KINEMATICA

Kinematica este stiinta miscarii. Pentru locomotia umana ea reprezinta studiul pozitiei, unghiurilor, vitezelor si acceleratiilor segmentelor corporale si a articulatiilor in timpul deplasarii.

PARAMETRII KINEMATICI

Segmentele corporale sunt considerate a fi elemente rigide ce se utilizeaza in scopul descrierii miscarii corpului. Ele includ piciorul, gamba, coapsa, pelvisul, toracele, mina, antebratul, bratul si capul.

Articulatiile dintre segmente inglud glezna ( articulatiile talocrurala si subtalara), genunchiul, soldul, incheietura miinii , cotul si umarul.

Pozitia reprezinta localizarea in spatiu a unui sement sau a unei articulatii, masurindu-se in metrii. Un parametru corelat cu pozitia este deplasarea care se refera la pozitia raportata la originea miscarii. In spatiul bidimensional, pozitia se exprima in coordonate carteziene, ( x,y)- fig.1. In mod similar, pentru spatiul tridimensional se vor utiliza trei coordonate de pozitie(x,y,z).

fig.1 fig.2

Unghiul articulatiei, numit si unghi intersegmental, este unghiul dintre doua segmente adiacente, masurat de o parte sau alta a articulatiei. El se exprima, in mod obisnuit in grade si este deseori convertit in notatii clinice. Fiind o valoare ce depinde de pozitia relativa a segmentelor el nu se modifica prin schimbarea orientarii in spatiu a corpului.

fig.3

Unghiul unui segment are o semnificatie total diferita. El reprezinta unghiul de inclinare a unui segment in raport cu orizontala, fiind masurat in sens antiorar. El este o valoare absoluta ceea ce inseamna ca se modifica cu orientarea corpului.

Viteza reprezinta variatia in timp a spatiului si poate fi liniara sau unghiulara dupa cum variatia spatiului este o variatie in pozitie sau o variatie in unghi. Se masoara in m/s sau in grade(radiani)/s.

v = (m/s) sau v = (grad/s) sau (rad/s)

Ex.: daca genunchiul se deplaseaza pe orizontala din pozitia x₁ =1.5 m in x₂=1.6m in timpul viteza sa va fi :

v =

Acceleratia reprezinta variatia in timp a vitezei putind fi la rindul ei liniara sau unghiulara dupa cum variatia se produce in viteza liniara sau unghiulara. Se masoara in m/s² sau in grad/s², respectiv radiani/s². Maaurarea ei poate fi facuta direct cu ajutorul accelerometrelor.

a =(m/s²) sau (grad/s², radian/s²)

2. UTILIZAREA MASURATORILOR KINEMATICE

Masuratorile kinematice sunt limitate in privinta informatiilor asupra cauzelor miscarii. Pentru a determina cauzele este necesar studiul kinetic al miscarii. Parametrii kinematici ne firnizeaza totusi o descriere a miscarii, deosebit de utila in atingerea anumitor scopuri.

2.1 KINEMATICA LOCOMOTIEI

O observatie importanta pe care kinematica o furnizeaza privind locomotia este cea in privinta cantitatii de miscare pe verticala si in lateral . In activitati precum mersul si alergarea, corpul tinde sa se miste orizontal pe sol, orice alta miscare, in special cea pe verticala impiedicind atingerea acestui obiectiv, fiind consumatoare de energie.

Heel - strike Mid - stance Toe - off

Fig.4

Daca corpul ar avea roti el ar putea evita aceste miscari in totalitate ceea ce nu se intimpla in cazul utilizarii membrelor inferioare ca mijloc de locomotie. Motivul consta in faptul ca in fazele de contact cu calciiul ( heel-strike) si de desprindere a virfului piciorului de pe sol (toe-off), cele doua picioare formeaza laturile unui triunghi in timp ce in faza de sprijin mijlociu, piciorul pe care se face sprijinul este vertical( fig.4).

Efectul imediat este coborirea partii superioare a corpului, numita in mod obisnuit HAT (head-arms-trunk), la contactul cu calciiul, aceasta faza de mers fiind denumita faza de sprijin dublu, ea corespunzind momentului in care ambele picioare vin in contact cu solul, si ridicarea lui in timpul fazei de sprijin mijlociu ( mid-stance) fig.5.

Heel-strike  Mid-stance toe-off

Fig.5

In acest mod, centrul de greutate al corpului, amplasat in HAT, va descrie o traiectorie arcuita. In vederea ridicarii pe verticala a centrului de greutate este necesar un consum de energie care nu va fi redat inapoi in faza de coborire, la desprinderea piciorului de sol (toe-off). Aceasta miscare in sus si in jos a centrului de greutate este prin urmare ineficienta, aparatul locomotor utilizind mai multe metode de reducere a amplitudinii acestei miscari.

DETERMINANTII MERSULUI

Cel de-al doile razboi mondial a condus a creasterea numarului persoanelor cu amputatii. In SUA, in special, s-au depus eforturi considerabile in directia realizarii de dispozitive de protezare, in special de proteze de membru inferior, in vederea reintregarii sociale a acestor persoane cu handicap locomotor. Proiectele de cercetare din aceasta directie au inclus si studii aprofundate privind mersul normal si patologic. O mare parte din cunostiintele actuale privind mecanismele biomecanice utilizate de organismul uman in timpul mersului si alergarii sunt dateaza din acea perioada.

In vederea reduceri consumui de energie din timpul miscarilor sus-jos si laterale, corpuluman utilizeaza mai multe mecanisme de baza. Datorita importantei lor deosebite pentru biomecanica mersului ele au fost denumite determinantii mersului.

Aceste mecanisme au doua scopuri de baza:

reducerea inaltimii maxime a centrului de greutate in timpul fazei de sprijin mijlociu

cresterea inaltimii minime a centrului de greutate in fazele de contact cu calciiul (heel-strike) si de desprindere a virfului piciorului de pe sol (toe-off).

a.      Rotatia pelviana ( fig. 6)

Pelvisul se roteste anterior la contactul calciiulului cu solul si posterior la desprinderea virfului piciorului de pe sol , asigurind astfel cresterea lungimii efective a membrului inferior in aceste faze ale mersului:

fig.6

b.     Inclinarea pelvisului (fig.7)

Pelvisul se inclina inspre in jos (oblic) spre a creste lungimea efectiva a piciorului in momentul contactului cu calciiul (HC)si al desprinderii de pe sol al virfului piciorului(TOF).

Fig.7

c.     Flexia genunchiului in faza de pasire (fig.8)

In timpul fazei de pasire are loc o mica flexie a genunchiului prin care centrul de greutate este coborit:

fig.8

d.     Mecanismele de rotire a gleznei (fig.8)

In fazele de contact ale calciiului cu solul si de desprindere a virfului piciorului de sol glena este dorsiflexata si respectiv plantarflexat.

e.      Rotatia transversala a segmentelor piciorului (fig.9-10)

Membrul inferior este lungit prin rotatie externa si scurtat prin rotatie interna.

Fig.9

Fig.10

In picior aceste rotatii sunt facilitate de efectul de convertor de moment ( fig.11) prin care pronatia la contactul cu calciiul este convertita in rotatie tibiala interna ( si in consecinta femurala) iar rotatia externa a femurului la desprinderea virtfului piciorului de sol este convertita in supinopronatie a labei piciorului. Acetse actiuni sunt o consecinta a axelor de la nivelul articulatiilor talo-crurala si talo-cacaneala( subtalara).

fig.11

KINEMATICA FAZEI DE PENDULARE

Un factor important pentru mers este capacitatea de scurtare a piciorului ce penduleaza anterior propulsarii sale inspre in fata. Principala cale de realizare acestei scurtari este aceea prin flexia genunchiului. Marimea flexiei genunchiului din faza de balans este proportionala cu lungimea pasului dublu si deci cu viteza de mers( Kirtley si colaboratorii, 1985).

Multe patologii ale mersului (hemiplegia, displegia, osteortrita genunchiului), micsoreaza flexia genunchiului, determinind utilizarea unor mecanisme compensatorii ca de exemplu hip-hiking, inclinarea laterala si circumductia.

UNGHIURILE ARTICULATIILOR IN PLAN SAGITAL

Actiuniile articulatiilor genunchiului si gleznei pot fi considerate, de fapt drept actiuni de compensare pentru miscarile de flexie-extensie ale soldului. In flexia extrema a soldului ( la contactul cu calciiul si la desprinderea de sol a piciorului) genunchiul este in extensie, in timp ce in faza de pasire, flexia genunchiului si dorsiflexia gleznei ajuta la reducerea inaltimii efective a corpului.

ALTE MASURATORI KINEMATICE UTILE

Alte masuratori kinematice utile sunt cele ce se refera la riscul de cadere. In general, exista doua tipuri de cadere: prima este rezultatul unui foot-clearance scazut in timpul fazei mijlocii de pasire, tipic in jur de 1.5cm; cea de a doua este cauzata de o viteza mare de inaintare la contactul cu calciiul. Mai mult, este posibil ca organul vestibular sa fie dezorientat de valorile mari ale acceleratiilor membrului in cazul in care acestea nu sunt atenuate de maduva (cum se intimpla in mod obisnuit). Deci, raportul dintre acceleratiile inainte ale capului si soldului este utilizat ca traductor de eficienta al acestui mecanism de amortizare al maduvei ( fig. 12).

Fig.12