trei fețe:

1. Fața anterioară – cuprinsă între marginea medială și cea laterală, este convexă și netedă;

2. Fața laterală – cuprinsă între marginea laterală și cea posterioară, este netedă spre extrmități și se strâmtează, ca și fața medială, spre extremitatea inferioară;

3. Fața medială – cuprinsă între marginea medială și cea posterioară, este netedă și nu are nicio particularitate. [10]

Fig. 2.3. Femurul, în vedere anterioară și posterioară.

Oasele gambei

Formațiunea anatomică ,,gamba’’ constituie segmentul ce leagă coapsa de picior. Este, după coapsă, a doua pârghie însemnată a membrului inferior. Are scheletul alcătuit din două oase tubulare lungi, tibia și fibula, (peroneul) care sunt unite în lungul corpurilor de o membrană interosoasă tibioperonieră [Bac.81] (Fig. 4.11).

Tibia este un os voluminos, lung și pereche, cu direcție verticală, situat la partea antero-internă a gambei. Prin intermediul tibiei se transmit, în poziție ortostatică, tensiunile de presiune de la femur la picior. Tibia prezintă un corp și două extremități (epifize): superioară și inferioară.

Fibula sau peroneul este un os lung și pereche, mai subțire decât tibia, situat postero-extern față de tibia. Este format dintr-un corp și două extremități (epifize): superioară și inferioară.

Corpul peroneului este prismatic triunghiular și prezintă trei fete (interna, externa si posterioara) și trei margini (anterioară, internă și externă).

Extremitatea superioară este reprezentată prin capul peroneului care se prelungește cu vârful fibulei.

Extremitatea inferioară prezintă maleola laterală care este o proeminenta turtita din afara înăuntru. Maleola laterală se poate palpa.

Tibia și peroneul se articulează între ele, la cele două extremități ale lor, superioare și respectiv inferioare prin intermediul a două articulații de tip artrodie [Bac.81]: o articulație tibioperonieră superioară și respectiv o articulație tibioperonieră inferioară. Fibula are un rol însemnat în întărirea stabilității gambei. (Mitu Leonard- pag 80)

Fig. 4.11. Tibia și fibula (peroneul) în vedere: anterioară (a); posterioară (b), după [*Atl.08], [*App.13].

Oasele piciorului

Piciorul constituie după coapsă și gambă a treia pârghie principală a membrului inferior. Face legătura anatomică dintre corp și sol, deci asigură contactul cu solul, și participă la un ansamblu complex de acțiuni biomecanice ale corpului corespunzătoare bipedei. Are o structură anatomică complexă și bine adaptată funcțional, îndeplinind în acest scop două principale funcții: de susținere a corpului; realizarea de către corp a mișcării de locomoție.

Oasele piciorului sunt alcătuite din 26 de oase, ce pot fi cuprinse în trei principale grupe: tarsul, metatarsul și falangele –oasele degetelor.

Tarsul este situat în partea poosterioară a piciorului și este compus din următoarele oase (figura 2.6): talusul sau astragalul; osul navicular (situat pe partea medială a piciorului); oasele cuneiforme (sunt trei oase de formă prismatic triunghiulară); calcaneul (este cel mai voluminos os al tarsului având o formă prismatică, fiind alungit antero-posterior și ușor turtit); osul cuboid (este un os scurt, cu o formă neregulată cuboidală, așezat pe partea laterală a piciorului).

Fig. 2.6. Oasele piciorului drept

Tarsul este situat în partea poosterioară a piciorului și este compus din următoarele oase (figura 2.6): talusul sau astragalul; osul navicular (situat pe partea medială a piciorului); oasele cuneiforme (sunt trei oase de formă prismatic triunghiulară); calcaneul (este cel mai voluminos os al tarsului având o formă prismatică, fiind alungit antero-posterior și ușor turtit); osul cuboid (este un os scurt, cu o formă neregulată cuboidală, așezat pe partea laterală a piciorului).

Fig. 2.7. Scheletul osos al sistemului anatomic gleznă-picior.

Metatarsul corespunde labei piciorului și cuprinde cinci oase metatarsiene (figura 2.6) care sunt oase lungi și perechi. Fiecare deget este format din trei falange, în afară de degetul mare (degetul haluce) care are doar două. În funcție de poziția lor, falangele sunt grupate în trei categorii: falange proximale, falange mediane sau mijlocii și falange distale.

2.4. ARTICULAȚIILE MEMBRULUI INFERIOR

2.4.1 Articulațiile bazinului

Oasele bazinului osos, reprezentate prin cele două oase coxale, sacrul și coccisul sunt solidarizate prin următoarele articulații (figura 2.8): articulațiile sacroiliace, dreapta și stânga, situate în partea posterioară și mediană a bazinului; articulația osului sacral cu coloana vertebrală, fără importanță funcțională; articulația simfiza pubiană. Oasele coxale sunt fixate de coloana vertebrală prin ligamente iliolombare și pe părțile laterale ale sacrului și coccisului cu ajutorul ligamentelor sacroischiale, reprezentate prin ligamentele sacrotuberal și sacrospinos.

Fig. 2.8. Articulațiile bazinului.

Mișcările de nutație, respectiv de contranutație sunt definite la nivelul articulațiilor sacro-iliace în care se produc două mișcări de basculare al osului sacru în jurul unei axe transversale, ce trece prin ligamentele sacroiliace dorsale sau prin cel interosos al articulației.

Suprafețele articulare sunt reprezentate de fețele auriculare ale osului sacru (ușor concave) și ale oaselor iliace (ușor convexe) și dintr-o capsulă articulară care se prezintă sub forma unui manșon ce se inseră la periferia celor două suprafețe articulare și din ligamente deosebit de puternice (figura 2.9): ligamentele sacro-iliace ventrale (ligg. sacroiliaca ventralia), ligamentele sacro-iliace dorsale (ligg. sacroiliaca dorsalia), ligamentul sacro-iliac interosos (ligg. sacroiliaca interossea) și ligamentul ilio-lombar (ligg. iliolumbale).

Articulațiile sacro-iliace sunt articulații semimobile ce asigură ca sacrul să nu se prăbușească în bazinul mic în momentul aplicării forțelor de greutate, prin următorul mecanism: forța de greutate G a corpului se transmite de la coloana vertebrală direct sacrului după care se ramifică spre cele duă articulații sacroiliace, oaselor coxale, articulațiilor coxofemurale și celor două extremități superioare ale femurelor fiind prin aceasta echilibrată de forțele de reacțiune R ale solului, care se transmit prin cele două femure către coloana vertebrală.

Simfiza pubiană reprezintă articulația care îmbină pe linia mediană suprafețele articulare interne ale lamelor cvadrilaterale ale pubisului.

Fig. 2.9. Articulațiile centurii pelviene.

Deși articulația are o mobilitate foarte redusă, permite însă mici alunecări, numai în poziția unibipedă, mișcări anulate imediat prin acțiunea ligamentelor cât și mișcări discrete de alunecare pe verticală în timpul mersului.

În timpul sarcinii și a nașterii, simfiza pubiană prezintă o anumită elasticitate în sensul că, prin relaxare permite creșterea diametrelor pelviene.

Bazinul îndeplinește funcții anatomo-biomecanice cum ar fi:

– funcția de susținere a segmentelor superioare ale corpului și de transmitere a greutății acestuia spre membrele inferioare și preluare contrapresiunilor venite de la sol, în statica și locomoția bipedă. Datorită acestei funcții, mișcările bazinului sunt foarte reduse, motiv pentru care bazinul este considerat un întreg rigid, sub aspect static;

– funcția de protecție pentru organele pelviene;

Articulațiile șoldului (articulația coxofemurală)

Articulația șoldului include: articulația coxofemurală, mușchii motori și stabilizatori și un sistem complex vascular-nervos. Articulația coxofemurală unește trunchiul cu membrul inferior, pe care îl orientează în toate direcțiile spațiului. Are o importanță deosebită în statica și locomoția corpului uman.

Este o articulație sferiodală tipică, o enartroză, cu trei grade de libertate, ce are o deosebită importanță în statică și locomoție, oferind totodată maximum de stabiliate și de mobilitate.

Este situată pe fața externă a osului iliac, orientată în afară, înainte și în jos, având un diametru de aproximativ de 60 mm. Articulația șoldului poate fi capabilă de mișcările următoare:

– Flexie (înclinare înainte, cu genunchiul în sus);

– Extensie (întinderea membrului inferior în spatele corpului);

– Abducție (mișcarea membrului inferior către exterior, în lateral);

– Adducție (mișcarea membrului inferior către linia de mijloc a corpului);

– Rotație, care este mai largă atunci când membru inferior este flectat.

Fig. 2.10. Articulațiile șoldului.

Articulatiile gambei

Cele doua oase ale gambei, tibia si peroneul (Fig.4.11) se articulează între ele la nivelele epifizelor superioare și respectiv a celor inferioare formând două articulații: articulația tibio-fibulară superioară și respectiv articulația tibio-fibulară inferioară.

Fig. 4.21. Ligamentele articulației tibiofibulară, după [Pap.74]. Fig. 4.22. Scheletul osos al articulației genunchiului: a- vedere anterioară; b- vedere posterioară, după [Dru. 11].

Totodată tibia și peroneul sunt unite în tot lungul corpului lor de o membrană interioară osoasă numită membrana interosoasă tibio-fibulara în urma acestei uniri se formează un spațiu oblung oval numit spațiul interosos [Bac.11].

Articulația tibio-fibulara superioare este o artrodie caracterizată prin [Pap.74], [Bac.77]: 1 – suprafețele articulare reprezentate de fața posterioară a tuberozității externe a epifizei superioare a tibiei și de fața internă a capului peroneului, aceste suprafețe sunt plate și acoperite de un cartilaj hialin; 2 – o capsulă fibroasă întărită de doua ligamente care are rolul de a menține în contact cele două suprafețe articulare, cele două ligamente sunt (Fig. 4.21) ligamentul anterior al capului fibulei și ligamentul posterior al capului fibulei; o sinoviala care căptușește fața interioară a manșonului.

Articulația tibio-peroniera inferioara este si o artrodie. Este caracterizată prin: 1- suprafețele articulare reprezentate de fata externă a epifizei inferioară a tibiei si de fața internă a epifizei inferioară a fibulei. Suprafețele sunt plate și acoperite de un cartilaj hialis; 2- o capsulă fibroasă întărită de trei ligamente (anterior, posterior, și intra articular) ce are rolul de a menține în contact cele două suprafețe articulare.

Articulatia genunchiului

Genunchiul constituie segmentul mobil al scheletului membrului inferior (Fig. 4.3) care leagă coapsa de gambă [Bac.77], [Pil.03]. Scheletul genunchiului este alcătuit din (Fig. 4.22) epifiza inferioară a femurului (cap. 4.3.2), epifizele superioare ale tibiei și peroneului (cap. 4.3.3) și din rotulă sau patela, care este un os scurt, situat la față anterioară a genunchiului.

Articulația genunchiului prezintă o serie de particularități precum: 1 – este cea mai mare articulația a corpului și totodată asigură modificarea distanței dintre corp și picior sau cu solul [Lav.07]; 2 – este fragilă și instabilă prin conformația anatomică (mai puțin acoperită și protejată de părți moi) fiind astfel expună frecvent la acțiunile unor factori externi nocivi; 3 – este o articulație cu un singur grad de libertate: flexie-extensie. Suplimentar are si al doilea grad de libertate: rotație axiala; 4 – stabilitatea în repus și în mers, este asigurată printr-un aparat ligamentar și musculos complex; 5 – este intens solicitată în statică și locomoție, peste un milion de cicluri de extensie și flexie pe durata unui an [Dru.11]. În principiu, genunchiul lucrează la compresiune; 5 – este o articulație cu suprafețe discordante – de ex. razele de curbură ale condililor femurali, care au centrele dispuse după o spirală (Fig. 4.10), nu sunt egale cu razele de curbură ale glenelor tibiale ceea ce duce la discordanță între suprafețele.

articulare [Ant.86]; 6- sub aspect funcțional prezintă patru tipuri de structuri și anume : portante (sunt reprezentate de epifiza inferioară a femurului, epifiza superioară a tibiei și de rotulă); de fixare (mențin în contact extremitățile osoase și totodată permit mișcări între suprafețele articulare); de alunecare (îmbunătățește mișcarea suprafețelor articulare aflate în contact și are și rolul de amortizor a mișcărilor efectuate sub încărcare statică și dinamică); și de mișcări ale genunchiului (sunt reprezentate de grupele musculare extensoare, flexoare sau rotatorii).

Articulația genunchiului este formată din două articulații [Lav.07], [Dja.07],[Bac.81]: 1 – articulația femuro-tibială, o trohleartroză imperfectă, care este alcătuită din contactul stabilit între epifiza inferioară a femurului și epifiza superioară a tibiei. Contactul în articulație are o congruență relativ scăzută, fiind îmbunătățit puțin prin prezența a doua meniscuri; 2 – articulația femuro- patelară sau femuro- rotuliană.

Suprafețele articulare ale articulației genunchiului sunt constituite din: epifiza inferioară a femurului, reprezentată prin suprafețele articulare ale celor doi condili femurali și trohleea femurală; epifiza superioară a tibiei prin fețele superioare ale condililor tibiali; meniscurile interarticulare (un menisc extern, de forma literei O și un menisc intern de forma literei C). Meniscurile interarticulare se găsesc la periferia fiecărei fose articulare tibiale fiind formate din două fibrocartilaje; fața posterioară a rotulei.

În articulația genunchiului, mijloacele de unire sunt reprezentate de o capsulă articulară, care este foarte rezistentă, cât și de o serie complexă de ligamente situate la interiorul, exteriorul, în față și respectiv în spatele (posteriorul) genunchiului [*Les.13]: ligamentul patelei, ligamente posterioare, ligamente colaterale peroneal și respectiv tibial, liagamente încrucișate cât și formațiuni aponevrotice de întărire a capsulei. Capsula articulară prezintă sub forma unui manșon care este inserat pe femur, tibie, pe fețele periferice ale meniscurilor și pe rotulă [*Les.13]. Genunchiul este descris ca fiind o articulație cu un singur grad de libertate respectiv o singură libertate de mișcare principală constituită din două mișcări: flexia și extensia gambei pe coapsă. Pe lângă aceste mișcări genunchiul poate descrie în secundar, și alte mișcări: mișcarea de rotație internă-externă și mișcarea de alunecare înainte-înapoi (Fig.3.23).

Flexia–extensia este mișcarea principală și se efectuează în jurul unui ax care nu este fix datorită formei volute a condililor femurali (Fig. 4.10). Biomecanic este descrisă astfel: când membrul inferior lucrează în lanț cinematic deschis articulația genunchiului joacă rol de pârghie de gradul III, iar când membrul inferior lucrează în lanț cinematic închis articulația joacă rol de pârghie de gradul I.

Fig.4.23. Mișcări efectuate în articulația genunchiului, după [Dru.11].

Flexia începe cu o rostogolire și se termină cu o rotație pe loc iar extensia începe cu rotația extremității femurului și se termină cu rostogolirea pe platoul femural.

Mișcările de flexie-extensie și rotație internă-externă ale articulației genunchiului sunt efectuate de grupuri musculare complexe prezentate în tabelul 4.1. În momentul actual, se consideră ca cinematica mișcării articulației genunchiului poate fi descrisă cu ajutorul a trei axe de rotație [Sed.08].

Tabelul 4.1. Complexul de mușchi pentru mișcarea genunchiului, după [Sed.08].

* Mușchi agoniști, # Mușchi antagoniști

Amplitudinea mișcărilor de flexie-extensie ale genunchiului (Fig.4.25) atinge 120° când șoldul este extins și de 140° când șoldul este flexat. Amplitudinea mișcării de flexie poate atinge 160° când subiectul stă așezat ,,pe vine”. Mișcările de rotație internă-externă realizează amplitudini maxime de 30° respectiv 40°.(Mitu Leonard- pag 91)

Articulatia gleznei

Glezna articulează segmentul gambei de segmentul piciorului (Fig. 4.3). Suportă toată greutatea corpului fiind totodată și punctul de întâlnire dintre axa verticală a corpului și axa orizontală a piciorului și respectiv a solului, din punct de vedere biomecanic articulația talo-crurală este descrisă împreună cu articulația subtalară (sau talo-calcaneană) ce unește talasul cu osul calcaneu. Această abordare are în vedere complexul articular al gleznei și piciorului care posedă mișcări în cele trei plane de referință (Fig. 4.5). Are un rol deosebit de important în menținerea unei biomecanici corespunzătoare a membrului inferior deoarece diversele anomalii ale gleznei se răsfrâng negativ asupra articulațiilor, precum articulația genunchiului, articulația șoldului etc. Este reprezentată prin articulația talo-crurală sau a gâtului piciorului realizată între (Fig. 4.14, Fig 4.24) talus, tibie,și fibulă. Este o articulație trohleartroză sau ginglim.

Suprafețele articulare ale articulației gleznei (Fig. 4.24) sunt constituite [Pap.74], [Bac.81], [*Les.13] (în sus) de „scoabă” tibio-peroneală existenta la extremitățile inferioare tibiei și fibulei și (în jos) de „cepul” astragalului. La formarea articulației pe cele două laturi iau parte și cele două fețe articulare ale maleolelor medial și lateral. Suprafețele articulare sunt acoperite cu un strat de cartilaj hialin.

Fig. 4.24. Glezna – secțiune frontală, Fig. 4.25. Schema ansamblului gleznă-picior,

după [*Les.13]. după [Che.13].

Mijloacele de unire ale componentelor osoase sunt reprezentate de o capsulă articulară ce este întărită de ligament puternice (Fig. 4.25): ligamentul interosos, ligamentul lateral extern și ligamentul lateral intern. Deoarece articulația gleznei are un singur grad de libertate, teoretic realizează numai mișcări de flexie-extensie. În ansamblu cu articulațiile piciorului și articulație se pot realiza mișcările de: flexia dorsal, flexia planetară, abducția, adducția, circumducția, supinația și pronația (Fig.4.26). Articulația gleznei are posibilitatea de a efectua mișcări de flexie dorsală, flexie planetară, abducție, adducție, circumducția, supinația și pronația piciorului. Mișcările de flexie dorsal (dorso-flexie) și flexie planetară se efectuează în jurul unui ax din planul frontal, ax ce trece prin cele două maleole. Abducția și adducția piciorului se realizează în jurul axului longitudinal al gambei. Mișcările de pronație-supinație se realizează în jurul axului longitudinal al piciorului [Sed.08], [Dru.11], [*Les.13]. Amplitudinile acestor mișcări sunt prezentate în figura 4.26.

Mușchii gambei

Gamba prezintă un număr de 12 mușchi, dispuși in trei loje: anterioară, exterioară și posterioară.

a) b)

Fig. X: Mușchii gambei: a) regiunea laterală; b) regiunea anterioară (http://www.esanatos.com/anatomie/membrul-inferior/Muschii-regiunii-anterioare-a-95415.php )

Mușchii anteriori ai gambei:

a) Mușchiul tibial anterior: pornește de la nivelul feței interne a tibiei, în jumătatea proximală a acesteia, a condilului lateral al tibiei, și la nivelul fasciei gambei.

Inervația mușchiului este realizată de nervul peronier profund, in timp ce inserția se face la nivelul osului cuneiform medial, la baza osului metatarsian I, și în unele cazuri spre falanga proximala a halucelui.

Rolul său este de adductie, de rotație medială, de flexie dorsală a piciorului, dar și de menținere a boitei plantare.

b) Mușchiul extensor lung al degetelor: pornește de la nivelul condilului lateral al tibiei, a feței mediale a fibulei, la marginea interioară a fibulei și a membranei interosoase dar și la nivelul fasciei gambei.

Inserția se face la nivelul falangelor degetelor II-V ale piciorului, fiecare tendon fiind impărțit intr-un fascicul mijlociu pentru falanga mijlocie și cele două fascicule colaterale pentru falanga distala

Acțiunea acestui mușchi este de extensie a degetelor II-V, de rotație laterală, de abductie și de flexie dorsală a piciorului. Excitația acestuia este realizată de nervul peronier profund.

c) Mușchiul extensor al halucelui: își are originea la nivelul feței mediale a fibulei, în treimea mijlocie a acesteia, și la nivelul membranei interosoase. Fixarea se face la nivelul falangelor halucelui.

Rolul mușchiului este de extensie a halucelui, de flexie dorsală a piciorului și rotație medială a acestuia. Acesta este inervat de către nervul peronier profund.

d) Mușchiul al lll-lea peronier: de la nivelul feței mediale a fibulei până în jumătatea ei inferioară, la nivelul membranei interosoase, dar și la nivelul septului intermuscular anterior. Inserția se face la nivelul bazei metatarsianului V.

Acționează la flexia dorsală, la abducția piciorului și la rotatia laterală a acestuia.

Excitația nervului este realizată de nervul peronier profund.

Mușchii laterali ai gambei:

a) Mușchiul peronier lung: iși are originea la nivelul capului fibulei, a feței laterale și marginii anterioare a acesteia, fasciei gambei și uneori și la nivelul condilului lateral al tibiei.

Se inserează la nivelul tuberculului metatarsian I, în timp ce tendonul său de inserție se dezvoltă către oasele cuneiforme medial și intermediar.

Are rolul de flexie plantară a piciorului, de abducți, de rotație laterală a acestuia, și de menținere a boitei plantare.

E excitat de nervul peronier superficial.

b) Mușchiul peronier scurt: pornește de la nivelul feței laterale a fibulei spre jumătatea distală a acestei, continuând la nivelul fasciei gambei și a septurilor intermusculare ale gambei.

Se fixează la baza metatarsianului V. Are rol în flexia plantară a piciorului, în abducția acestuia și în rotația laterală a piciorului. Excitația este realizată de nervul peronier superficial.

Mușchii posteriori ai gambei:

Se împart în două planuri:

– planul profund ( implică mușchiul flexor lung al degetelor, mușchiul tibial posterior, flexorul lung al halucelui, și mușchiul popliteu)

– planul superficial (conține mușchiul triceps sural și plantar)

a) Mușchiul Triceps sural: este alcătuit din mușchii Gastrocnemian și Solear. Fixarea mușchilor este comună, dar sunt diferiți ca origine.

Mușchiul Gastrocnemian are două capete:

-capul medial pornește de la fața posterioară a condilului medial femural, de la capsula articulației genunchiului și de la nivelul fosei poplitee

-capul lateral are începutul la nivelul feței laterale a condilului lateral al femurului și al capsulei articulare a genunchiului.

Inserția mușchiului Triceps sural: tendonul de inserție al mușchiului triceps sural se realizează prin unirea tendoanelor din mușchii gastrocnemian și solear. Acest tendon poartă numele de calcanean (in limbajul comun- tendonul lui Ahile) și se fixează pe tuberozitatea calcaneană.

Mușchiul triceps sural: are rol în flexia plantară a piciorului, limitează mișcarea de flexie a articulației talo-crurală împiedicând în acest mod căderea înainte în stațiunea bipedă, rol în adducția piciorului, rotația medială a piciorului dar și în flexia gambei pe coapsă.

Mușchiul triceps sural este inervat de către nervul tibial.

b) Mușchiul plantar: are originea la treapta feței superioare a condilului lateral femural. Se inserează la nivelul tuberozității calcaneene. Rol de tensor al articulației genunchiului, sinergistul mușchiului gastrocnemian.

c) Mușchiul flexor al degetelor: începe la nivelul buzei inferioare a liniei soleare și feței posterioare a tibiei, în treimea mijlocie a acesteia. Ajută la flexia degetelor, la flexia plantară a piciorului, adducția și inversiunea acestuia. Excitația sa este realizată de nervul tibial.

d) Mușchiul flexor al halucelui cu originea la fața posterioară a fibulei în 2/3 posterioare ale acesteia, la nivel de membrană interosoasă și la nivelul septului intermuscular posterior.

Se inserează la nivelul feței plantare a bazei falangei distale a halucelui. Acțiune în flexia halucelui, flexia plantară a piciorului, adducția piciorului și rotația medială a acestuia.

Acesta este excitat de către nervul tibial.

e) Mușchiul tibial posterior: pornește de la fața posterioară a tibiei, laterală și inferioră de la linia mușchiului solear, la nivelul feței posterioare a fibulei, membrana interosoasă și la nivelul septurilor intermusculare ale gambei.

Locul de fixare este la nivelul tuberculului osului navicular dar se extinde și către sustenaculum tali, oasele cuneiforme, osul cuboid și metatarsienele II-V.

Rolul de flexie plantară a piciorului, rotație medială a piciorului, adducția piciorului și de asemenea participa și la menținerea boltei plantare.

Inervația sa este realizată de nervul tibial.

f) Mușchiul popliteu: iși are originea la nivelul feței laterale a condilului lateral femural, la nivelul capsulei articulare a genunchiului, și la nivelul ligamentului popliteu oblic. Acesta este inervat de nervul tibial, iar inserția se face la nivelul liniei mușchiului solear, dar și deasupra acestuia. (http://anatomie.romedic.ro/gamba )

Modelarea sistemului anatomic genunchi – gambă folosind metoda dinamiciii inverse

Modelarea biomecanică a sistemului anatomic genunchi – gambă se bazează pe metoda dinamicii inverse, ce cuprinde o serie de tehnici specifice de calcul mecanic și matematic. Metoda dinamicii inverse presupune ca, datele cinematice ale sistemului biomecanic să fie definite în detaliu, iar obiectivul constă în determinarea parametrilor dinamici ce cauzează mișcările sistemului. Metoda folosește modele ale corpurilor rigide pentru a reprezenta comportamentul mecanic al pendulelor aflate în conexiune, al membrelor corpului uman unde, parametrii antropometrici, parametrii dinamici, pentru determinarea forțelor de reacțiune internă și a momentelor ce cauzează mișcările sistemului.

Metoda dinamicii inverse presupune folosirea unor condiții speciale, astfel:

corpul uman este împărțit în segmente anatomice individuale;

segmentele sunt considerate corpuri rigide cu masa concentrată în centrul lor de greutate;

parametrii antropometrici ai segmentelor sunt considerați constanți în timpul deplasării;

forța de frecare cu aerul este minimă;

forțele de frecare cu solul și din articulații sunt considerate nule;

viteza de deplasare a întregului sistem este considerată constantă;

Tabelul 4.1 Parametrii antropometrici și coeficienții de scalare pentru principalele segmente ale corpului uman, pentru subiecții cu vârsta mai mare de 18 ani.

Fig. 4.6 Împărțirea corpului uman pe zone (a); cotarea segmentelor corpului uman (b)

În figura 4.6 se prezintă repartiția zonelor corpului uman și cei mai importanți parametrii antropometrici ai acestora, în cazul subiecților umani cu vârsta mai mare de 18 ani. Astfel:

zona A – cuprinsă între extremitatea superioară a capului și cea a trunchiului;

zona B – cuprinsă între extremitatea superioară și cea inferioară a trunchiului;

zona C – cuprinsă între extremitatea superioară a trunchiului și cea a brațului;

zona D – cuprinsă între extremitatea superioară a brațului și cea a antebrațului;

zona E – cuprinsă între extremitatea superioară a antebrațului și cea a mâinii;

zona F – cuprinsă extremitatea inferioară a trunchiului și bazin;

zona G – cuprinsă între bazin și extremitatea superioară a gambei;

zona H – cuprinsă între extremitatea superioară a gambei și cea a piciorului.

În vederea determinării forțelor de reacțiune si a momentului reactiv din articulația genunchiului s-au parcurs două etape, după cum urmează:

1. Reducerea forțelor interioare (forțe musculare, din tendoane și de contact între suprafețele osoase) la o singură forță ce reprezintă rezultanta tuturor forțelor interioare.

2. Scrierea și rezolvarea analitică a ecuațiilor de echilibru dinamic pentru fiecare fază de suport a piciorului pe sol în vederea determinării parametrilor caracteristici modelării statice și dinamice a sistemului anatomic genunchi – gambă.

Tehnica reducerii forțelor interne de reacțiune la o singură rezultantă, pentru modelul sistemului anatomic genunchi – gambă se materializează astfel:

se consideră forțele interne de reacțiune ce acționează în sistemul genunchi-gambă;

se consideră gambă cu cele două articulații, cea a genunchiului și cea a gleznei ca fiind o bară rigidă articulată la cele două capete;

forța F este considerată ca fiind rezultanta tuturor forțelor exercitate de mușchi, tendoane și structuri osoase aflate în contact ce acționează în sistemul genunchi-gambă;

se consideră F* ca fiind rezultanta forțelor exercitate de mușchi, tendoane și structuri osoase aflate în contact, translatată în articulația genunchiului;

corespondenta forței F* este forța ce echilibrează sistemul, – F*, forță care are același punct de aplicație, aceeași direcție dar sens contrar;

cuplul de forțe (F, – F*) dă naștere unui moment net muscular Mg ce acționează în genunchi. Acest moment ia în calcul atât mușchii agoniști cât și pe cei antagoniști;

forța rezultantă F*, translatată în centrul de rotație al articulației genunchiului se descompune pe direcțiile Ox, Oy, în Rgx, Rgy.

a) b)

c) d)

e)

Fig. 4.12 Modelarea biomecanică a subsistemului genunchi-gambă folosind metoda dinamicii inverse, în timpul fazelor de suport ale piciorului pe sol: contactul inițial cu solul (a); contactul total cu solul (b); mijlocul suportului (c); ridicarea călcâiului (d); desprinderea de pe sol (e).

În figura 4.12 sunt reprezentate modelele biomecanice ale sistemului anatomic genunchi – gambă, folosind metoda dinamicii inverse, în timpul fazelor de suport ale piciorului pe sol, unde: mg este masa gambei [kg]; M este masa totală corporală a subiectului [kg]; ax,y este accelerația gambei față de centrul de greutate al acesteia, pe direcția Ox, Oy [m/s2]; fiind unghiul dintre axa de simetrie a coapsei și orizontală [] și , unghiul pe care îl face axa de simetrie a gambei cu orizontală []; g este accelerația unghiulară a gambei în planul mișcării (planul sagital) [rad/s2]; Ig este momentul de inerție al gambei [kgm2]; d5,6, distanțele pe orizontală și respectiv, verticală, dintre centrele de rotație ale gleznei și genunchiului, în [m]; d7,8, distanțele pe orizontală și respectiv, verticală, dintre centrul de rotație al genunchiului și centrul de greutate al gambei, în [m].

Pentru determinarea reacțiunilor din genunchi, în timpul fazelor de suport ale piciorului pe sol, s-au scris ecuațiile de echilibru dinamic:

prima faza a mersului:

a doua faza a mersului:

a treia faza a mersului:

a patra faza a mersului:

a cincea faza a ciclului de mers: