Evaluarea Functionala a Unui Dispozitiv de Masurare a Gamei de Miscare a Membrului Superior

Evaluarea funcțională a unui dispozitiv de măsurare

a gamei de mișcare a membrului superior

Cuprins

Lista figurilor

Lista acronimelor

Introducere

1. Anatomia funcțională și biomecanică a membrului superior

1.1. Prezentare generală articulații

1.1.1. Clasificarea articulațiilor

1.2. Țesut conjunctiv

1.2.1. Clasificarea țesutului conjunctiv

1.2.2. Structuri specifice de țesut conjunctiv

1.2.3. Proprietățile țesutului conjunctiv

1.3. Articulația cotului

1.3.1. Articulațiile humeroulnară și humeroradială

1.3.2. Articulațiile radioulnare

1.3.3. Funcționalitatea articulației cotului

1.3.4. Legătura articulației cotului cu articulația încheieturii mâinii

1.4. Articulația încheieturii mâinii

1.4.1. Articulația radiocarpiană

1.4.2. Articulațiile intercarpiene: articulația mediocarpiană

1.4.3. Funcționalitatea încheieturii mâinii

2. Dispozitive de măsurare a gamei de mișcare a articulațiilor

2.1. Gama de mișcare (Range of Motion – ROM)

2.1.1. Gama de mișcare activă

2.1.2. Gama de mișcare pasivă

2.1.3. Hipomobilitatea și hipermobilitatea

2.1.4. Factorii ce influențează gama de mișcare

2.2. Goniometria

2.2.1. Goniometrul universal

2.2.2. Înclinometrul

2.2.3. Electrogoniometrul

2.3. Sisteme computerizate de înregistrare și analiză a mișcării

2.3.1. Sisteme non-optice

2.3.2. Sisteme optice

3. Proiectarea unui dispozitiv de măsurare a gamei de mișcare

3.1. Modele constructive existente de electrogoniometre

3.1.1. Biometrics Ltd.

3.1.2. Freescale

4. Program de prevenire a scurgerilor de date, bazat pe informațiile colectate din rețea

4.1. Soluția de prevenire a scurgerilor de date de la Check Point

4.1.1. Instalare și configurare Security Gateway R77

4.1.2. Activarea și configurarea modulului de DLP

4.2. Dezvoltarea, implementarea și monitorizarea regulilor de DLP

4.2.1. Trafic SMTP

4.2.2. Trafic HTTP/HTTPS

4.2.3. Trafic FTP

Concluzii

Bibliografie

Anexe

Lista figurilor

Figura 1.1 – Relația dintre structură, funcționalitate și proprietăție materialului [Joint Structure] 12

Figura 1.2 – Clasificarea articulațiilor [URL] 13

Figura 1.3 – Clasele de țesut conjunctiv 14

Figura 1.4 – Mișcările antebrațului [Gray’s] 16

Figura 1.5 – A. Componentele articulației cotului [Gray/s]; B. Axa de mișcare pentru flexie și extensie [Joint structure] 17

Figura 1.6 – Componentele articulațiilor radioulnare: vedere anterioară (stânga) și posterioară (dreapta) [URL] 19

Figura 1.7 – Oasele și ligamentele încheieturii mâinii [Joint structure] 21

Figura 1.8 – Înclinarea radiusului în articulația radiocarpiană văzută la radiografie [Joint structure] 23

Figura 1.9 – Mișcările la nivelul articulației radiocarpiene [Gray/s] 24

Figura 1.10 – A. Abducție: se produce flexia scafoidului, mișcare ce îl face să pară mai mic decât în adducție; B. Adducție. (S – scafoid, L – os semilunar, C- os capitat) [Joint structure] 25

Figura 2.1 – Planurile de referință ale corpului uman, cu pacientul așezat în poziție anatomică [URL] 27

Figura 2.2 – Goniometre din plastic (stânga) și goniometre din metal (dreapta) [Gonio] 32

Figura 2.3 – Corpul goniometrelor ce poate fi cu jumătate de cerc (sus) sau cu cerc complet (jos) [Gonio] 32

Figura 2.4 – Designul de bază al unui goniometru universal 33

Figura 2.5 – Înclinometre cu greutate (A, B, D) și cu bule de aer (C) 33

Figura 2.6 – Electrogoniometru reprezentat într-o schemă simplă [URL] 34

Figura 2.7 – Exemplu de sistem inerțial: costumul din latex ce conține rețeaua de senzori (a), distribuția senzorilor pe corp (b) [URL] 36

Figura 2.8 – Sistem mecanic de analiză a mișcării 36

Figura 2.9 – Exemplu de plasare și vizualizare a markerilor (stânga); exemplu de camere video pentru înregistrarea mișcării (dreapta) 37

Figura 3.1 – Electrogoniometrele de la Biometrics Ltd.: cu o singură axă (stânga) și cu două axe (dreapta) [biometrics url] 38

Figura 3.2 – Electrogoniometru flexibil (a, b); Electrogoniometru cu potențiometru (c); sistem optoelectronic (d) [freescale URL] 39

Figura 3.3 – Schema bloc a electrogoniometrului de la Freescale [freescale URL] 40

Figura 4.1 – Arhitectura globală a sistemului de prevenire a scurgerilor de date, bazat pe informațiile colectate din rețea 41

Figura 4.2 – Diagrama logică de lucru a sistemului de prevenire a scurgerilor de date, bazat pe informațiile colectate din rețea 42

Figura 4.3 – Arhitectura modulară a soluției de securitate – Software Blade Architecture [11] 43

Figura 4.4 – Setarea adresei IP pentru interfața de management a aplicației de securitate 43

Figura 4.5 – Instalare Security Gateway și Security Management 44

Figura 4.6 – Configurarea adreselor IP ale interfețelor de rețea 44

Figura 4.7 – Setarea adresei IP a gateway-ului rețelei externe 45

Figura 4.8 – Mașini virtuale implementate folosind VMware Workstation 10 45

Figura 4.9 – Instalarea SmartConsole R77 46

Figura 4.10 – Accesarea SmartDashboard 46

Figura 4.11 – Topologia rețelelor în SmartDashboard 47

Figura 4.12 – Soluțiile de securitate disponibile 47

Figura 4.13 – Setarea domeniului 48

Figura 4.14 – Activarea portalului web pentru DLP și specificarea serverului de mail pentru trimiterea de notificări 48

Figura 4.15 – Protocoale monitorizate 48

Figura 4.16 – Finalizarea configurațiilor de bază 49

Figura 4.17 – Specificarea sursei transmisiunii 49

Figura 4.18 – Configurarea interfeței eth0 pentru serverul de mail din rețeaua internă 50

Figura 4.19 – Configurarea interfeței eth0 pentru serverul de mail din rețeaua externă 51

Figura 4.20 – Configurarea sistemului de nume de domeniu pentru serverul de mail intern 51

Figura 4.21 – Configurarea sistemului de nume de domeniu pentru serverul de mail extern 51

Figura 4.22 – Regula de fingerprint 52

Figura 4.23 – Specificarea locației din rețea unde se află depozitul pentru tehnica de fingerprint 52

Figura 4.24 – Scanarea directorului de fingerprint de la locația specificată 53

Figura 4.25 – Locul de setare a watermark-ului dorit 53

Figura 4.26 – Expedierea mail-ului de test 53

Figura 4.27 – Se primește pe email notificarea DLP de la poarta de securitate 54

Figura 4.28 – Raportul incidentului înregistrat în SmartView Tracker 54

Figura 4.29 – Mail-ul în carantină în portalul de DLP 55

Figura 4.30 – Validarea și motivația utilizatorului pentru trimiterea acestui mail 55

Figura 4.31 – Confirmarea transferului 56

Figura 4.32 – Mail-ul recepționat de către serverul extern 56

Figura 4.33 – Documentul descărcat cu watermark inclus 56

Figura 4.34 – Diagrama logică de lucru a regulii aplicate traficului SMTP 57

Figura 4.35 – Regula aplicată pe protocolul HTTP 58

Figura 4.36 – Specificarea proprietăților pentru care se încalcă regula 58

Figura 4.37 – Agentul UserCheck instalat pe terminalul din rețeaua internă 58

Figura 4.38 – Diagrama logică de lucru a regulii aplicate traficului HTTP 58

Figura 4.39 – Transfer blocat de DLP 59

Figura 4.40 – Raportul în SmartView Tracker 59

Figura 4.41 – Activarea opțiunii de HTTPS Inspection 60

Figura 4.42 – Regula de inspecție a traficului HTTPS 60

Figura 4.43 – Certificatul utilizat este cel definit în poarta de securitate 61

Figura 4.44 – Raportul incidentului 61

Figura 4.45 – Regula aplicată pe protocolul FTP 62

Figura 4.46 – Diagrama logică de lucru a regulii aplicate traficului FTP 62

Figura 4.47 – Serverul de FTP aflat pe mașina virtuală din rețeaua externă către care se va trimite documentul 62

Figura 4.48 – Clientul de FTP și notificarea apărută la transferarea documentului ce a încălcat regula 63

Figura 4.49 – Raportul din SmartView Tracker referitor la transferul FTP efectuat 63

Lista acronimelor

PG – Proteoglicani

GAG – Glicozaminoglicani

ROM

LED

ATM – Asynchronous Transfer Mode – Mod de transfer asincron

BIND – Berkeley Internet Name Domain

CRC – Cyclic Redundancy Check – Control Redundant Ciclic

DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol

DLP – Data Loss Prevention – Prevenirea scurgerilor de date

DNS – Domain Name System – Sistem de nume de domeniu

DTP – Data Transfer Process – Procesul de transfer a datelor

FTP – File Transfer Protocol – Protocol de transfer de fișiere

GUI – Graphical User Interface – Interfață grafică pentru utilizator

HTTP – Hypertext Transfer Protocol

HTTPS – Hypertext Transfer Protocol Secure

ICMP – Internet Control Message Protocol

IDS – Intrusion Detection System – Sistem de detecție a intruziunilor

IP – Internet Protocol – Protocolul Internet

IT – Information Technology – Tehnologia Informației

LAN – Local Area Network – Rețea locală

MAC – Media Access Control

MIME – Multipurpose Internet Mail Extensions

MTA – Mail Transfer Agent – Agentul responsabil de transferul mesajelor

MTP – Mail Transfer Protocol – Protocolul de transfer a corespondenței

OSI – Open Systems Interconnection – Interconectarea Sistemelor Deschise

PC – Personal computer – Calculator personal

Pcap – Packet Capture – Captură de pachete

PI – Protocol Interpreter

RF – Radio Frequency – Frecvență radio

RFC – Request For Comments – Note de cercetare

RIP – Routing Information Protocol – Protocolul de rutare a informației

SMTP – Simple Mail Transfer Protocol – Protocolul simplu de transfer a corespondenței

SNMP – Simple Network Management Protocol

SPAN – Switched Port Analysis

SSID – Service Set Identifier

SSL – Secure Sockets Layer

TAP – Test Access Port

TCP – Transmission Control Protocol – Protocolul de control al transmisiei

TLS – Transport Layer Security – Securitate la nivelul de transport

UDP – User Datagram Protocol – Protocolul Datagramelor Utilizator

URI – Uniform Resource Identifier – Identificator uniform de resurse

URL – Uniform Resource Locator – Localizator uniform de resurse

VLAN – Virtual Local Area Network – Rețea locală virtuală

WAN – Wide Area Network – Rețea de arie largă

WLAN – Wireless Local Area Network – Rețea locală fără fir

WWW – World Wide Web

Introducere

În lucrarea de față este realizată integrarea și testarea cu reguli personalizate a unui sistem de prevenire a scurgerilor de date, bazat pe informațiile colectate din rețea (în literatura de specialitate se folosește termenul de Data Loss Prevention – DLP) într-un mediu de mașini virtuale proiectat. Aceasta ramură a securității informatice a cunoscut o dezvoltare considerabilă de la apariția ei, devenind între timp indispensabilă pentru companii, dată fiind multitudinea de instrumente disponibile pentru distribuirea de informație în exteriorul organizației.

Companiile consumă foarte mult timp și bani pe pregătirea angajaților cu privire la politica de securitate a companiei și se poate asuma că scurgerile de date ca urmare a acțiunilor unui utilizator neatent ar trebuie să fie minime. Acest lucru nu este însă adevărat și se știe că majoritatea incidentelor de pierderi de date confidențiale sunt cauzate de astfel de utilizatori și acest lucru nu s-a schimbat în ciuda pregătirii angajaților. Monitorizarea traficului prezintă o imagine de ansamblu a cât de bine e respectată politica companiei, însă vizibilitatea nu e suficientă, pentru eliminarea scurgerilor de date atât neintenționate cât și intenționate fiind necesar controlul preventiv asigurat de DLP.

Pentru această lucrare s-au dezvoltat și testat reguli folosind configurația de mașini virtuale implementată, pentru principalele protocoale responsabile de transferul de informație, și anume: SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol) și HTTP(S) (Hypertext Transfer Protocol (Secure)). Au fost de asemenea implementate cu succes diferitele tehnici disponibile în soluția de DLP utilizată, cum ar fi tehnica de fingerprinting ce permite scanarea unei locații din rețea și utilizarea acesteia pentru crearea de reguli.

Pentru transferul de informație prin mesagerie electronică (email) au fost instalate și configurate două servere SMTP, unul în rețeaua internă și unul în rețeaua externă, astfel încât trimiterea mesajelor între ele să se poată realiza, iar solspecialitate se folosește termenul de Data Loss Prevention – DLP) într-un mediu de mașini virtuale proiectat. Aceasta ramură a securității informatice a cunoscut o dezvoltare considerabilă de la apariția ei, devenind între timp indispensabilă pentru companii, dată fiind multitudinea de instrumente disponibile pentru distribuirea de informație în exteriorul organizației.

Companiile consumă foarte mult timp și bani pe pregătirea angajaților cu privire la politica de securitate a companiei și se poate asuma că scurgerile de date ca urmare a acțiunilor unui utilizator neatent ar trebuie să fie minime. Acest lucru nu este însă adevărat și se știe că majoritatea incidentelor de pierderi de date confidențiale sunt cauzate de astfel de utilizatori și acest lucru nu s-a schimbat în ciuda pregătirii angajaților. Monitorizarea traficului prezintă o imagine de ansamblu a cât de bine e respectată politica companiei, însă vizibilitatea nu e suficientă, pentru eliminarea scurgerilor de date atât neintenționate cât și intenționate fiind necesar controlul preventiv asigurat de DLP.

Pentru această lucrare s-au dezvoltat și testat reguli folosind configurația de mașini virtuale implementată, pentru principalele protocoale responsabile de transferul de informație, și anume: SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol) și HTTP(S) (Hypertext Transfer Protocol (Secure)). Au fost de asemenea implementate cu succes diferitele tehnici disponibile în soluția de DLP utilizată, cum ar fi tehnica de fingerprinting ce permite scanarea unei locații din rețea și utilizarea acesteia pentru crearea de reguli.

Pentru transferul de informație prin mesagerie electronică (email) au fost instalate și configurate două servere SMTP, unul în rețeaua internă și unul în rețeaua externă, astfel încât trimiterea mesajelor între ele să se poată realiza, iar soluția de DLP să poată folosi serverul intern pentru trimiterea de notificări utilizatorilor atunci când sunt încălcate reguli.

Produsele tradiționale de DLP sunt cunoscute pentru implementările lungi, dificultatea administrării și costurile ridicate. Această lucrare își propune să demonstreze că aceste aspecte nu mai sunt valabile, iar soluțiile existente în acest moment au devenit mult mai intuitive și convenabile. Interfețele de control centralizate și posibilitatea remedierii incidentelor în timp real au transformat această tehnologie în ceva ce poate fi implementat fără a fi nevoie de personal suplimentar și fără riscul introducerii de întârzieri în trimiterea de informații sau blocarea eronată a documentelor.

Capitolul 1

Anatomia funcțională și biomecanică a membrului superior

Oamenii au capacitatea de a realiza o varietate aproape infinită de mișcări și poziții, acest lucru fiind posibil datorită structurilor din corpul uman. Aceste structuri generează și răspund la acțiunea forțelor care produc și controlează mișcarea la nivelul articulațiilor corpului. În prezent este imposibil să captăm toate elementele care contribuie la funcționarea sistemului musculo-scheletal la un anumit moment în timp. Cu toate acestea, cunoașterea a cel puțin o parte dintre principiile fizice care guvernează răspunsul corpului la forțe active și pasive este o condiție esențială pentru a putea înțelege atât funcțiile, cât și disfuncțiile corpului uman.

Capacitatea de mișcare este necesară în primul rând pentru realizarea activităților din viața de zi cu zi (mâncat, scris, mers, vorbit la telefon etc.). Tulburările de mișcare pot reduce într-un mod semnificativ calitatea vieții unui pacient, în special cele de la nivelul membrului superior, care vor limita gradul de independență al pacientului. Există mai multe soluții pentru îmbunătățirea funcționalității membrului superior afectat: orteze, fizioterapie, stimulare electrică funcțională etc. Pentru a putea înțelege disfuncțiile de mișcare și soluțiile terapeutice aferente, trebuie analizate componentele din corpul uman, separat și în ansamblu, care realizează mișcarea.

Mișcarea umană este complexă și implică mai multe segmente (pârghii osoase) și forțe care sunt cel mai adesea aplicate simultan pe două sau mai multe segmente. Pentru a putea dezvolta un model ce va putea fi înțeles și aplicat clinic, se studiază pe rând fiecare segment separat.

Componentele ce joacă un rol important în funcționalitatea sistemului musculo-scheletal sunt segmentele osoase, mușchii, structura articulațiilor și a țesutului conjuctiv, și forțele ce acționează asupra lor.

Prezentare generală articulații

Articulațiile din corpul uman sunt asemănătoare cu cele utilizate în construcția clădirilor, mașinilor sau a mobilei, ce conectează diferite segmente împreună și, în același timp, permit mișcarea între segmentele conectate. Designul articulațiilor reflectă aceste caracteristici. Folosindu-ne de relația dintre formă și funcție, putem determina funcția unei articulații din corpul uman prin analizarea structurii sale anatomice.

Forma include compoziția și structura unui obiect, iar o modificare a uneia dintre aceste proprietăți poate afecta funcționalitatea. În cazul structurilor artificiale forma este statică, dar în cazul structurilor din corpul uman relația dintre formă și funcție este bidirecțională, cererile funcționale ale unei structuri pot ajuta la determinarea formei acesteia. De exemplu, în cazul articulației femurale, elementele structurale se formează înainte de naștere, dar forma capului femural și a acetabului este determinată de interacțiunea funcțională dintre aceste două elemente.

Componența structurilor articulațiilor este determinată de o serie de factori ce includ interacțiunea celulară din timpul dezvoltării, factorii genetici și cererile funcționale. Articulațiile și țesutul conjunctiv depind de funcționalitate pentru a-și dobândi și a-și menține forma finală.

Relația dintre structură, funcționalitate și proprietățile materialului ce alcătuiesc articulația este prezentată în Figura 1.1, unde se poate observa că forma determină structura țesutului conjunctiv, dar în același timp caracteristicile țesutului sunt influențate de funcționalitate. Atât tipurile de colagen, legăturile și tipurile de proteoglicani (PG), cât și cantitatea acestora pot fi afectate de cantiatea și tipul forțelor aplicate pe acel țesut. Țesutul se poate adapta funcționalității, devenind mai lung, mai scurt sau mai mare. Mărimea și compoziția țesutului determină tipurile de încărcătură pe care acesta le poate suporta. Încărcăturile vor transmite un semnal celulelor să producă tipul și cantitatea corespunzătoare de țesut, și să inițieze sau să faciliteze activitățile extracelulare care îmbunătățesc funcția țesutului.

Figura 1.1 – Relația dintre structură, funcționalitate și proprietăție materialului [Joint Structure]

Ca principiu de bază, o articulație realizează o conexiune între două sau mai multe elemente ale unei structuri. Designul articulației și materialele din care este alcătuită depind de funcționalitatea și de natura componentelor. Articulațiile care oferă stabilitate au un design diferit față de cele care oferă mobilitate. Cerințele gradului de funcționalitate sunt îndeplinite de complexitatea designului și a compoziției; cu cât sunt mai variate cerințele, cu atât designul este mai complex. Articulațiile umane îndeplinesc funcții multiple, fiind mai complexe decât cele artificiale create de om.

Clasificarea articulațiilor

O metodă clasică de clasificare a articulațiilor se bazează pe tipul materialelor și al metodelor de unire a elementelor osoase. Articulațiile se împart în sinartroze, amfiartroze și diartroze (Figura 1.2). Împărțirea în subcategorii a acestor elemente se face în funcție de materialele ce alcătuiesc articulația, de forma și conturul suprafețelor articulare, de tipul mișcării pe care o permite.

În cazul sinartrozelor, componentele osoase sunt conectate prin țesut conjunctiv de tip fibros sau cartilaginos. Articulațiile unite prin țesut fibros sunt suturile și gomfozele, iar cele unite prin țesut cartilaginos sunt sincodrozele. Mai există o subcategorie, sinostoza, caz în care segmentele osoase sunt complet unite. Sinartrozele sunt articulații care nu permit deloc mișcarea între componentele osoase.

Amfiartrozele sunt o categorie de articulații semimobile, permit puțin mai multă mișcare decât sinartrozele, dar nu atât de multă precum diartrozele. Și în cazul amfiartrozelor, țesutul care unește componentele osoase poate fi de tip fibros sau de tip cartilaginos. Un exemplu de articulație fibroasă este sindesmoza, unde conexiunea oaselor se face printr-un ligament. Din subcategoria articulațiilor cartilaginoase face parte simfiza.

Diatrozele sunt construite diferit față de celelalte două categorii de articulații. Elementele osoase din articulație sunt libere să se miște, deoarece nu există un țesut conjunctiv care să le lege în mod direct. Ele sunt conectate în mod indirect printr-o capsulă articulară. Componente unei articulații sinoviale sunt:

Capsula articulară ce are două straturi

Cavitatea articulară ce se află în capsulă

Țesutul sinovial care acoperă suprafețele interioare ale capsulei

Membrana sinovială care acoperă ca un film suprafețele articulare

Cartilajul hialin care acoperă suprafața oaselor învecinate din capsulă

Figura . – Clasificarea articulațiilor [URL]

Țesut conjunctiv

Articulațiile umane cuprind țesuturi care își modifică structura în funcție de cerințele funcționale sau de schimbările de mediu. Țesuturile din articulații, ca și celelalte țesuturi din corpul uman, au nevoie de hrană pentru a supraviețui și sunt susceptibile la îmbolnăvire, la îmbătrânire, pot suferi răni. Țesuturile au două variante: se pot adapta cerințelor impuse sau se pot vătăma dacă cerințele sunt prea mari sau dacă adaptarea nu se realizează cu succes.

Pentru a înțelege structura și funcționarea articulațiilor trebuie examinate compoziția țesutului și forțele care acționează la nivelul articulației. În funcționarea articulației sunt implicate și sistemul circulator, sistemul nervos și sistemul muscular, dar țesutul care alcătuiește propriu zis articulația este țesutul conjunctiv.

Clasificarea țesutului conjunctiv

Structura articulației include mai multe tipuri de țesut conjunctiv: oase, capsule, cartilaj, discuri, tampoane de grăsime, ligamente, meniscuri, plăci, tendoane. Structura anatomică brută și microarhitectura acestor țesuturi conjunctive sunt extrem de variate. Comportamentul biomecanic și compoziția capsulelor, ligamentelor specifice, cartilajelor, meniscurilor și tendoanelor sunt încă într-un stadiu de cercetare.

Există patru clase mari de țesut conjunctiv: țesut conjunctiv propriu-zis, cartilaj, os, sânge. Acestea sunt ilustrate schematic în Figura 1.3, fiecare clasă având mai multe subclase, cu excepția sângelui. Tendoanele și ligamentele sunt considerate țesut conjunctiv dens, iar osul este considerat o formă mineralizată și foarte specializată a țesutului conjunctiv.

Țesutul conjunctiv este caracterizat de o dispersie largă a celulor și de un volum mare de matrice extracelulară. La nivel microscopic, matricea extracelulară are și componenta fibrilară, și pe cea interfibrilară (cunoscută sub denumirea de substanță de bază). Componenta fibrilară conține colagen și elastină, iar componenta interfibrilară conține proteoglicani și glicoproteine.

În general, funcția țesuturilor depinde de structura și funcția celulei, cum este în cazul țesutului nervos sau al celui muscular. Dar în cazul țesutului conjuctiv funcția sa este determinată de componentele extracelulare.

Figura 1.3 – Clasele de țesut conjunctiv

Structuri specifice de țesut conjunctiv

Ligamentele fac legătura între două oase, de obicei lângă sau într-o articulație. Ligamentele se pot amesteca cu capsula articulației, ce arată ca niște îngroșări în capsulă, sau pot fi structuri separate, ce sunt ușor de recunoscut, de multe ori având aspectul unei benzi sau unei corzi albe de țesut conjunctiv. Ligamentele sunt structuri eterogene care conțin o cantitate mică de celule (între 10% și 20% din volumul țesutului) și o cantitate mare de matrice extracelulară (restul de 80% – 90% din volumul celulei).

Tendoanele conectează mușchii de os și transmit forțele ce sunt dezvoltate de mușchi către oasele atașsate de ei. Fiecare mușchi are tendoane intercalate între el și os, dar tipul de atașare poate varia foarte mult din punct de vedere al configurației, un tendon putând fi mult mai proeminent decât altul. Tendoanele proeminente sunt denumite după mușchiul de care sunt atașate. Tendoanele și ligamentele au o compoziție și o structură de bază similare, diferența dintre ele apare în cadrul matricei extracelulare, în care organizarea și proporția componentelor este diferită (tendoanele conțin mai mult colagen de tip I și mai puțin colagen de tip III decât ligamentele). Tendoanele sunt compuse din următoarele etaje de subunități: microfibrile, fibrile, fascicule, endotendon, paratendon, epitendon, tendon.

Bursele reprezintă niște saci plați ai membranei sinoviale în care fețele interioare ale sacilor sunt separate printr-o peliculă de lichid. Bursele se află acolo unde structurile în mișcare sunt într-un spațiu îngust, adică între tendon și os, între os și piele, între mușchi și os, între ligament și os. Bursele aflate între piele și os, cum este în cazul genunchiului, unde se află burse între patelă și piele, se numesc burse subcutanate. Mai există burse subtendinoase care se află între tendon și os, și burse submusculare, care se află între mușchi și os.

Cartilajul este de trei tipuri: hialin (articular), fibrocartilaj (alb), elastic (galben). Cartilajul conține în mare parte colagen de tipul II și cantități mari de proteoglicani. Cartilajul hialin formează un strat subțire care acoperă capetele oaselor în articulațiile sinoviale. Acest cartilaj conferă o suprafață netedă, rezistentă, cu frecare redusă, care poate suporta și distribui greutatea în decursul vieții unei persoane. Odată ce acesta este accidentat, cartilajul articular are mecanisme de reparație imperfecte și limitate. Fibrocartilajul reprezintă cimentul de lipire în articulațiile unde are loc puțină mișcare, cum este cazul discurilor intervertebrale, articulațiilor sacroiliace etc.

Osul este cel mai dur dintre toate țesuturile conjunctive. Matricea extracelulară fibrilară organică, ce conține în mare parte colagen de tip I, are în componență și materiale anorganice, în principal hidroxiapatită. Partea organică a osului îi conferă flexibilitate și rezistență la tracțiune, iar partea anorganică îi conferă rezistență la compresiune. Celulele osoase includ fibroblaste, osteoblaste, osteocite, osteoclaste și celule progenitoare ce se pot diferenția în osteoblaste.

Proprietățile țesutului conjunctiv

Materialele omogene și izotrope au aceleși proprietăți mecanice ce nu depind de direcția de acționare a forței aplicate. Țesutul conjunctiv este eterogen și anizotrop, comportându-se diferit în funcție de direcția și de mărimea forței aplicate. Țesutulul conjunctiv este eterogen deoarece este compus dintr-o combinație de componente solide și semisolide. Funcționalitatea structurii ca un întreg depinde de combinația dintre proprietățile diferitelor componente, de cum variază proporțiile fiecărei componente din structură, și de interacțiunile dintre componente.

Țesutul conjunctiv se adaptează, adică își schimbă structura și compoziția, prin urmare și funcția, ca răspuns la forțele ce îi sunt aplicate. Natura și amploarea acestor adaptări reprezintă un subiect de interes în cercetarea actuală, nefiind pe deplin cunoscute.

La aplicarea unor forțe de comprimare, tendoanele se adaptează prin mărirea cantității de proteoglicani și de glicozaminoglicani (GAG) și prin schimbarea tipului de GAG pe care îi conține. Mărirea forței de tracțiune determină o creștere a colagenului de tip I în ligamente și tendoane.

Țesutul conjunctiv are o structură dinamică cu relații puternice între structură, compoziție și funcție, caracteristici evidențiate prin natura adaptivă a acestuia. Principiile de adaptare a țesutului sunt studiate și folosite pentru a crea o teorie a stresului fizic ce ar putea fi utilizată în ghidarea intervenției în timpul proceselor de reabilitare.

Țesutul conjunctiv trebuie să aibă abilitatea de a rezista forțelor la care este supus, oferind suport și protecție. În cadrul activităților de zi cu zi articulațiile suportă multe modificări în forțele care acționează asupra lor. Pentru a testa proprietățile mecanice ale țesutului conjunctiv, cum ar fi încordarea, rigiditatea, elasticitatea etc., se efectuează teste asemănătoare cu cele efectuate asupra materialelor de construcții.

Rezistența țesutului conjunctiv la compresiune și la tensiune depinde de rețeaua de colagen care trebuie să fie intactă pentru a rezista tracțiunii. În tendoane și ligamente, tracțiunea este cauzată direct de sarcina aplicată. În cartilaje, întinderea este determinată de presiunea apei și a proteoglicanilor în componenta interfibrilară a matricei extracelulare, presiune exercitată asupra rețelei de colagen, care trebuie să fie foarte bine ancorată în os la ambele capete. Rezistența osului la tensiune și compresiune depinde atât de componenta sa organică, cât și de cea anorganică.

O altă proprietate a țesutului conjunctiv este vâscoelasticitatea. Toate tipurile de țesut conjunctiv sunt materiale vâscoelastice (combină proprietățile elasticității și vâscozității), acest lucru determinându-le un comportament dependent de timp, de ritm și de istoric. Elasticitatea se referă la capacitatea materialului de a reveni la forma inițială, după ce asupra lui se încetează aplicarea unei forțe. Modificarile de lungime sau deformările suferite sunt direct proporționale cu forța aplicată.

Elasticitatea țesutului conjunctiv este dată în primul rând de cantitățile de colagen și elastină, și de organizarea acestora. Când un material este întins, se efectuează lucru mecanic și energia din material crește. Un material elastic înmagazinează această energie și o eliberează ulterior ca lucru mecanic, permițând materialului să revină la forma sa inițială. De exemplu, în timpul mersului, prelungirea contracției musculare determină o întindere a tendonului atașat mușchiului, iar energia elastică înmagazinată este eliberată în timpul scurtării ulterioare a tendonului.

Articulația cotului

Articulațiile și mușchii cotului sunt concepute pentru a servi mâna. Cotul oferă mobilitate mâinii în spațiu prin prelungirea și scurtarea membrului superior. Astfel îi este permis mâinii să efectueze anumite mișcări de zi cu zi, cum ar fi apropierea mâinii de regiunea feței în timpul mâncatului sau aranjatului și depărtarea acesteia la o distanță egală cu lungimea totală a membrului superior. Rotirea la nivelul articulației cotului oferă mobilitate suplimentară mâinii.

Mișcările importante la nivelul articulației cotului sunt ilustrate în Figura 1.4: flexia și extensia antebrațului, supinația și pronația. Supinația și pronația se realizează prin învăluirea epifizei distale a radiusului în jurul capului ulnei, determinând deplasarea palmei din poziție anterioară în poziție posterioară, adică pronația. Supinația este mișcarea inversă, prin care palma revine în poziția inițială.

Figura . – Mișcările antebrațului [Gray’s]

Pe lângă mobilitate, articulația cotului mai conferă și stabilitate pentru mișcări ale mâinii ce necesită multă forță sau îndemânare în cadrul activităților ce implică manevrarea unor instrumente sau a unor unelte. O mare parte din cei 15 mușchi care traversează cotul acționează și la nivelul umărului și al mâinii, așadar umărul și mâna sunt legate cu cotul pentru a îmbunătăți funcționalitatea mâinii.

Articulația cotului este un complex ce include mai multe articulații:

Articulațiie humeroulnară și humeroradială

Articulațiile radioulnare (proximală și distală)

Articulația cotului este considerată o articulație compusă care funcționează ca o balama liberă. La nivelul acestei articulații există un singur grad de libertate, care permite flexia și extensia cotului, mișcări ce au loc în planul sagital pe axa coronară. În timpul flexiei și extensiei poate apărea o ușoară mișcare de rotație axială și de mișcare laterală la nivelul ulnei, acesta fiind motivul pentru care cotul este considerat o balama liberă. Articulația cotului are în asociere două ligamente mari și cinci mușchi (trei sunt flexori și se află pe partea anterioară a articulației, iar ceilalți doi sunt extensori și se află pe partea posterioară).

Articulațiile humeroulnară și humeroradială

Suprafețele articulare ale humerusului distal, pe partea anterioară, sunt trohleea și capitulum; acestea au o formă de clepsidră. După cum se observă din Figura 1.5 (A), trohleea și capitulum se află între epicondilele humerusului. Trohleea face parte din articulația humeroulnară și este așezată la un anumit unghi față de humerus, fiind orientată puțin spre partea anterioară a humerusului. Proeminența humerusului ce află deasupra trohleei se numește fosă coronoidă și are rolul de a primi procesul coronoid al ulnei la flexarea maximă a cotului.

Capitulum este o parte a articulației humeroradiale și se află pe partea laterală anterioară a humerusului. Fosa radială este proeminența de deasupra capitulumului și are rolul de a primi capul radiusului la flexarea cotului. Posterior, humerusul distal este crestat de fosa oleocraniană, ce are rolul de a primi procesul oleocranian al ulnei la extensia maximă a cotului.

Figura 1.5 – A. Componentele articulației cotului [Gray/s]; B. Axa de mișcare pentru flexie și extensie [Joint structure]

Suprafețele articulare ale radiusului și ulnei corespund cu suprafețele articulare humerale. Suprafața articulației ulnare din articulația humeroulnară este adâncă, concavă, semicirculară și se numește incizura trohleară. Partea proximală a incizurii este împărțită de creasta trohleară în două părți inegale. Procesul coronoid al ulnei alcătuiește partea distală, iar procesul oleocranian este proiectat peste partea proximală. Suprafața articulației radiale este compusă din capătul proximal al radiusului, numit capul radiusului. Acesta are o suprafață concavă numită fovee care este înconjurată de un înveliș.

Articulația dintre humerus și ulna la nivelul articulației humeroulnare se produce în primul rând ca o mișcare de alunecare între creasta ulnară și incizura humerală. În timpul extensiei mișcarea de alunecare continuă pana când procesul oleocranian intră în fosa oleocraniană. În timpul flexiei creasta ulnei alunecă de-a lungul incizurii trohleare până când procesul coronoid atinge podeaua fosei coronoide în flexie totală.

Chiar dacă suprafețele articulare opuse ale trohleei și incizurii trohleare par a fi complet congruente, experimentele pe cadavre au demonstrat că aceste suprafețe articulare nu au contact în centrul suprafeței decât în cazul în care articulația este foarte încărcată.

Articulația dintre capul radiusului și capitulum din articulația humeroradială implică tot o mișcare de alunecare, dar între capul concav al radiusului și suprafața convexă a capitulumului. Capitulumul este puțin mai mic decât foveea corespunzătoare radiusului, deci aceste suprafețe articulare nu sunt congruente. În cazul extensiei complete, nu există nici un contact între cele două suprafețe. În cazul flexiei, marginea capului radiusului alunecă in incizura trohleară și intră în fosa radială, pe măsură ce flexia se apropie de maximul ce poate fi atins.

Axa de mișcare pentru flexie și extensie a fost considerată o axă relativ fixă ce străbate orizontal cotul, trecând prin trohlee și capitulum, și se intersectează cu axa longitudinală a humerusului. Axa de mișcare este ilustrată în Figura 1.5 (B). În urma unor studii recente s-a descoperit că axa de mișcare a cotului este mai puțin fixă decât s-a considerat inițial. Cunoașterea exactă a axei de mișcare a cotului este importantă în proiectarea protezelor deoarece se dorește ca acestea să aibă o mișcare cât mai asemănătoare cu cea a articulației cotului. În trecut, protezele care erau proiectate considerând că articulația cotului este o balama liberă se desprindeau în timpul mișcării.

Valoarea instantanee a înclinării axei de mișcare variază, acest lucru susținând ipoteza că activitatea anumitor mușchi influențează modelul mișcării în timpul flexiei active, iar diferențele în contururile suprafețelor articulare pot explica diferențele ce apar de la individ la individ în timpul mișcărilor pasive. Variațiile axei de mișcare sunt mai mari în planul frontal decât în planul orizontal.

Gama de mișcare la nivelul cotului este determinată de o serie de factori, cum ar fi tipul mișcării (activă sau pasivă), poziția antebrațului (pronație/supinație), indicele de masă corporală, poziția umărului. Gama de flexie activă este de obicei mai mică decât gama celei pasive. Gama de mișcare activă pentru flexia dintre cot și antebraț se situează între valorile 135o – 145o, iar gama de mișcare pasivă este între 150o – 160o.

Poziția antebrațului influențează gama de mișcare a cotului astfel: când antebrațul este în poziție neutră sau în pronație, gama de mișcare este mai mică decât în cazul antebrațului în supinație. Un alt factor de influență, indicele de masă corporală, s-a presupus a limita gama de mișcare a cotului când acesta are o valoare mare (supraponderabilitate), dar această presupunere este încă controversată.

Poziția umărului afectează gama de mișcare prin cei doi mușchi ce intersectează și articulația cotului, și cea a umărului. Acești mușchi pot limita gama de mișcare la nivelul cotului în momentul în care se încearcă efectuarea unei game complete de mișcare simultan în ambele articulații. Mușchii articulari, doi sau mai mulți, nu au o lungime suficient de mare pentru a permite o gamă de mișcare maximă simultan în toate articulațiile pe care le intersectează.

Mai există factori care limitează gama de mișcare a cotului, dar îi conferă stabilitate, cum ar fi ligamentele, configurația suprafețelor articulare și capsula articulației. Cotul are o stabilitate articulară înnăscută la flexie și extensie extreme.

Articulațiile radioulnare

Articulațiile cotului și articulația radioulnară proximală fac parte din aceeași capsulă articulară (au o sinovială comună), dar constituie articulații diferite. Articulațiile radioulnare (proximală și distală) sunt legate și funcționează ca o singură articulație. Cele două articulații au un singur grad de libertate și acționează împreună pentru a produce rotația antebrațului. Aceste articulații sunt uniaxiale de tip pivot și permit mișcările de supinație și pronație, ce au loc în planul transversal, pe axa longitudinală. În asociere articulațiile radioulnare există sașe ligamente și patru mușchi (doi pentru pronație, doi pentru supinație). Componentele suprafețelor articulare ale ambelor articulații radioulnare sunt ilustrate în Figura 1.6.

Suprafețele articulare ale articulației radioulnare proximale includ incizura radială a ulnei, capul radiusului, ligamentul inelar și capitulumul humeral. Incizura radială a ulnei se află pe partea laterală a ulnei, sub incizura trohleară. Suprafața incizurii radiale este concavă și este acoperită cu cartilaj. Ligamentul inelar este un ligament circular atașat de partea anterioară și posterioară a incizurii radiale și este învelit în cartilaj, acest cartilaj fiind continuu cu cel de pe incizura radială. Ligamentul inelar înconjoară capul radiusului, care este și el acoperit cu cartilaj. Capitulum și suprafața proximală a capului radiusului fac parte din articulațiile cotului ce au fost descrise în subcapitolul 1.4.1.

Figura 1.6 – Componentele articulațiilor radioulnare: vedere anterioară (stânga) și posterioară (dreapta) [URL]

Suprafețele articulare ale articulației radioulnare distale includ incizura ulnară a radiusului, capul ulnei și un disc articular ce separă articulația radioulnară de încheietura mâinii. Incizura ulnară a radiusului se află la capătul distal al radiusului, langă marginea interosoasă. Unghiul de curbură al incizurii ulnare este mai mare decât al capului ulnei. Discul articular se mai numește și fibrocartilaj triunghiular deoarece are o formă triunghiulară. Baza discului articular este atașată de marginea distală a incizurii ulnare. Discul are două suprafețe articulare: proximală și distală. Suprafața proximală articulează cu capul ulnei în articulația radioulnară distală, iar suprafața distală articulează cu oasele carpiene în articulația radiocarpiană. Ambele suprafețe articulare au o formă concavă. Suprafața proximală este mai adâncă pentru a se potrivi cu convexitatea capului ulnei, iar suprafața distală este adaptată pentru a se potrivi cu oasele carpiene ale încheieturii mâinii. Și ulna, și oasele carpiene sunt acoperite de membrana sinovială a capsulelor articulare proprii. Capul ulnei este convex, acoperit cu cartilaj și are două suprafețe articulare, care fac legătura cu incizura ulnară a radiusului, respectiv cu discul articular.

Articulațiile radioulnare sunt legate mecanic, deci mișcarea la una dintre ele determină automat mișcare și la cealaltă articulație. Articulația radioulnară distală este legată din punct de vedere funcțional de încheietura mâinii, compresiunea de la mână spre radius și ulnă fiind transmisă prin articulația radioulnară

Mișcările de supinație și pronație au loc la nivelul antebrațului și se produc ca urmare a rotației radiusului la cot și a mișcării extremității distale a radiusului peste ulnă. În timpul acestor mișcări, marginea capului radiusului se rotește în interiorul capsulei formată din incizura radială și ligamentul inelar. Concomitent, suprafața capului radiusului se învârtește pe capitulum. În cadrul articulației radioulnare distale, suprafața concavă a incizurii ulnare a radiusului alunecă în jurul capului ulnei, iar discul articular urmează radiusul răsucindu-se la vârf și ajungând sub capul ulnei. Contactul dintre suprafețele articulare este optim doar în cazul în care antebrațul se află în poziție neutră. În timpul supinației și pronației maxime suprafețele articulare au contact minim.

Axa de mișcare pentru supinație și pronație este axa longitudinală ce se extinde din centrul capului radiusului până în centrul capului ulnei. În timpul supinației, ulna și radiusul se află paralel unul față de altul, iar în pronație radiusul trece peste ulnă. Mișcarea ulnei distale are o amploare mai mică decât a radiusului și este în sens opus acestuia. Capul ulnei se mișcă distal și dorsal în pronație și proximal și medial în supinație.

În articulația radioulnară distală, în timpul supinației, capul ulnei alunecă din marginea incizurii în incizura ulnară a radiusului, iar în pronație acesta revine la loc și este din nou palpabil și vizibil la încheietura mâinii.

Gama de mișcare totală a articulațiilor radioulnare este de 150o. În examinarea clinică, gama de mișcare a supinației și pronației se evaluează având cotul flexat la 90o față de trunchi. Această poziție a cotului stabilizează humerusul astfel încât mișcările articulațiilor radioulnare să poată fi diferențiate de rotația articulației umărului. Când cotul este complet extins, supinația și pronația au loc în concordanță cu mișcarea de rotație a umărului. Limitările pronației atunci când cotul este extins pot fi cauzate de tensiunea pasiva din biceps. Limitările pronației când cotul se află în orice poziție sunt cauzate de aproximările osoase ale radiusului și ulnei și de tensiunea din ligamentul radioulnar dorsal și din ligamentul colateral medial al cotului.

Supinația este limitată de tensiunea pasivă din ligamentul radioulnar palmar. Ligamentele reduc mișcarea capului radiusului în timpul supinației și pronației, iar ligamentul inelar contribuie la menținerea stabilității articulației radioulnare proximale, prin ținerea radiusului aproape de incizura radială.

Funcționalitatea articulației cotului

Din punct de vedere al funcționalității, articulațiile și mușchii cotului sunt folosiți în aproape toate activitățile de zi cu zi, cum ar fi mâncatul, caratul bagajelor, îmbrăcatul etc., dar și în activități particulare (tăiat lemne) sau în sport (tenis, baschet, golf, handbal). În majoritatea activităților de zi cu zi este nevoie de o combinație de mișcări ale cotului și ale articulațiilor radioulnare. Studiile experimentale au demonstrat că pentru efectuarea activităților simple (mâncat, băut, spălat pe dinți etc.) este nevoie de o gamă de mișcare medie de doar 100o a flexiei cotului, 100o a rotirii antebrațului, ce se împarte în 50o pentru supinație și 50o pentru pronație.

De exemplu, pentru folosirea telefonului este nevoie de o gamă de mobilitate de 40o pentru pronație și 20o pentru supinație. De asemenea, folosirea telefonului este o activitate ce necesită o gamă mare de mișcare în flexie – 92.8o – și în supinație/pronație – 63.5o. La polul opus, o activitate ce necesită o gamă mică de mișcare a flexiei cotului și a supinației/pronației este tăierea cu cuțitul.

Legătura articulației cotului cu articulația încheieturii mâinii

Designul articulațiilor radioulnare îmbunătățesc mobilitatea mâinii. În cazul speciilor primitive de mamifere, ulna era o structură importantă ce putea suporta multă greutate și era legată direct de oasele carpiene printr-o articulație densă de tip sindesmoză. Separarea completă a ulnei de carpiene prin discul articular și formarea articulației radiocarpiene învelită în cartilaj sunt caracteristicile care permit realizarea mișcărilor de supinație și pronație în orice poziție se află mâna în raport cu antebrațul. Când cotul este fixat la un unghi de 90o, supinația și pronația rotesc mâna astfel încât palma este orientată superior sau inferior.

Mobilitatea mâinii este obținută în detrimentul stabilității acesteia. Antebrațul mobil nu poate oferi o bază stabilă pentru legătura acestuia cu mușchii încheieturii și ai mâinii. Majoritatea mușchilor ce acționează la nivelul mâinii și încheieturii sunt atașați de capătul distal al humerusului, nu de antebraț.

Localizarea mușchilor încheieturii și mâinii la nivelul cotului și faptul că acești mușchi intersectează articulația cotului creează o relație strânsă din punct de vedere structural și funcțional între cele două complexe. Din punct de vedere anatomic, mușchii încheieturii și ai mâinii contribuie la consolidarea capsulei articulației cotului și la stabilitatea acestuia. În timpul contracției musculare, mușchii încheieturii mâinii pot contribui la producerea momentului în mușchii cotului. Cu toate acestea, mușchii au un rol funcțional mai important – producerea compresiei la nivelul suprafețelor articulare din articulația cotului.

Articulația încheieturii mâinii

Mâna este un subiect de interes universal ce depășește celelalte părți ale corpului, cu excepția creierului, bineînțeles. Mâna umană a fost descrisă drept “un simbol al puterii”, “o extensie a intelectului” și “scaunul voinței”. Relația de simbioză dintre minte și mână, după descrierea sociologilor, este exemplificată astfel: creierul este responsabil de proiectarea civilizației, iar mâna este responsabilă de formarea ei. Mâna nu poate funcționa fără a fi controlată de creier, iar pe de altă parte, creierul are nevoie de mână ca instrument prin care se poate exprima.

Întreg membrul superior este aservit mâinii. Orice pierdere a funcționalității membrului superior, în orice segment, se va reflecta în cele din urmă prin reducerea funcționalității articulațiilor distale. Semnificația acestei potențiale pierderi a determinat studierea detaliată a echilibrului fin dintre complexitățile membrului superior.

Încheietura mâinii este alcătuită din două articulații compuse: radiocarpiană și mediocarpiană. Fiecare articulație proximală a încheieturii are rolul de a mări plasarea mâinii în spațiu și de a crește gradele de libertate disponibile mâinii. Umărul este o bază dinamică de sprijin, cotul permite mâinii să se îndepărteze și să se apropie de corp, iar antebrațul ajustează apropierea mâinii față de un obiect.

Figura 1.7 – Oasele și ligamentele încheieturii mâinii [Joint structure]

Încheietura mâinii are rolul de a controla relațiile lungime-tensiune din mușchii multiarticulari ai mâinii și de a permite ajustări fine în mișcarea de apucare. Mușchii de la nivelul încheieturii sunt proiectați mai mult pentru a oferi stabilitate și control decât pentru a maximiza producerea momentului. Ajustările în relațiile lungime-tensiune ale mușchilor extrinseci ai mâinii ce au loc la nivelul încheieturii nu pot fi înlocuite prin mișcări compensatorii ale umărului, cotului sau antebrațului (articulația radioulnară).

Încheietura mâinii este cea mai complexă articulație a corpului, atât din perspectivă anatomică, cât și din perspectivă fiziologică, datorită complexității și variabilității relațiilor inter și intraarticulare. Structura și biomecanica mâinii și încheieturii variază de la persoană la persoană; chiar și o variație subtilă poate determina diferențe în modul de producere al unei funcții.

În Figura 1.7 sunt ilustrate oasele și ligamentele încheieturii mâini. În partea stângă sunt prezentate ligamentele palmare, iar în partea dreaptă cele dorsale. Ligamentele intrinseci palmare contribuie la menținerea stabilității scafoidului, iar ligamentele dorsale îmbunătățesc stabilitatea radiocarpiană. Oasele articulației încheieturii mâinii sunt radius, ulna și oasele carpiene. Oasele carpiene sunt așezate pe două rânduri, distal și proximal. Rândul proximal este alcătuit din scafoid, osul semilunar, osul piramidal și osul pisiform, iar rândul distal este alcătuit din osul hamat, osul capitat, trapezoi și trapez.

Încheietura mâinii, luată ca un întreg, este considerată biaxială, ce poate efectua mișcări de flexie/extensie în jurul axei coronale și deviații ulnare/radiale în jurul unei axe anteroposterioare. Gamele de mișcare ale întregului complex sunt variabile și reflectă diferențele în kinematica articulațiilor ce pot fi cauzate de forma suprafețelor articulare, de relaxarea ligamentelor și de efectele de constrângere ale mușchilor. Gamele de mișcare au valori între 65o-85o pentru flexie, 60o-85o pentru extensie, 15o-21o pentru deviație radială (abducție) și 20o-45o pentru deviație ulnară (adducție). La intervalele acestor game de mișcare contribuie în proporții variate articulațiile radiocarpiană și mediocarpiană.

Articulația radiocarpiană

Articulația radiocarpiană este formată în partea proximală de radius și de discul radioulnar ca parte a fibrocartilajului triunghiular, și în partea distală este formată din trei oase carpiene: scafoid, semilunar și piramidal.

Radiusul distal are o singură curbură continuă și biconcavă, care este superficială și lungă dintr-o parte laterală în alta (în planul frontal) și mai scurtă și mai ascuțită anteroposterior (în planul sagital). Suprafața articulară proximală este alcătuită din:

fațeta laterală a radiusului ce se articulează cu scafoidul

fațeta medială a radiusului ce se articulează cu osul semilunar

fibrocartilajul triunghiular ce se articulează în mare parte cu osul piramidal, dar poate avea contact și cu osul semilunar când încheietura se află în poziție neutră

Considerată ca un ansamblu, suprafața articulației radiocarpiene compuse este oblică și puțin înclinată, după cum se observă în Figura 1.8. Înclinația medie a radiusului distal este de 23o și are loc ca urmare a diferenței de 12 mm dintre lungimea radiusului în partea exterioară și lungimea lui în partea ulnară. De asemenea, privit din lateral, radiusul este înclinat cu 11o deoarece lungimea radiusului pe partea posterioară este puțin mai mare decât pe partea anterioară.

Fibrocartilajul triunghiular este alcătuit din discul radioulnar și din diferite atașamente fibroase care oferă suportul de bază pentru articulația radioulnară distală. Discul articular este o continuare fibrocartilaginoasă a cartilajului radiusului distal. Discul este conectat în partea medială cu două lamele dense și fibroase de țesut conjuctiv. Lama superioară include ligamentele radioulnare dorsal și palmar, care atașează capul ulnei de procesul stiloid ulnar. Lama inferioară are legături cu învelișul tendonului extensor carpi ulnaris, cu osul hamat, cu osul piramidal și cu baza metacarpianului al cincilea prin fibrele ligamentului ulnar colateral.

Meniscul este o regiune de țesut conjuctiv neregulat care se află în interiorul lamei inferioare, ce traversează palma și ulna de la radiusul dorsal spre osul piramidal, pentru a se insera acolo. De-a lungul său, meniscul are fibre ce se inseră în procesul stiloid ulnar și contribuie la formarea adânciturii prestiloide. Pot exista structuri de țesut conjuctiv ulnar în locul extinderii fibrocartilajului, deoarece țesutul conjunctiv este mai compresibil decât fibrocartilajul și nu limitează gama de mișcare a articulației. Fibrocartilajul triunghiular funcționează la nivelul încheieturii ca o extensie a radiusului distal, exact cum funcționează și în cadrul articulației radioulnare distale.

Figura . – Înclinarea radiusului în articulația radiocarpiană văzută la radiografie [Joint structure]

Scafoidul, osul semilunar și osul piramidal fac parte din rândul proximal carpian și se articulează cu radiusul distal. Aceste oase sunt interconectate între ele prin două ligamente care, ca și carpienele, sunt acoperite în partea proximală cu cartilaj. Cele trei oase împreună cu ligamentele par să formeze o singură suprafață articulară biconvexă acoperită cu cartilaj, care își poate modifica forma pentru a adapta spațiul dintre antebraț și mână.

Curbura suprafeței articulației radiocarpiene distale este mai ascuțită decât a celei proximale, atât în planul sagital, cât și în planul coronal, deci articulația nu este congruentă. Contactul general dintre cele două suprafețe se realizează cu 20% din suprafața disponibilă, deci niciodată mai mult de 40% din suprafață nu este în contact, la oricare moment de timp. Incongruența și angulația suprafeței articulației proximale determină la nivelul articulației radiocarpiene o gamă mai mare de mișcare pentru flexie/extensie și o deviație ulnară mai mare decât cea radială.

Funcționalitatea este afectată de curbura și înclinarea suprafețelor articulare, dar și de dimensiunea ulnei în raport cu radiusul. Când ulna are o lungime mai mică decât radiusul distal se numește varianță negativă, iar când are o lungime mai mare se numește varianță pozitivă. Varianța pozitivă a fost asociată cu îngroșarea fibrocartilajului triunghiular. Varianța negativă poate avea ca efecte distribuția anormală a forțelor de-a lungul articulației radiocarpiene, rezultând în degradarea articulației.

Articulațiile intercarpiene: articulația mediocarpiană

Articulația mediocarpiană este articulația dintre:

Scafoid, osul piramidal, osul semilunar

Rândul carpian distal: osul hamat, trapezoid, trapez, osul capitat

Articulația mediocarpiană reprezintă mai mult o unitate funcțională decât o unitate anatomică pentru ca nu formează o singură suprafață articulară. Din punct de vedere anatomic, această articulație este separată de articulația radiocarpiană, are o capsulă fibroasă și este acoperită de o membrană sinovială care este continuă cu fiecare articulație intercarpiană și poate fi continuă și cu unele articulații carpometacarpiene.

Suprafețele articulației mediocarpiene sunt complexe, cu o configurație generală concav-convexă reciprocă. Complexitatea suprafețelor și a conexiunilor dintre ligamente forțează simplificarea mișcărilor. Din punct de vedere funcțional, carpiene din rândul distal împreună cu metacarpienele asociate se mișcă sub forma unei structuri aproape fixe. Osul capitat și cel hamat sunt legate puternic între ele, permițând o cantitate foarte mică de joc între ele.

Unirea carpienelor distale determină și o distribuție egală a forțelor de-a lungul articulațiilor intercarpiene (os piramidal-os hamat, os semilunar-os capitat, scafoid-os capitat, scafoid-trapezoid-trapez). Împreună, oasele carpiene din rândul distal contribuie cu două grade de libertate la articulația încheieturii mâinii. Această unire funcțională a carpienelor distale cu metacarpienele corespunzătoare reprezintă fundația pentru arcurile transversale și longitudinale ce traversează mâna.

Deplasările permise de suprafețele articulare ale articulației mediocarpiene favorizează o gamă de mișcare pentru extensie mai mare decât pentru flexie, și o gamă mai mare pentru deviație ulnară (adducție) decât pentru deviația radiusului (abducție) – invers față de cum este în cazul articulației radiocarpiene.

Funcționalitatea încheieturii mâinii

Mișcările la nivelul articulației încheieturii mâinii sunt rezultatul unei combinații unice de mușchi activi, ligamente pasive și forțe articulare. Chiar dacă există multe forțe pasive la nivelul rândului carpian proximal, nu sunt aplicate forțe musculare direct pe oasele articulare din rândul proximal. Mușchiul flexor carpi ulnaris își aplică forța prin osul pisiform pe oasele distale. Carpienele proximale sunt o legătură mecanică între radius și carpienele distale și metacarpienele asupra cărora sunt aplicate forțele musculare.

Când se aplică forțe musculare de compresiune de-a lungul unui segment intercalat, segmentul din mijloc tinde să se prăbușeașcă și să se mute în direcții opuse față de segmentele vecine. De exemplu, aplicarea forțelor musculare extensoare de compresiune de-a lungul articulației încheieturii mâinii va cauza prăbușirea scafoidului instabil în flexie în timp ce rândul carpian distal se extinde. Un segment intercalat are nevoie de un sistem de stabilitate pentru a normaliza mișcările combinate de la nivelul articulației radiocarpiene și mediocarpiene, și pentru a preveni prăbușirea segmentului din mijloc, adică rândul carpian proximal în acest caz. Mecanismul de stabilizare implică relația funcțională și anatomică (ligamentele) a scafoidului cu osul semilunar și cu rândul carpian distal.

Articulația încheieturii mâinii permite mișcări în jurul a două axe. La nivelul articulației radiocarpiene se pot realiza abducția și adducția, flexia și extensia mâinii (Figura 1.9). În cazul articulațiilor intercarpiene mișcările sunt limitate, dar acestea contribuie la poziționarea mâinii în mișcările enumerate anterior, mai alex în extensie. Mâna are un grad de adducție mai amplu decât cel de abducție, deoarece procesul stiloid al radiusului este mai extins distal decât procesul stiloid al ulnei.

Figura 1.9 – Mișcările la nivelul articulației radiocarpiene [Gray/s]

În timpul flexiei/extensiei încheieturii mâinii, scafoidul pare să prezinte cea mai mare mișcare din cele trei oase carpiene proximale, iar osul semilunar este cel care se mișcă cel mai puțin. Cercetările au arătat că flexia și extensia articulației radiocarpiene are loc aproape izolat, ca o mișcare de flexie și extensie a rândului carpian proximal. Alți cercetători au descoperit mișcări simultane, dar mult mai mici, de deviație radială/ulnară (abducție/adducție) și de supinație/pronație în timpul flexiei/extensiei radioulnare.

Mișcarea din timpul flexiei/extensiei articulației mediocarpiene a carpienelor distale și a metacarpienelor atașate lor este doar o mișcare simplă de flexie/extensie, cu mișcarea segmentelor distale proporțională cu mișcarea mâinii.

Abducția și adducția (deviația radială și ulnară) sunt mișcări mai complexe, dar mai puțin variate decât flexia/extensia. Rândul carpian proximal prezintă o mișcare unică reciprocă cu deviația radială și ulnară. În abducție, carpienele alunecă ulnar spre radius. Această mișcare determină simultan flexia carpienelor proximale și extensia carpienelor distale. În timpul adducției au loc mișcările opuse, adică extensia carpienelor proximale și flexia carpienelor distale. Aceste mișcări se observă și în radiografia din Figura 1.10. Carpienele distale se comportă ca o unitate relativ fixă în timpul abducției/adducției, iar în cazul carpienelor proximale gama de mișcare dintre oase diferă.

Figura 1.10 – A. Abducție: se produce flexia scafoidului, mișcare ce îl face să pară mai mic decât în adducție; B. Adducție. (S – scafoid, L – os semilunar, C- os capitat) [Joint structure]

În abducție completă articulația radiocarpiană și cea mediocarpiană se află în poziție compactă. Gama de mișcare pentru abducție/adducție este mai mare când încheietura mâinii se află în poziție neutră. Când încheietura mâinii se află în extensie și este într-o poziție compactă, carpienele sunt blocate și este permisă o foarte puțină mișcare de abducție/adducție. În timpul flexiei articulațiile se află în poziție liberă, iar oasele sunt depărtate, deci nu se poate realiza mișcarea rândului proximal de carpiene și, la fel ca în cazul extensiei totale, este permisă doar o mică mișcare de abbducție/adducție.

Ce poate părea o redundanță în funcționalitate la articulația radiocarpiană și la cea mediocarpiană de fapt asigură menținerea gamei de mișcare minime necesare pentru efectuarea activităților de zi cu zi. Cele mai importante mișcări pentru efectuarea activităților de zi cu zi sunt extensia și adducția. În cadrul acestor mișcări are loc contactul maxim dintre scafoid și osul semilunar. Scafoidul are un rol esențial în stabilitatea închieturii, constituind legătura dintre rândul proximal și cel distal de carpiene. Astfel, în poziția de extensie, respectiv adducție, încheietura oferă o bază stabilă ce permite o funcționalitate distală maximă.

Dintre mișcările pe care le realizează mâna, prehensiunea este cea mai importantă, deoarece mâna nu își poate îndeplini rolul de organ senzorial și manipulator decât dacă palma are contact cu un obiect. Pentru efectuarea acestei mișcări este de nevoie ca încheietura mâinii să se afle într-o poziție stabilă de extensie sau adducție moderată. Poziția încheieturii mâinii optimizează puterea flexorilor de la nivelul degetelor astfel încât prehensiunea să poată fi realizată cu efort minim.

Capitolul 2

Dispozitive de măsurare a gamei de mișcare a articulațiilor

Mișcarea la nivelul articulațiilor se împarte în două categorii: artrokinematica și osteokinematica.

Artrokinematica este termenul utilizat pentru mișcarea unei suprafețe articulare în raport cu alta. De cele mai multe ori, una dintre suprafețe este relativ stabilă, reprezentând o bază pentru mișcare, iar cealaltă suprafață se mișcă pe această bază. Mișcările de la nivelul suprafețelor articulare sunt glisarea (alunecarea), rotirea și rostogolirea. Glisarea este o mișcare de translație, în care una dintre suprafețele articulare alunecă peste cealaltă. Rostogolirea este o mișcare de rotație asemănătoare cu mișcarea unui cauciuc pe asfalt. Direcția de rostogolire este dată de direcția de mișcare a osului.

În corpul uman aceste mișcări apar în combinație unele cu altele, rezultând mișcarea unghiulară a osului. Combinarea dintre glisare și rostogolire permite creșterea mișcării la nivelul articulației prin amânarea eventimentelor de compresie și separare a articulației ce au loc la ambele capete ale acesteia în timpul mișcării de rostogolire simplă, fără glisare. Direcția mișcării combinate de rostogolire și glisare depinde de forma suprafeței articulare. Când o suprafață concavă se mișcă pe o suprafață convexă, glisarea și rostogolirea au loc în aceeași direcție cu segmentul osos. Acest lucru permite suprafețelor să mențină un contact optim. Invers, când o suprafață convexă se mișcă pe una concavă, glisarea are loc pe direcție opusă față de segmentul osos, dar rostogolirea rămâne pe aceeași direcție pentru a asigura contactul optim dintre suprafețe.

Mișcările artrokinematice sunt analizate din punct de vedere al domeniului de mișcare, al rezistenței țesutului la finalul mișcării și al efectului asupra simptomelor pacientului. Gamele de mișcare sunt foarte mici și nu pot fi măsurate cu un goniometru standard.

Osteokinematica se referă la mișcarea brută a segmentelor osoase. În timpul mișcărilor articulare, oasele efectuează o mișcare de rotație sau o mișcare unghiulară într-unul din cele trei planuri cardinale ale corpului uman (frontal, sagital, transversal) de-a lungul celor trei axe corespunzătoare (verticală, medial-laterală, antero-posterioară). Evaluarea gamei de mișcare a unei articulații se face prin măsurarea unghiurilor formate între segmentele osoase în timpul mișcării acestora.

Figura 2.1 – Planurile de referință ale corpului uman, cu pacientul așezat în poziție anatomică [URL]

Gama de mișcare (Range of Motion – ROM)

Gama de mișcare este reprezentată de arcul mișcării ce are loc la nivelul unei articulații. Pentru a măsura gama de mișcare, pacientul trebuie să fie așezat în poziție anatomică, cu excepția mișcărilor de rotație din planul transversal. În poziție anatomică, pacientul este așezat în picioare, în poziție verticală, cu picioarele apropiate și cu mâinile pe langă corp, având palmele orientate anterior, adică antebrațul se află în supinație. Această poziție este ilustrată în Figura 2.1 împreună cu planurile de referință ale corpului. Gama de mișcare este definită cu ajutorul a trei sisteme de notare: sistemul 0o-180o, sistemul 180o-0o și sistemul 360o.

În sistemul 0o-180o extremitățile inferioare și cele superioare sunt la 0o pentru flexie/extensie și abducție/adducție când corpul se află în poziție anatomică. În mod normal, gama de mișcare începe la 0o și se termină la 180o, așadar acest sistem este folosit cel mai des în toată lumea, fiind prima dată descris de David Silver în 1923.

În cazul sistemului 180o-0o poziția anatomică este definită a fi la 180o, iar gama de mișcare începe la 180o și se termină la 0o. În sistemul 360o poziția anatomică este definită tot la 180o iar mișcările de flexie/extensie și abducție/adducție încep la 180o și se termină la 360o. Aceste două sisteme sunt mai greu de interpretat, așadar sunt destul de rar folosite.

Gama de mișcare este considerată patologică atunci când mișcarea la nivelul unei încheieturi nu atinge limitele valorilor normale sau le depășește. Dacă gama de mișcare depășeste limita apare hipermobilitatea, iar dacă nu atinge limita, apare hipomobilitatea.

Sistemul standardizat și cel mai des folosit pentru a măsura gama de mișcare este goniometria, în urma căruia se obțin valorile gamei de mișcare în grade. Gama de mișcare poate fi măsurată și stocată pe un computer pentru analize ulterioare folosind electrogoniometre sau sisteme tridimensionale (computerizate) de analiză a mișcării. Astfel de sisteme sunt folosite cu precădere în studii de cercetare.

Gama de mișcare activă

Gama de mișcare activă reprezintă arcul mișcării ce este atins de pacient în timpul mișcării voluntare, fără a fi asistat de cineva din exterior. Evaluarea gamei active de mișcare oferă informații legate de coordonare, de rezistența musculară, de voința pacientului de a se mișca și de gama de mișcare a articulației. Dacă în timpul evaluării pacientul are dureri, acestea pot fi cauzate de întinderea sau contracția mușchilor și tendoanelor, dar și de contracția sau ciupirea țesutului inert, cum ar fi ligamentele, bursa, fascia, capsulele articulare și pielea.

Testarea gamei de mișcare active este o tehnică bună de screening ce ajută focalizarea unei examinări clinice. Dacă pacientul nu prezintă dureri și efectuează mișcările ușor, nu mai este nevoie de testarea acelei articulații mai amănunțit. Dar dacă gama de mișcare activă este limitată și mișcările sunt efectuate într-un mod incomod sau însoțite de dureri, pacientul va trebui supus unor teste suplimentare pentru a găsi problema.

Gama de mișcare pasivă

Gama de mișcare pasivă este arcul mișcării atins de pacient când mișcarea este efectuată doar de un examinator, fără ajutorul pacientului. Pacientul stă relaxat și nu are un rol activ în producerea mișcării. În mod normal, gama de mișcare pasivă este puțin mai mare decât cea activă, deoarece fiecare articulație are o cantitate mică de mișcare ce nu este disponibilă în cadrul mișcărilor voluntare. Diferența dintre cele două game de mișcare se datorează întinderii țesutului ce înconjoară articulația și a reducerii blocului de mușchi relaxați în comparație cu cei contractați. Această gamă de mișcare suplimentară are un rol de protecție a structurilor articulare, deoarece permite absorbirea de către articulație a forțelor extrinseci.

Testarea gamei de mișcare pasive oferă informații legate de integritatea suprafețelor articulare, de extensibilitatea capsulei articulare și a ligamentelor, mușchilor și pielii asociate articulației respective. Așadar, când se axează pe astfel de probleme, se testează mai degrabă gama de mișcare pasivă decât cea activă. Spre deosebire de gama activă, cea pasivă nu depinde de forța mușchilor și de coordonarea pacientului.

Comparația dintre cele două game de mișcare oferă informații despre cantitatea de mișcare permisă de structurile articulare relativă la abilitatea pacientului de a produce mișcare la nivelul acelei articulații. În cazul anumitor afecțiuni, cum ar fi slăbiciunea musculară, cele două game de mișcare variază considerabil. De exemplu, un pacient cu paralizie musculară are o gamă de mișcare pasivă normală, dar nu are deloc gamă de mișcare activă.

În timpul examinării gamei de mișcare pasive poate apărea durerea din diferite cauze. Cea mai frecventă cauză este întinderea, mișcărea sau ciupiurea structurilor inerte. Durerea ce apare la sfârșitul gamei de mișcare se datorează întinderii atât a structurilor inerte, cât și a celor contractile. Prin compararea gamei active cu cea pasivă din punct de vedere al mișcărilor ce produc durere și prin cunoașterea locației acestora, examinatorul poate determina ce țesuturi sunt vătămate. Prin efectuarea testelor de integritate și mobilitate a articulației se poate determina ce țesuturi inerte sunt implicate în durere.

Gama de mișcare pasivă este determinată prin testarea structurii unice a articulației. Unele articulații sunt structurate în așa fel încât capsulele lor articulare limitează gama de mișcare pasivă pe o anumită direcție. Mai există articulații unde gama de mișcare este limitată de ligamentele respectivei articulații. Alte limitări normale ale gamei de mișcare includ contactul suprafețelor articulare, tensiunea pasivă de la nivelul țesuturilor moi (piele, mușchi, fascia), apropierea țesuturilor moi.

Tipul structurii ce limitează gama de mișcare are o caracteristică ce poate fi detectată de examinator. El simte această caracteristică precum o barieră la sfârșitul gamei pasive de mișcare. Pentru a determina această caracteristică este nevoie de practică și de dezvoltarea senzitivității; determinarea trebuie efectuată încet și cu grijă pentru a distinge între limitarea normală și cea anormală a gamei de mișcare. Detectarea corectă a limitei gamei de mișcare este foarte importantă pentru efectuarea unor măsurători goniometrice corecte și sigure.

Hipomobilitatea și hipermobilitatea

Hipomobilitatea se referă la o scădere a gamei de mișcare pasive. Aceasta are o valoare mult mai mică decât valoarea normală pentru acea articulație și pentru vârsta și sexul pacientului. Sfărșitul gamei de mișcare are loc mai devreme decât ar fi normal și poate avea și o variație calitativă. Hipomobilitatea poate apărea din diferite cauze, cum ar fi suprafețe articulare anormale, micșorarea pasivă a capsulelor articulare, a ligamentelor, mușchilor sau pielii, inflamarea acestor structuri.

Hipomobilitatea este asociată cu mai multe boli: osteoartrita, atrita reumatoidă, capsulita adezivă, afecțiuni ale coloanei vertebrale. Micșorarea gamei de mișcare este o consecință destul de des întâlnită ca urmare a imobilizării din cauza fracturilor și a cicatricilor ce apar în urma arsurilor. Afecțiunile neurologice, cum ar fi atacul cerebral, trauma craniană, paralizia cerebrală, pot avea drept urmare hipomobilitatea prin pierderea mișcării voluntare, creșterea tonusului muscular, imobilizare și durere. De asemenea, unele afecțiuni metabolice cum ar fi diabetul pot fi asociate cu o gamă de mișcare mai limitată decât normal.

Hipermobilitatea se referă la o creștere a gamei de mișcare pasive, ce are valori mai mari decât cele normale pentru articulația respectivă și pentru vârsta și sexul pacientului. De exemplu, în cazul adulților, valoarea gamei de mișcare pentru extensia cotului este de 0o, deci o valoare de 30o este mult mai mare decât valoarea normală și indică o hipermobilitate la nivelul articulației. Spre deosebire de adulți, în cazul copiilor este normal să apară o gamă de mișcare mai mare la unele articulații. Dacă această gamă de mișcare se menține odată cu creșterea copiilor, deja se va considera că este o valoare anormală și ca s-a instalat hipermobilitatea.

Hipermobilitatea se datorează permisivității țesuturilor moi, cum ar fi ligamentele, capsulele și mușchii, care în mod normal împiedică mișcarea excesivă la nivelul unei articulații. În unele cazuri, hipermobilitatea se datorează unor anormalități de la nivelul suprafețelor articulare sau, mai frecvent, apare în urma unei traume la nivelul articulației. Apariția hipermobilității are loc și în cazul afecțiunilor ereditare grave ale țesutului conjunctiv, cum ar fi sindromul Ehlers-Danlos, sindromul Marfan, bolile reumatice. În cazul sindromului Down, hipermobilitatea este una din caracteristicile fizice anormale.

Noțiunea de sindrom de hipermobilitate este folosită pentru a descrie pacienți sănătoși ce au hipermobilitate generalizată însoțită de simptome musculoscheletale. Permisivitatea țesuturilor moi este determinată de o anormalitate moștenită legată de colagen și de efectuarea regulată de exerciții fizice. Pentru a diagnostica sindromul de hipermobilitate se începe prin excluderea altor afecțiuni.

Factorii ce influențează gama de mișcare

Gama de mișcare variază de la persoană la persoană și este influențată de mai mulți factori, cum ar fi vârsta, sexul și dacă mișcarea este efectuată activ sau pasiv. Au fost efectuate destul de multe cercetări pentru a studia efectele vârstei și sexului asupra gamei de mișcare a membrului inferior, superior și a coloanei vertebrale.

Alți factori ce depind de pacient și pot afecta gama de mișcare sunt indicele de masă corporală, ocupația, activitățile din timpul liber, dar asupra acestora nu s-au făcut la fel de multe cercetări. Măsurătorile gamei de mișcare pot fi influențate de factori legați de procesul de testare, de exemplu poziția de testare, tipul instrumentului folosit, experiența examinatorului, momentul din zi când se efectuează măsurarea.

Ideal, pentru a determina dacă gama de mișcare este afectată, este recomandată compararea valorii de la articulația respectivă cu valori ale gamei de mișcare de la pacienți de același sex și de aceeași vârstă și cu valori din studii ce au folosit aceeași metodă de măsurare. De multe ori aceste comparații nu sunt posibile deoarece nu au fost stabilite norme pentru toate categoriile de vârstă raportate la sexul pacientului. În acest caz se recomandă compararea valorii gamei de mișcare a articulației cu valoarea aceleiași articulații, dar de la extremitatea contralaterală a aceluiași pacient, considerând că aceasta nu este afectată și nu este utilizată selectiv în activități profesionale sau sportive. Majoritatea cercetărilor au găsit diferențe foarte mici între gamele de mișcare ale extremității drepte față de cea stângă. Unele studii au descoperit că gama de mișcare este puțin mai mică în cazul extremității superioare pe partea dominantă (dreapta pentru dreptaci, stânga pentru stângaci) față de extremitatea contralaterală.

Valorile medii ale gamei de mișcare ce au fost publicate și tabelate servesc ca un ghid general în identificarea valorii normale față de o valoare ce poate indica o anumită afecțiune.

Au fost efectuate numeroase studii pentru a determina efectele vârstei asupra gamei de mișcare a extremităților și a coloanei vertebrale. Există înțelegeri legate de efectele vârstei la nivelul gamei de mișcare a articulaților extremităților în cazul nou născuților, a sugarilor și a copiilor cu vârsta până în 2 ani. Aceste efecte ale vârstei au un caracter specific pentru articulații și mișcări, dar nu par a fi afectate de sexul pacientului, ambele genuri sunt afectate în mod similar.

Efectele genului pacientului asupra gamei de mișcare a extremităților și coloanei vertebrale sunt de asemenea, specifice articulației și mișcării. Dacă se găsesc diferențe datorate genului, de obicei femeile au o gamă de mișcare puțin mai mare decât a bărbaților. În general, diferențele datorate genului sunt mai răspândite și mai semnificative la adulți decât la copii.

Goniometria

Goniometria se referă la măsurarea unghiurilor, în mod particular a unghiurilor formate la nivelul articulațiilor corpului de segmentele osoase. Examinatorul obține aceste măsurători prin plasarea componentelor din sistemul de măsurare (goniometru) de-a lungul oaselor proximale și distale ale articulației ce se dorește a fi evaluată. Goniometria poate fi folosită atât pentru a măsura gama de mișcare pentru o anumită poziție a articulație, cât și pentru a determina gama de mișcare totală posibilă la nivelul acelei articulații.

Goniometria este o parte importantă în cadrul unei examinări complete a articulațiilor și a țesuturilor moi ce o înconjoară. O examinare completă începe de obicei cu anamneza (discuția cu pacientul) și cu revizuirea fișei pacientului pentru a obține o descriere exactă a simptomelor actuale, obținând informații despre istoricul medical, abilitățile funcționale, activităție profesionale, sociale și din timpul liber. După această etapă se observă corpul pacientului pentru a evalua oasele și conturul țesutului moale, dar și starea pielii și a unghiilor. Prin palpare se determină temperatura pielii, calitatea deformării țesutului moale și se localizează sursa durerii în raport cu structurile anatomice. Uneori se recomandă efectuarea unor măsurători antropometrice cum ar fi lungimea extremităților, circumferința sau volumul corporal.

Performanța pacientului în timpul mișcărilor active (descrise în subcapitolul 2.1.1 Gama de mișcare activă) în timpul examinării permite detectarea mișcărilor anormale și obținerea de informații despre disponibilitatea pacientului de efectua anumite mișcări. Dacă sunt descoperite mișcări active anormale, examinatorul efectuează mișcări pasive (descrise în subcapitolul 2.1.2 Gama de mișcare pasivă) pentru a determina cauza limitărilor observate anterior. Prin efectuarea mișcărilor pasive se evaluează țesutul care limitează mișcarea, se estimează gama de mișcare și se detectează durerea.

Goniometria este folosită pentru a determina și a documenta gama de mișcare activă și pasivă de la nivelul articulațiilor, dar și poziții fixe anormale ale articulațiilor. Pentru a identifica structurile anatomice afectate, alături de testele goniometrice se mai pot efectua teste legate de mobilitatea și integritatea articulației, rezistența izometrică a contracțiilor musculare sau teste specifice pentru anumite zone din corp. Mai pot fi incluse teste legate de evaluarea perfomanței mușchiilor și funcțiilor neurologice sau investigații imagistice și teste de laborator.

Datele obținute din investigațiile goniometrice împreună cu celelalte teste reprezintă baza pentru:

Stabilirea unui diagnostic

Modificarea tratamentului

Determinarea prezenței/absenței insuficienței la nivel fizic

Elaborarea unui plan de tratament și a obiectivelor acestuia

Determinarea unui prognostic

Motivarea pacientului

Evaluarea progresului sau lipsa acestuia față de obiectivele dorite în reabilitarea pacientului

Fabricarea ortezelor și echipamentului adaptiv

Cercetarea eficienței tehnicilor terapeutice sau a regimurilor (se compară rezultatele obținute după tratament/exerciții fizice/intervenție chirurgicală etc. cu cele anterioare)

Pentru a măsura gama de mișcare la nivelul articulațiilor se folosesc o varietate de instrumente, pornind de la cele mai simple raportoare și benzi de măsurare până le electrogoniometre și sisteme de analiză a mișcării. Alegerea instrumentului depinde de scopul măsurării (clinic sau în cadrul unei cercetări), de gama de mișcare măsurată și de proprietățile instrumentului (acuratețe, cost, dimensiune, disponibilitate, ușurința în folosire).

Goniometrul universal

Goniometrul universal este cel mai des folosit pentru a măsura gama de mișcare și poziția articulațiilor în domeniul clinic. Acesta a căpătat denumirea de universal datorită versatilității sale. Goniometrul universal poate fi folosit pentru a măsura gama de mișcare și poziția pentru aproape toate articulațiile din corpul uman.

Goniometrele universale pot fi construite din plastic sau metal, câteva modele fiind ilustrate în Figura 2.2. Cele din plastic au mai multe dimensiuni și forme:

A este un goniometru folosit pentru măsurarea la nivelul articulațiilor mari, cum este cea a șoldului, a genunchiului sau a umărului

B, C, D sunt goniometru mai mici folosite pentru măsurarea la nivelul articulațiilor medii, de exemplu încheietura mâinii și glezna piciorului

E este un goniometru mic ce a fost tăiat din goniometrul D pentru a fi mai ușoară măsurarea la nivelul articulațiilor mici, adică ale degetelor.

Figura 2.2 – Goniometre din plastic (stânga) și goniometre din metal (dreapta) [Gonio]

Goniometrele sunt produse într-o varietate de dimensiuni și forme, dar designul de bază este același. Acest design de bază include un corp și două extensii (brațe) – una mobilă și una fixă. Corpul goniometrului seamănă cu un raportor și poate forma un cerc complet sau doar jumătate de cerc (Figura 2.3). Cele cu jumătate de cerc au intervalul de măsurare 0o-180o sau 180o-0o, iar cele cu cerc complet au mai multe intervale de măsură: 0o-180o, 180o-0o, 0o-360o sau 360o-0o. Goniometrele cu cerc complet pot avea ambele intervale de măsură, și până la 180o, și până la 360o. Diviziunile din intervalul de măsurare variază de la 1o la 10o, cel mai des întâlnite fiind cele de 1o și de 5o.

Figura 2.3 – Corpul goniometrelor ce poate fi cu jumătate de cerc (sus) sau cu cerc complet (jos) [Gonio]

În mod normal, brațele goniometrului sunt mobile sau fixe, în funcție de cum sunt atașate de corpul goniometrului. După cum se observă și în Figura 2.4, brațul fix este o componentă structurală a corpului goniometrului și nu poate fi mișcată independent de corp, iar brațul mobil este atașat de centrul corpului goniometrelor de plastic printr-un nit care permite brațului să se miște liber pe corp. Brațul mobil poate avea una sau mai multe din caracteristicile următoare: un capăt ascuțit, o linie albă sau neagră în extinderea lungimii brațului, o mică fereastră. Goniometrele folosite pentru a măsura gama de mișcare pe radiografii au o linie albă opacă în extinderea lungimii brațelor și marcaje opace pe corpul goniometrului pentru a ajuta examinatorul să citească gradațiile. Lungimea brațelor variază în încercarea de a crea dimensiuni adaptate pentru dimensiunea diferitelor articulații.

Figura 2.4 – Designul de bază al unui goniometru universal

Înclinometrul

Înclinometrele sau goniometrele dependente de gravitație folosesc efectul gravitației asupra indicatorilor și nivelelor de fluid pentru a măsura gama de mișcare și poziția articulației.

Goniometrul cu pendul este alcătuit dintr-un raportor de 360o cu o greutate pe post de indicator ce este agățată în centrul raportorului. Acest dispozitiv a fost pentru prima oară descris în anul 1934 de Robert F. Fox și Jan van Breemen. Goniometrul cu fluid a fost realizat de WW Schenkar în 1956 și este alcătuit dintr-o cameră rotundă umplută cu fluid ce conține bule de aer. În Figura 2.5 sunt ilustrate câteva exemple de înclinometre cu greutate și cu bulă de aer, ce au un cadran rotund pentru a putea fi pus pe zeroul scării de măsurare punctul de start al indicatorului/bulei de aer.

Figura 2.5 – Înclinometre cu greutate (A, B, D) și cu bule de aer (C)

Alte înclinometre, cum ar fi cel pentru măsurarea gamei de mișcare cervicală, folosesc un ac pendular care reacționează la gravitație pentru a măsura mișcările din planul frontal și sagital, și acul unei busole care reacționează la câmpul magnetic al pământului pentru a măsura mișcările din planul orizontal. Pe piață se comercializează o gamă largă de înclinometre manuale și digitale. Acestea sunt în general mai scumpe decât goniometrele universale.

Înclinometrele sunt atașate sau ținute lângă segmentul distal al articulației care se măsoară. Se notează unghiul format între axa segmentului distal și linia gravitațională. Înclinometrele pot fi mai ușor de folosit în unele situații decât goniometrele universale deoarece acestea nu trebuie să fie aliniate cu segmentele osoase sau să fie centrate pe axa de mișcare a articulației. Cu toate acestea, este foarte important ca segmentul proximal al articulației măsurate să fie așezat vertical sau orizontal pentru a efectua măsurători corecte. Dacă segmentul proximal este înclinat în vreun fel, trebuie făcute ajustări suplimentare pentru determinarea măsurătorii corecte.

Înclinometrele sunt dificil de folosit în măsurarea unghiurilor articulațiilor de dimensiuni mici sau în cazul articulațiilor ce prezintă deformări ale țesuturilor moi sau edeme.

Înclinometrele, ca și goniometrele universale, sunt folosite în domeniul clinic, dar ele nu trebuie interschimbate între ele. Dacă examinatorul folosește un goniometru universal pentru a măsura gama de mișcare a unui anumit pacient, nu este deloc recomandat ca la o vizită ulterioară a aceluiași pacient să măsoare cu un înclinometru. Cele două dispozitive de măsurare pot avea rezultate puțin diferite, iar compararea lor nu este deloc relevantă.

Electrogoniometrul

Electrogoniometrele au fost descrise prima oară în 1959 și sunt folosite în cercetare pentru a efectua măsurători dinamice ale gamei de mișcare a articulațiilor. Majoritatea dispozitivelor au două brațe, similar cu designul goniometrului universal, ce sunt atașate segmentului proximal și celui distal al articulației. În Figura 2.6 este reprezentat foarte simplist un electrogoniometru conectat la calculator.

Între cele două brațe este conectat un potențiometru, care își modifică rezistența ca urmare a modificării poziției articulației. Potențiometrele ce măsoară deplasarea unghiulară au fost integrate și cu senzori de tensiune și dinamometre isokinetice pentru a măsura cuplul rezistiv. Există și electrogoniometre flexibile ce au două capete de plastic conectate printr-un senzor de tensiune flexibil. Acestea sunt folosite pentru a măsura gama de mișcare dintre cele două capete într-unul sau în două planuri de mișcare.

Figura 2.6 – Electrogoniometru reprezentat într-o schemă simplă [URL]

Alte electrogoniometre sunt asemănătoare cu goniometrele pendulare, modificarea poziției articulației determinând o schimbare la nivelul contactului dintre pendul și rezistențe. Contactul cu rezistențele produce o modificare la nivelul curentului electric, care este folosită pentru a indica valoarea gamei de mișcare.

Electrogoniometrele sunt scumpe și este nevoie de timp pentru a le calibra corect și a le atașa de pacient. Din aceste cauze, electrogoniometrele sunt folosite mai multe în cercetare decât în domeniul clinic.

Alte metode de măsurarea a gamei de mișcare a articulațiilor ce sunt folosite în studii de cercetare sunt radiografiile, fotografiile, filmele și sistemele de analiză a mișcării asistate de calculator.

Sisteme computerizate de înregistrare și analiză a mișcării

Sistemele computerizate se bazează pe captura mișcării (în literatura de specialitate se folosește termenul de MoCap – Motion Capture), care se referă la procesul de înregistrare a mișcării și transpunerea acesteia într-un model digital. Aceste sisteme au aplicații diverse: realitate virtuală (industria filmului, jocuri video etc.), sisteme de supraveghere inteligente (recunoașterea mersului), analiza mișcării în domeniul medical și sportiv (studii clinice, îmbunătățirea perfomanței, reabilitare). Aceste sisteme pot înregistra nu numai mișcările corpului uman, ci și a animalelor sau a sistemelor multicorp.

O definiție a termenului de captură a mișcării a fost dată de Alberto Menache în 1999: „Captarea mișcării reprezintă procesul de înregistrarea a unui eveniment al mișcării în timp real și conversia acestuia în termeni matematici utilizabili prin înregistrarea unui număr de puncte-cheie în spațiu, repectiv coordonate, în timp, și combinarea acestora pentru a obține o singură reprezentare 3D a mișcării”.

Reconstrucția digitalizată a mișcării permite calcularea a diverși parametrii DE COMPLETAT, printre care și parametrul de interes al acestei lucrări: gama de mișcare a articulațiilor.

Sistemele de captură a mișcării se împart în două categorii:

Non-optice (inerțiale, mecanice, magnetice)

Optice (cu markeri activi sau pasivi, fără markeri)

Sisteme non-optice

Sistemele inerțiale sunt sisteme cu accelerometre ce se bazează pe senzori de inerție în miniatură. Pentru analiză folosesc modele biomecanice, iar pentru digitalizarea mișcării folosesc algoritmi performanți. Avantajul sistemelor de acest tip este ușurința cu care se pot utiliza și rentabilitatea economică, adică obținerea analizei mișcării cu costuri reduse. Un exemplu de sistem inerțial este prezentat în Figura 2.7.

Sistemele mecanice sunt de obicei alcătuite din potențiometre și tije culisante. Aceste tije sunt fixate la anumite puncte cheie de pe suprafața corpului. Cu ajutorul potențiometrelor se detectează modificările de la nivelul corpului, astfel realizându-se capturarea mișcării. Fixarea tijelor culisante și a potențiometrelor pe corp se prezintă ca un exoschelet, tijele fiind în dreptul oaselor, iar potențiometrele fiind în dreptul articulațiilor. Un astfel de sistem este cel din Figura 2.8.

Sistemele magnetice folosesc senzori plasați pe corp care măsoară câmpul magnetic de frecvență joasă emis de o sursă. Atât senzorii, cât și sursa, sunt legați prin cablu la o unitate de control electronică ce corelează localizarea senzorilor în câmpul magnetic în funcție de semnalul măsurat de fiecare senzor. Unitatea de control transmite datele obținute la un calculator, ceea ce va permite utilizarea ulterioară a unui software pentru a reprezenta într-un spațiu tridimensional pozițiile și rotațiile corpului.

Figura 2.7 – Exemplu de sistem inerțial: costumul din latex ce conține rețeaua de senzori (a), distribuția senzorilor pe corp (b) [URL]

Figura 2.8 – Sistem mecanic de analiză a mișcării

Sisteme optice

Sistemele optice de captare a mișcării folosesc camere video pentru a urmări mișcarea de la nivelul unor markeri ce sunt plasați pe corp în niște puncte prestabilite. Pentru înregistrarea mișcării corpului este nevoie de cel puțin 8 camere video (de obicei se folosesc între 8 și 16 camere video), iar pentru înregistrarea expresiilor feței este nevoie doar de una sau două camere video.

Sistemele optice fără markeri folosesc numai senzori optici pentru a măsura mișcările de la nivelul corpului uman.

Sistemele optice cu markeri pasivi sunt cele mai populare în domeniul biomecanicii, al ingineriei, al aplicațiilor clinice, dar și în domeniul divertismentului, adică al filmelor și jocurilor pe computer. Markerii pasivi sunt niște markeri acoperiți cu o suprafață retroreflectivă, ce se atașează pe corp în punctele stabilite de anumite protocoale. În jurul obiectivului fiecărei camere video există o serie de diode emițătoare de lumină infraroșie (LED). Suprafața retroreflectivă a markerilor va reflecta această lumină, ce va fi înregistrată de camerele video. De asemenea, camerele video pot fi reglate astfel încât numai markerii luminoși să fie vizibili, ignorând pielea sau hainele. Pentru a calibra camerele video se folosește un obiect cu markeri atașați în poziții cunoscute. Dacă două camere calibrate văd un marker, se poate construi poziția lui tridimensională.

În Figura 2.9 se poate observa în stânga un exemplu de plasare a markerilor pe corp și cum strălucesc, reflectând lumina infraroșie de la camerele video. Tot în Figura 2.9 (dreapta) este un exemplu de cameră video folosită pentru înregistrarea mișcării, ce are obiectivul în centru și LED-urile pe margine.

Figura 2.9 – Exemplu de plasare și vizualizare a markerilor (stânga); exemplu de camere video pentru înregistrarea mișcării (dreapta)

Sistemele optici cu markeri activi sunt

Capitolul 3

Proiectarea unui dispozitiv de măsurare a gamei de mișcare

Modele constructive existente de electrogoniometre

În acest subcapitol sunt prezentate câteva modele constructive de electrogoniometre de la firme cunoscute în domeniul ingineriei medicale.

Biometrics Ltd.

Biometrics Ltd. este un lider mondial în fabricarea și furnizarea de electrogoniometre pentru analiza dinamică a mișcării în mediile de cercetare, și de sisteme computerizate de evaluare și de exerciții pentru reabilitarea clinică.

Gama de sisteme electrogoniometrice de precizie brevetate de Biometrics Ltd. au fost utilizate începând cu anul 1991 în diferite proiecte de cercetare. Senzorii oferiți de această firmă pentru măsurarea mișcării dinamice a articulațiilor sunt rapizi, preciși și ușor de utilizat. Acești senzori sunt proiectați pentru a putea fi integrați cu ușurință cu alte sisteme, în vederea obținerii unei colectări de date sincronizată.

Electrogoniometrele de la Biometrics pot fi cu o singură axă sau cu două axe. Electrogoniometrul cu o singură axă (Figura 3.1 stânga) măsoară unghiurile într-un singur plan. Cel din Figura 3.1 (stânga) este un goniometru mic ce a fost conceput pentru măsurarea flexiei/extensiei la nivelul articulațiilor mici, precum ale degetelor de la mâini sau de la picioare.

Figura 3.1 – Electrogoniometrele de la Biometrics Ltd.: cu o singură axă (stânga) și cu două axe (dreapta) [biometrics url]

Electrogoniometrul cu două axe (Figura 3.1 dreapta) măsoară simultan unghiurile din două planuri de mișcare. De exemplu, pentru a măsura mișcările de la nivelul articulației încheieturii mâinii, capetele electrogoniometrului sunt atașate de suprafața dorsală a mâinii. Un capăt este atașat pe al treilea metacarpian, iar celalălalt este atașat pe linia mediană a antebrațului, având încheietura mâinii în poziție neutră. Acest electrogoniometru are doi conectori de ieșire separați. Unul măsoară flexia/extensia, iar celălalt măsoară adducția/abducția (deviația ulnară/radială).

Electrogoniometrul cu două axe se poate folosi și pentru a măsura gama de mișcare a articulațiilor cu o singură axă, cum ar fi articulația cotului sau a genunchiului. Dacă se dorește măsurarea pe o singură axă, se conectează doar unul din cei doi conectori.

Freescale

Freescale este un lider în soluții de procesare integrate pentru piețele auto, industriale, de rețele și de consumatori. Produsele lor includ de la microcontrollere și microprocesoare la senzori și circuite integrate analogice și de conectivitate.

În materie de electrogoniometre, Freescale prezintă soluțiile tehnologice cel mai des folosite, adică electrogoniometrul flexibil (Figura 3.2 a, b), electrogoniometrul cu potențiometru (Figura 3.2 c) și sistemele optoelectronice (Figura 3.2 d).

Figura 3.2 – Electrogoniometru flexibil (a, b); Electrogoniometru cu potențiometru (c); sistem optoelectronic (d) [freescale URL]

Soluția propusă de Freescale implică folosirea unui accelerometru. Gama de accelerometre de la Freescale au următoarele caracteristici:

Accelerația gravitațională de la 1.5 la 12 g;

Măsurarea pe una, două sau trei axe de mișcare;

Semnalul de ieșire analogic sau digital;

Timp rapid de răspuns;

Consum mic de curent;

Funcționare la tensiune joasă;

Modul de așteptare (standby).

Toate aceste caracteristici sunt incluse într-un mic pachet pentru a detecta căderea, mișcarea, poziționarea, șocul, vibrația, înclinarea.

Folosind comportamentul accelerometrelor și tehnici simple de liniarizare, un microcontroller de 8 biți, un dispozitiv cu funcționalitate USB, se poate utiliza un accelerometru pentru a măsura unghiul dintre o suprafață și un plan orizontal. S-a folosit un convertor analog digital pentru a converti semnalul analog și a-l putea procesa ca un semnal digital ce conține informații despre unghi. Această metodă poate fi folosită pentru a măsura unghiuri în două sau trei dimensiuni, dacă se utilizează alte tipuri de accelerometre.

Se poate crea o reprezentare tridimensională a segmentului asupra căruia se fac măsurători pentru a putea permite colectarea mai multor informații.

În Figura 3.3 este prezentată schema bloc a sistemului de la Freescale, unde se folosesc accelerometre cu accelerație gravitațională mică pe post de senzori, ce trimit semnalul (unghiul) de la fiecare segment către unitatea centrală de procesare prin comunicare serială analogică sau digitală (în funcție de accelerometrul ales). Unitatea centrală de procesare efectuează calculele necesare și trimite informația către afișaj (LCD). Prin comunicația USB poate fi folosită pentru a printa datele obținute sau pentru a le transmite la un calculator, în vederea procesării ulterioare.

Figura 3.3 – Schema bloc a electrogoniometrului de la Freescale [freescale URL]

Capitolul 4

Program de prevenire a scurgerilor de date, bazat pe informațiile colectate din rețea

Soluția de prevenire a scurgerilor de date de la Check Point

Modulul software pentru prevenirea scurgerilor de date de la Check Point (DLP Software Blade) combină tehnologia și procesele pentru a revoluționa această tehnică, ajutând întreprinderile în a proteja, preventiv, informații sensibile de la pierderea accidentală, în educarea utilizatorilor cu privire la politicile adecvate de manipulare a datelor, și oferindu-le posibilitatea de a remedia incidentele în timp real [10].

Figura 4.1 prezintă arhitectura globală a mediului virtual proiectat, mediu în care a fost integrată aplicația de securitate de la Check Point. Tabel centralizator al adreselor IP utilizate poate fi găsit în Anexa 1.

Figura . – Arhitectura globală a sistemului de prevenire a scurgerilor de date, bazat pe informațiile colectate din rețea

Modulul de DLP face parte din Check Point Security Gateway R77, aplicația de securitate cu structură modulară (figura 4.3) controlată de sistemul de operare denumit Gaia. Arhitectura modulară oferită este diferită deoarece oferă specialiștilor IT posibilitatea personalizării unei soluții de securitate pe o singură platformă comună care poate fi ușor extinsă sau modificată în funcție de cerințe. Oferă un grad mare de flexibilitate fără a scădea performanțele.

Un software blade este o aplicație de securitate cum ar fi un firewall, un sistem de prevenire a intruziunilor, un sistem de prevenire a scurgerilor de date (DLP), filtrare URL și multe altele, ce este independentă, modulară și gestionată la nivel central. Ele permit organizațiilor să realizeze o configurație de securitate ce are ca obiectiv combinația potrivită de protecție și de investiție în această soluție.

În figura 4.2 este reprezentată diagrama logică de lucru a modulului de DLP, în funcție de tipul de acțiune ce este ales pentru o anumită regulă definită.

Figura . – Diagrama logică de lucru a sistemului de prevenire a scurgerilor de date, bazat pe informațiile colectate din rețea

Figura . – Arhitectura modulară a soluției de securitate – Software Blade Architecture [11]

Instalare și configurare Security Gateway R77

În figura 4.4 este prezentat pasul din instalarea inițială unde se configurează interfața de management a aplicației de securitate prin intermediul căreia se accesează ulterior interfața web și consolele de control, configurare și monitorizare ale modulelor de securitate.

Figura . – Setarea adresei IP pentru interfața de management a aplicației de securitate

În implementarea virtuală realizată în VMware Workstation 10, serverul de management al securității și poarta de securitate (security gateway) s-au instalat pe aceeași mașină virtuală (figura 4.5).

Figura . – Instalare Security Gateway și Security Management

În figura 4.6 este prezentată interfața web a soluției de securitate de la Check Point, mai exact configurarea interfețelor de rețea, iar in figura 4.7 setarea gateway-ului pentru acces la Internet.

Figura . – Configurarea adreselor IP ale interfețelor de rețea

Figura . – Setarea adresei IP a gateway-ului rețelei externe

Figura . – Mașini virtuale implementate folosind VMware Workstation 10

Au fost folosite cinci mașini virtuale în VMware (figura 4.8), pentru care s-au setat în mod corespunzător adaptoarele de rețea și anume:

Mașina virtuală ce conține soluția de securitate are nevoie de trei adaptoare de rețea: unul pentru management (VMnet1), unul pentru rețeaua internă (VMnet3) și unul pentru rețeaua externă (modul Bridged a fost ales).

Serverul de mail din rețeaua internă are un adaptor de rețea și anume VMnet3.

Pentru testarea regulilor de DLP s-au configurat două mașini virtuale pe post de utilizator și destinație, cea internă cu sistemul de operare Windows XP (VMnet3) iar cea externă cu sistemul de operare Windows 7 (Bridged).

Pentru SMTP s-a configurat și un server de mail în rețeaua externă care să primească mesaje de la serverul de mail din interiorul rețelei protejate.

Pentru administrarea politicilor de securitate, monitorizarea evenimentelor din rețea, instalarea de actualizări pentru produse, administrarea unui mediu cu mai multe domenii, etc, se folosesc console (figura 4.9) ce se accesează folosind credențialele mașinii virtuale și adresa IP a interfeței de management (figura 4.10).

Figura . – Instalarea SmartConsole R77

Pentru crearea și administrarea politicilor de securitate se utilizează consola denumită SmartDashboard.

Figura . – Accesarea SmartDashboard

În SmartDashboard a fost actualizată topologia porții de securitate pentru recunoașterea rețelei interne și a celei externe și introduse principalele elemente din rețea (figura 4.11).

Figura . – Topologia rețelelor în SmartDashboard

Activarea și configurarea modulului de DLP

Pentru utilizarea soluției de prevenire a scurgerilor de date se selecteză software blade-ul de Data Loss Prevention (figura 4.12) după care se trece la o serie de configurări inițiale ce pot fi ulterior modificate.

Figura . – Soluțiile de securitate disponibile

Se setează domeniul ce se dorește a fi protejat (s-a setat domeniul test.ro adică domeniul configurat pentru serverul de mail din rețeaua internă), figura 4.13.

Figura . – Setarea domeniului

În figura 4.14 se specifică dacă se dorește un portal web pentru rezolvarea incidentelor apărute și unde sunt plasate în carantină mail-urile ce au fost blocate de o anumită politică de securitate. Se specifică, de asemenea, ce server de mail va fi folosit de gateway pentru trimiterea notificărilor de securitate (se va folosi pe acest post serverul de mail din rețeaua internă)

Figura . – Activarea portalului web pentru DLP și specificarea serverului de mail pentru trimiterea de notificări

Se precizează pentru ce protocoale se va activa modulul de DLP (figura 4.15).

Figura . – Protocoale monitorizate

Figura . – Finalizarea configurațiilor de bază

Odată ce acești pași au fost efectuați (figura 4.16), se poate trece la implementarea politicilor de securitate dorite și activarea altor opțiuni sau modificarea celor specificate în configurarea inițială.

Dezvoltarea, implementarea și monitorizarea regulilor de DLP

Politica DLP definește ce date vor fi protejate de la a fi transmise în afara rețelei externe, incluzând: conținutul email-ului, recipienții acestuia, atașamentele (chiar și arhivate), transferurile FTP spre exteriorul rețelei, postări web, mail web și altele. Politica dictează acțiunea pe care modulul DLP o ia atunci când o transmisie este capturată.

O regulă DLP este constituită din:

Tipurile de date ce trebuie protejate: unele complexe, altele simple cum ar fi chiar un cuvânt. Se pot adăuga oricât de multe tipuri de date în funcție de necesități.

Sursa transmisiei: implicit, întreaga rețea internă ca în figura 4.17 (politica va verifica toate transmisiunile de date, ce vin de la orice utilizator din rețeaua internă, ce conțin tipurile de date definite) sau un anumit utilizator, grup, sau rețea.

Figura . – Specificarea sursei transmisiunii

Destinația: implicit, orice se află în afara organizației . Se pot alege ca destinații orice obiecte de rețea definite în SmartDashboard și se poate proteja transferul de date între utilizatori interni.

Protocolul: implicit, oricare, dar se poate alege ca regula să se aplice doar postărilor HTTP, doar transferurilor FTP, etc.

Acțiunea ce se va lua: răspunsul DLP atunci când o regulă se încalcă: detectarea și logarea, informarea expeditorului, amânarea pâna la decizia utilizatorului de a trimite sau nu informațiile sensibile și specificarea motivației pentru care face acest lucru, sau blocarea transmisiunii.

Tipul de urmărire: atunci când o transmisiune încalcă o regulă, în mod implicit este logată ca incident în consola de monitorizare SmartView Tracker. Se pot adăuga notificări pe mail și alte metode de urmărire.

Nivelul de severitate al regulii

Intervalul de timp pentru care regula DLP să fie activă.

S-au creat și implementat reguli personalizate pentru prevenirea scurgerilor de date din rețeaua internă și regulile s-au testat pentru toate cele trei protocoale (FTP, HTTP și SMTP), folosind diferite acțiuni asupra transferurilor și diferite tipuri de date.

Agentul numit UserCheck se instalează pe terminale în scopul comunicării cu gateway-ul și afișarea notificărilor de interacțiune pentru utilizatori. Aceștia aleg o opțiune în mesajul de notificare pentru un răspuns în timp real. Notificările de incidente DLP pot fi trimise pe email (doar pentru incidente SMTP) sau pot apare prin agent în bara de sistem (pentru SMTP, HTTP și FTP), [12].

Trafic SMTP

Testarea regulilor pentru traficul SMTP s-a realizat prin instalarea și configurarea a două servere de email, ambele pe sistemul de operare Ubuntu 14.04. A fost folosită soluția open source iRedMail [13] ce folosește agentul de transfer de mail (Mail Transfer Agent – MTA) Postfix, iar pentru configurarea numelor de domenii s-a utilizat software-ul BIND [14]. Ambele mașini au primit adrese statice (figurile 4.18 și 4.19) în rețelele internă, respectiv externă, și au fost setate astfel încât transmiterea de mesaje electronice să fie posibilă între ele.

S-au setat numele de domenii pentru serverul intern, test.ro, și pentru cel extern, extern.ro (figurile 4.20 și 4.21).

Figura . – Configurarea interfeței eth0 pentru serverul de mail din rețeaua internă

Figura . – Configurarea interfeței eth0 pentru serverul de mail din rețeaua externă

Figura . – Configurarea sistemului de nume de domeniu pentru serverul de mail intern

Figura . – Configurarea sistemului de nume de domeniu pentru serverul de mail extern

Figura . – Regula de fingerprint

În figurile ce urmează se va testa regula de fingerprint (amprentare) dezvoltată (figura 4.22), folosind protocolul SMTP. Tehnica de fingerprint folosește un depozit (repository) ce este o locație din rețea care conține fișiere ce nu trebuie să părăsească organizația (figura 4.23). Modulul DLP scanează aceste fișiere și generează o semnătură unică pentru fiecare (figura 4.24). Când un fișier trece prin gateway, acesta este scanat și o semnătură este generată. Această semnătură este comparată cu semnăturile fișierelor din depozit și dacă se potrivesc, fișierului scanat nu i se permite ieșirea din rețeaua internă (în funcție de tipul de acțiune ales pentru regulă).

Figura . – Specificarea locației din rețea unde se află depozitul pentru tehnica de fingerprint

Figura . – Scanarea directorului de fingerprint de la locația specificată

Acțiune specificată este de Ask User deci se va primi un mail de la gateway pentru a confirma acest transfer. Adițional, specificăm că dorim adăugarea unui watermark (marcaj vizibil) documentului după ce acesta trece prin gateway pentru a face clar că acest fișier este confidențial (figura 4.25).

Figura . – Locul de setare a watermark-ului dorit

Folosind interfața web a serverului de mail din rețeaua internă se trimite un mail ce conține un fișier din fingerprint repository spre serverul extern (figura 4.26).

Figura . – Expedierea mail-ului de test

La încălcarea unei reguli este trimis utilizatorului un email de notificare ca în figura 4.27

Figura . – Se primește pe email notificarea DLP de la poarta de securitate

Putem vizualiza toate detaliile incidentului accesând raportul din consola de monitorizare a incidentelor apărute în rețea, SmartView Tracker, ca în figura 4.28.

Figura . – Raportul incidentului înregistrat în SmartView Tracker

Pe durata cât mesajul se află în carantină până la răspunsul clientului, administratorul sistemului de securitate poate accesa acest email în portalul web de DLP cu URL-ul specificat inițial (figura 4.29).

Figura . – Mail-ul în carantină în portalul de DLP

Figura 4.30 prezintă interfața ce îi este afișată utlizatorului pentru confirmarea transferului confidențial și, în mod obligatoriu, introducerea unui motiv al schimbului de informație.

Figura . – Validarea și motivația utilizatorului pentru trimiterea acestui mail

Odată ce transmisia a fost confirmată (figura 4.31), email-ul este trimis către destinație (figura 4.32) și poate fi descărcat cu marcajul vizibil aplicat (figura 4.33).

Figura . – Confirmarea transferului

Figura . – Mail-ul recepționat de către serverul extern

Figura . – Documentul descărcat cu watermark inclus

Figura 4.34 prezintă diagrama logică de lucru a regulii dezvoltate anterior cu subprocesele aferente ce apar în modulul de DLP.

Figura . – Diagrama logică de lucru a regulii aplicate traficului SMTP

Trafic HTTP/HTTPS

Pentru traficul HTTP și HTTPS s-a creat o regulă ce va verifica proprietățile documentului și va decide pe baza acestora dacă să blocheze sau nu fișierul ce se vrea a fi încărcat pe www.transfer.ro și soluția de web mail securizat de la yahoo (figura 4.35). S-a stabilit ca fișierele în formatul pdf și cu o dimensiune mai mare de 1000kB să fie blocate (figura 4.36). Pe terminalul din rețeaua internă a fost instalat agentul UserCheck (figura 4.37).

Figura . – Regula aplicată pe protocolul HTTP

Figura . – Specificarea proprietăților pentru care se încalcă regula

Figura . – Agentul UserCheck instalat pe terminalul din rețeaua internă

Figura 4.38 prezintă diagrama logică de lucru a regulii ce se va aplica.

Figura . – Diagrama logică de lucru a regulii aplicate traficului HTTP

Atunci când se încearcă încărcarea prin HTTP a unui document ce respectă proprietățile specificate, modulul DLP blochează acest transfer fără opțiunea de a da o motivație deoarece a fost selectată opțiunea de blocare a transferurilor (figura 4.39).

Figura . – Transfer blocat de DLP

Raportul incidentului este salvat în SmartView Tracker (figura 4.40).

Figura . – Raportul în SmartView Tracker

Se poate activa pe gateway și inspecția traficului HTTPS pentru a inspecta trafic ce este criptat de protocolul SSL (figura 4.41). SSL securizează comunicația între clienții ce folosesc un browser web și serverele web. Furnizează confidențialitatea și integritatea datelor prin criptarea traficului. Porțile de securitate fără inspecție HTTPS activată nu observă traficul trimis prin tunelul criptat SSL. Aceasta face ca acea rețea să fie vulnerabilă la atacurile de securitate și la pierderea de informații confidențiale.

Există două tipuri de inspecție HTTPS:

Inspecție HTTPS pentru traficul de intrare: pentru a proteja serverele de cereri malicioase ce provin din Internet sau o rețea externă.

Inspecție HTTPS pentru traficul de ieșire: pentru a proteja organizația de trafic malicios trimis de un client din rețeaua internă către o destinație din afara organizației.

În cazul inspecției HTTPS pentru traficul de ieșire, când un client al organizației inițiază o conexiune HTTPS la un site securizat, poarta de securitate interceptează cererea, stabilește o conexiune securizată la site-ul web solicitat și validează certificatul serverului acestuia. Creează un nou certificat SSL pentru comunicația dintre gateway și client, trimite clientului noul certificat și continuă negocierea SSL cu acesta.

Folosind cele două conexiuni SSL decriptează datele criptate de la client, inspectează conținutul decriptat cu politica de securitate și criptează din nou datele pentru a păstra confidențialitatea pentru restul drumului până la serverul web destinație.

Figura . – Activarea opțiunii de HTTPS Inspection

Regula implicită pentru HTTPS inspectează orice trafic către Internet prin acest protocol (figura 4.42).

Figura . – Regula de inspecție a traficului HTTPS

La accesarea locațiilor cu HTTPS este utilizat certificatul creat în poarta de securitate și exportat clientului (figura 4.43).

Figura . – Certificatul utilizat este cel definit în poarta de securitate

Raportul din SmartView Tracker la încărcarea pe un site securizat prin SSL a unui document ce a încălcat o regulă (figura 4.44).

Figura . – Raportul incidentului

Trafic FTP

Regula testată în cele ce urmează spune că atunci când într-un document este depistat cel puțin unul din cuvintele cheie specificate, utilizatorul va fi informat la expediere că transmite informații confidențiale (figura 4.45). Diagrama logică de lucru a acestei reguli este prezentată în figura 4.46.

Pentru testarea regulilor de prevenire a scurgerilor de date pe protocolul FTP s-au utilizat FileZilla Server (figura 4.47) și Filezilla Client (figura 4.48). Tabel centralizator al resurselor hardware și software utilizate pentru această lucrare poate fi găsit în Anexa 2.

Figura . – Regula aplicată pe protocolul FTP

Figura . – Diagrama logică de lucru a regulii aplicate traficului FTP

Figura . – Serverul de FTP aflat pe mașina virtuală din rețeaua externă către care se va trimite documentul

Figura . – Clientul de FTP și notificarea apărută la transferarea documentului ce a încălcat regula

În raportul incidentului se pot vizualiza cuvintele cheie detectate în document, se poate descărca documentul, este indicat protocolul utilizat pentru transmisie, sursa și destinația, etc (figura 4.49).

Figura . – Raportul din SmartView Tracker referitor la transferul FTP efectuat

Concluzii

Pot concluziona, după cele realizate în această lucrare, ușurința integrării unui sistem de prevenire a scurgerilor de date, bazat pe informațiile colectate dintr-o rețea internă, cu o configurație deja existentă (a unei companii) și simplitatea administrării acestuia. Nu este nevoie de personal numeros și cheltuieli suplimentare, ci doar de un administrator al sistemului, iar fiecare utilizator își poate rezolva incidentele în timp real. Toate acestea arată gradul mare de automatizare al unei astfel de soluții, fără întârzieri în rețea sau mesaje blocate în mod eronat (nu au fost încălcate reguli), ce pot duce la probleme mai grave decât părăsirea informațiilor confidențiale din companie.

Configurările inițiale ale topologiei și ale adreselor IP utilizate sunt cruciale în buna funcționare a porții de securitate și implicit a modulului de DLP. Trebuie stabilit exact care este rețeaua internă și care este cea externă, și de asemenea IP-urile porții de securitate în fiecare din acestea. De asemenea este utilă introducerea nodurilor importante din rețea în secțiunea de obiecte din rețea cu nume sugestive care să includă de exemplu adresa IP și numele utilizatorului. În acest mod monitorizarea incidentelor este mai simplu de realizat identificându-se imediat sursa acestora verificând raportul în SmartView Tracker. Un cod al culorilor (de exemplu roșu pentru obiectele din rețeaua externă și verde pentru cele din rețeaua internă) ușurează de asemenea administrarea.

Nivelul de severitate asociat fiecărei reguli joacă un rol important în economia politicii de DLP. Regulile setate cu nivel de severitate mare sau critic ar trebui să fie primele care sunt controlate și dacă se decide menținerea acestui nivel pentru ele, ar trebui ca modul de acțiune să fie schimbat de la detectare la interogare imediat ce utilizatorii înțeleg ce se așteaptă de la ei. Atunci când mai multe reguli sunt încălcate cea cu nivelul de severitate cel mai ridicat este aplicată și toate sunt logate. Foarte important de reținut este că după orice modificare a unei reguli sau orice altă configurare politica trebuie salvată și instalată din nou pentru ca modificările să aibă efect.

Tehnica de amprentare (fingerprint) este o modalitate excelentă de securizare a fișierelor importante în cadrul organizației prin simpla scanare a unui director din rețea și utilizarea acestuia în crearea unei reguli cu acțiunea de prevenție (blocare, informare, interogare) în funcție de politica stabilită. În depozitul denumit whitelist sunt stocate documente ce pot părăsi organizația. Acesta poate fi utilizat pentru a îmbunătăți acuratețea politicii de DLP. Atunci când un document se află atât în depozitul de fingerprint cât și în cel de whitelist, cel din urmă dictează importanța documentului și prin urmare acesta poate fi trimis în afara companiei.

Pentru monitorizarea documentelor Microsoft Office ce sunt trimise din rețeaua internă se pot adăuga watermark-uri (marcare vizibilă) sau text criptat ascuns fișierelor Word, Excel sau PowerPoint. Astfel se stabilește clar că documentul conține informații confidențiale. Din testele efectuate, watermark-ul poate fi aplicat doar documentelor trimise prin trafic SMTP.

Poarta de securitate poate trimite notificări prin email utilizatorilor (trebuie setat de către administrator ce server de mail va fi folosit pentru expedierea de notificări) sau prin folosirea agentului UserCheck pentru remedierea incidentelor în timp real. Incidentele se pot controla și din portalul de DLP dacă această opțiune a fost aleasă în configurări.

Pentru activarea inspecției traficului HTTPS este necesară crearea unui certificat de ieșire CA ce trebuie exportat și distribuit clienților. Fără distribuirea acestuia la clienți aceștia vor primi mesaje de eroare SSL în browser atunci cînd încearcă să acceseze locații de pe web securizate. Certificatul folosește o parolă pentru criptarea cheii private a fișierului. Poarta de securitate folosește această parolă pentru semnarea de certificate pentru site-urile accesate.

În urma implementării și testării cu reguli personalizate a soluției de prevenire a scurgerilor de date de la Check Point pot concluziona eficiența și importanța crucială pe care o joacă un sistem DLP în cadrul unei organizații. Soluția este eficientă prin simplitatea și rapiditatea cu care se remediază incidentele apărute în rețea și prin interfețele de administrare și creare de reguli foarte complexe dar în același timp intuitive.

HTTP(S), FTP sau SMTP, indiferent care dintre aceste protocoale este utilizat pentru transferul de date în afara rețelei, identificarea tipurilor de date ce au fost definite ca fiind confidențiale în reguli s-a realizat cu succes iar răspunsul modulului de DLP a fost prompt.

Tehnologia DLP este diferită de celelalte soluții de securitate cum ar fi firewall-uri sau sisteme de detecție/prevenire a intruziunilor prin faptul că spre deosebire de acestea, ce caută orice poate reprezenta o amenințare pentru organizație, atenția este concentrată spre identificarea informațiilor sensibile, conținut de nivel critic pentru organizație.

Contribuții personale

Lucrarea de față prezintă rezultatele muncii individuale din documentarea, proiectarea, implementarea, particularizarea și integrarea unui sistem de prevenire a scurgerilor de date (DLP).

Principalele contribuții personale pe care vreau să le menționez sunt:

Proiectarea arhitecturii generale a sistemului de prevenire a scurgerilor de date, bazat pe informațiile colectate din rețea și instalarea, parametrizarea și configurarea tuturor componentelor ce fac parte din acest sistem. Integrarea sistemului mai sus menționat cu toate celelalte componente din soluție, și anume: serverele de email, FTP, certificatele digitale, etc.

            Instalarea și configurarea a două servere de SMTP pentru testarea regulilor în cazul transferului de informație prin email.

            Nu în ultimul rând vreau să menționez dezvoltarea de reguli personalizate și testarea cu succes a acestora pe toate tipurile de trafic.

Direcții viitoare de cercetare

Pe viitor se dorește integrarea soluției de DLP de la Check Point cu o soluție de clasificare de documente, filtrarea DLP realizându-se în funcție de informațiile citite din metadata documentelor. Un alt obiectiv este crearea de noi tipuri de date.

Doresc să configurez dispozitive de securitate folosind noțiunile acumulate configurând mediul virtual din această lucrare, să implementez diferite soluții de prevenire a scurgerilor de date de la diferiți producători și să mă specializez pe această ramură a securității informatice.

Anexe

Anexa 1 – Tabel centralizator al adreselor IP utilizate

Anexa 2 – Tabel centralizator al resurselor hardware și software utilizate