Przysiad - biomechanika stawu kolanowego podczas przysiadu

DODANE 06.02.2018

Biomechanika stawu kolanowego podczas przysiadu

Przysiad jest jednym z najczęściej wykonywanych ćwiczeń, stosowanym także podczas rehabilitacji. Niezwykle istotna przy doborze odpowiedniej i co najważniejsze bezpiecznej formy wykonywania przysiadu, jest świadomość sił działających na poszczególne elementy stawu kolanowego takie jak: więzadła, łąkotka czy okoliczne mięśnie [3].

Siły działające na więzadła

Za funkcjonalność stawu kolanowego odpowiadają cztery więzadła (ACL, PCL, MCL, LCL). Ich funkcją jest ochrona stawu kolanowego, która polega na tym, że napięte więzadła zabezpieczają struktury stawu kolanowego przed przemieszczaniem. Funkcja ta jest realizowana najlepiej w momencie pełnego wyprostu oraz zgięcia kolana. Pełne zgięcie stawu kolanowego to stan, w którym pomiędzy łydką a udem nie ma wolnej przestrzeni, czyli kąt około 160° [5]. Ograniczenie zgięcia kolana do kąta 90° powoduje, że więzadła nie są w pełni napięte, czyli nasz staw nie jest dobrze chroniony- więzadła są nieobciążone i jedynie praca mięśni zabezpiecza staw.

Warto zaznaczyć, iż siły ścinające z przodu stawu kolanowego przenoszone są w 86% przez ACL, natomiast siły ścinające tylne w 95% przez PCL, dlatego też prowadzone analizy ograniczają się głównie do tych struktur [1]. Podczas wykonywania przysiadu płytkiego, w zakresie zgięcia stawu kolanowego 0-60° występują siły ścinające z przodu stawu kolanowego działające na ACL, jednak ich wartości są niewielkie- maksymalna wykazana wartość to około 500N. Podczas przysiadu nie ma więc możliwości uszkodzenia zdrowego więzadła ACL. Ponadto obciążenie ACL można dodatkowo zmniejszyć wraz ze zwiększeniem pochylenia tułowia do przodu i zwiększonym zgięciem w stawie biodrowym [2].

Podczas pogłębienia przysiadu zwiększają się siły ścinające działające na tylne więzadła PCL, które maksymalną wartość wykazują przy zgięciu około 90° w stawie kolanowym jak i podczas wstawiania z przysiadu oraz przy nadmiernym przesunięciu kolan za linię palców [2,5]. PCL u młodych, aktywnych osób są w stanie przenieść siły dochodzące nawet do 4000 N, natomiast podczas wykonywania przysiadu dochodzą one maksymalnie do około 2700 N. Wynika z tego, iż podczas wykonywania ćwiczenia występujące siły nie są wystarczające, aby uszkodzić zdrowe więzadło. Jednakże należy mieć na uwadze, iż w przypadku osób z uszkodzonym bądź rekonstruowanym PCL lepiej ograniczyć wykonywany przysiad do kąta zgięcia stawu kolanowego nie większego niż 50-60°, aby nie obciążyć zbytnio więzadła. Zdecydowanie większa wytrzymałość PCL w porównaniu do ACL wynika z około 20-50% większego pola przekroju poprzecznego [4].

Sił działające na rzepkę

W kolanie wyróżnić możemy 2 stawy: rzepkowo udowy oraz udowo piszczelowy. W pozycji stojącej na staw udowo piszczelowy działają największe siły, natomiast staw rzepkowo udowy jest odciążony. Podczas zginania kolana sytuacja ta się odwraca i staw udowo piszczelowy jest odciążany a siły przenoszone głównie przez staw rzepkowo udowy.

Podczas realizacji ruchu zginania stawu kolanowego, na staw rzepkowo udowy wywierane są siły kompresyjne wynikające z nacisku kości udowej, które generują naprężenia na strukturze chrzęstnej rzepki oraz kości udowej. W zależności od fazy przysiadu, różne części rzepki mają kontakt z kością udową: w zakresie 20-30° jest to część dolna, między 30-60° część środkowa, natomiast powyżej 60° część górna. Wartość sił działających na rzepkę rośnie od wartości minimalnej dla wyprostu do wartości maksymalnej osiąganej przy kącie około 90°. Przy pogłębieniu przysiadu obciążenie pozostaje na tym samym, maksymalnym poziomie. Wartości sił wywieranych na rzepkę są większe przy obniżaniu pozycji ciała niż podczas wstawania. Escamilla et al. [2] wykazała, iż podczas obniżania pozycji ciała w przysiadzie maksymalna siła kompresyjna wynosząca 4548±1395 N występowała przy zgięciu 85°, natomiast podczas wstawania uzyskano maksymalną siłę 4042±955 N przy kącie 95°.

Ponadto badania wykazały, że ustawienie stóp nie wpływa istotnie statystycznie na wartości sił kompresyjnych wywieranych na staw rzepkowo udowy. Porównania dokonywano pomiędzy stopami ustawionymi równolegle do siebie oraz zrotowanymi na zewnątrz o kąt 30°. Jednakże zaobserwowano 15% wzrost siły kompresyjnych wraz ze zwiększaniem szerokości rozstawu stóp pomiędzy 21 a 79° kątem zgięcia w stawie kolanowym [2].

Osoby posiadające problemy z rzepkami (np. degeneracja stawu, uszkodzenie chrząstki) powinny unikać wykonywania przysiadów przy wysokich kątach zgięcia w stawie kolanowym. Jednakże wykonywanie przysiadu w zakresie funkcjonalnym od 0 do 50° wydaje się być racjonalnym wyborem, które nie przeciąży zbytnio analizowanej struktury [2].

Czas na mięśnie

Podczas wykonywania przysiadu aktywne są głównie mięśnie: czworogłowy uda, mięśni grupy tylnej uda oraz mięsień brzuchaty łydki. Uważa się, że wspólne napięcie tych mięśni zapewnia stabilność stawu kolanowego. Aktywność mięśnia czworogłowego uda zwiększa się wraz ze zgięciem kolana oraz maleje z wyprostem, osiągając największą aktywność przy zgięciu około 80-90°.  Badania wykazały, iż podczas maksymalnego napięcia mięsień czworogłowy uda w zależności od kąta zgięcia kolana generuje siłę od 8000 do 20000 N.

Zaobserwowano większą aktywność mięśni obszernych uda niż mięśnia prostego co najprawdopodobniej wynika z jego dualności ich funkcjonowania- zarówno jako zginaczy stawu biodrowego jak i prostownika stawu kolanowego. Ponadto mięsień prosty uda wykazuje większą aktywność i efektywność pracy, gdy pochylenie tułowia do przodu jest mniejsze.

Aktywność tylnej grupy mięśni uda jest większa przy wstawaniu, przy czym większą aktywność wykazują mięśnie boczne niż mięsień półścięgnisty. Największa aktywność tylnej grupy mięśni uda znajdująca się pomiędzy 30-80% maksymalnego napięcia występuje przy zgięciu stawu kolanowego w zakresie 50-70° [2].

Szerokość́ rozstawu stóp podczas przysiadu ma także wpływ na aktywność́ mięśni ud- im szerszy rozstaw tym większa aktywność́ prostowników biodra i przywodzicieli, a mniejsza aktywność́ mięśnia brzuchatego łydki.



Bibliografia

[1] Butler D.L., Noyes F.R., and Grood E.S., Ligamentous restraints to anterior-posterior drawer in the human knee: A bio-mechanical study, J Bone Joint Surg, 1980,62:259–270.

[2] Escamilla R.F., Knee biomechanics of the dynamic squat exercise, Med Sci Sports Exerc, 2001, 33(1):127-41.

[3] Gawda P., Zawadka M., Skublewska-Paszkowska M., Smołka J., Łukasik E., Biomechanics of the squat in rehabilitation and sports training, Polish J Sport Med., 2017, 33:87-96.

[4] Harner C.D., Xerogeanes J.W., Livesay G.A., et al., The human posterior cruciate ligament complex: an interdisciplinary study. Ligament morphology and biomechanical evaluation, Am J Sports Med,1995, 23:736 –745.

[5] Schoenfeld B.J., Squatting kinematics and kinetics and their application to exercise performance, J Strength Cond Res, 2010, 24(12):3497-506.