1.1. Zarys budowy ko ci d ugich

1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 1.1. Zarys budowy ko ci d ugich Ko ci d ugie maj d ugo znacznie wi ksz ni ich szeroko i grubo. Makroskopowo ko ci d ugie sk adaj si z zewn trznej, zbitej ko ci korowej a w nasadach i cz ciach przynasadowych zawieraj równocze nie g bczast ko rdzeniow. Ko ci d ugie sk adaj si ze sztywnego trzonu, wewn trz którego znajduje si jama oraz ko ce: proksymalny i dystalny (bli szy i dalszy) o wi kszej spr ysto ci. W grupie ko ci d ugich znajduj si mi dzy innymi ko ci ko czyny dolnej: ko udowa, ko piszczelowa i ko strza kowa oraz ko czyny górnej: ko ramienna, ko okciowa, ko promieniowa. Wzrost (w okresie dojrzewania) chrz stki nasadowej znajduj cej si w ko ciach d ugich, decyduje o skokowym wzro cie w ko cowych latach wieku nastoletniego, po którym chrz stka nasadowa ulega skostnieniu [36]. Ko udowa nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny dolnej (rys. 1.1 i 1.2). Ko udowa wspieraj ca tkanki mi kkie uda ko czyny dolnej, zaliczana jest do ko ci d ugich, tzn. takich, których d ugo jest istotnie wi ksza ni jej inne wymiary, posiada trzy podstawowe elementy: trzon, koniec bli szy i koniec dalszy i jest najd u sz ko ci w organizmie cz owieka. W cz ci proksymalnej (bli szej, górnej) ko ci znajduje si umieszczona w panewce stawu biodrowego kulista g owa ko ci, na której szczycie znajduje si do ek g owy ko ci udowej z przyczepem wi zad a g owy ko ci udowej. Ni ej umieszczony jest trzon ko ci udowej, nachylony pod k tem oko o 126 w stosunku do szyjki ko ci udowej. G ow na wysoko ci pachwiny czy z trzonem szyjka ko ci udowej, ustawiona pod k tem oko o 45 w stosunku do pionu. Mi dzy szyjk i trzonem znajduj si zgrubienia b d ce miejscami przyczepu mi ni uda, umiejscowiony z boku kr tarz wi kszy, w którego cz ci rodkowej znajduje si dó i z ty u kr tarz mniejszy, po czone od przodu kres mi dzykr tarzow i od ty u grzebieniem mi dzykr tarzowym. Dalsza cz ko ci udowej jest prosta i ma przekrój zbli ony do ko owego w odcinku górnym, a do przynasady, gdzie rozszerza si w kierunku dystalnym, staje si owalna i powi ksza pole swojego przekroju, by stworzy nasad element stawu kolanowego. Z ty u pod kr tarzem wi kszym znajduje si wynios o zwana guzowato ci po ladkow, poni ej kr tarza mniejszego jest kresa grzebieniowa. Wzd u trzonu na tylnej powierzchni ko ci udowej biegnie kresa chropawa z warg przy rodkow i boczn, stykaj cymi si w cz ci rodkowej trzonu i rozdzielaj cymi si ku do owi w kresy nadk ykciow przy rodkow i boczn, 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 13

Open Access Library Volume 11 (17) 2012 które tworz trójk tne pole powierzchni podkolanow. Koniec dalszy tworz k ykie przy rodkowy i k ykie boczny po czone od strony przedniej powierzchni rzepkow, mi dzy którymi jest dó mi dzyk ykciowy. K ykie przy rodkowy, k ykie boczny i powierzchnia rzepkowa pokryte s chrz stk szklist. K ykie przy rodkowy i k ykie boczny z ty u czy kresa mi dzyk ykciowa, na ich powierzchniach bocznych s wynios o ci nadk ykciany: przy rodkowy i boczny. Na nadk ykciu przy rodkowym znajduje si wynios o guzek przywodzicieli [39, 73]. Ko piszczelowa nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny dolnej. Ko piszczelowa jest drug co do d ugo ci ko ci w organizmie ludzkim i sk ada si dwóch ko ców, bli szego i dalszego, trzech brzegów i d ugiego trójk tnego trzonu z trzema powierzchniami przy rodkow, tyln i boczn (rys. 1.3), po o onymi kolejno: pierwsza ni ej guzowato ci ko ci piszczelowej, druga w tylnej cz ci ko ci, trzecia w bocznej. Do tych powierzchni przyczepione s liczne mi nie. g owa szyjka kr tarz wi kszy kresta mi dzykr tarzowa kr tarz mniejszy g owa szyjka kr tarz wi kszy kr tarz mniejszy trzon trzon nad ykie przy rodkowy nad ykie boczny powierzchnia rzepkowa Rysunek 1.1. Ko udowa prawa, widok z przodu [73] kresa mi dzyk ykciowa dó mi dzyk ykciowy k ykie boczny k ykie przy rodkowy Rysunek 1.2. Ko udowa prawa, widok z ty u [73, 79, 92] 14 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo

Koniec bli szy g owa ko ci piszczelowej ma kszta t k ykcia bocznego i przy rodkowego z powierzchniami wchodz cymi w sk ad stawu kolanowego. Mi dzy k ykciami znajduje si wynios o mi dzyk ykciowa z guzkami bocznym i przy rodkowym. U podstawy k ykcia bocznego na jego tylno-bocznej powierzchni jest powierzchnia stawowa strza kowa, cz ca z g ow strza ki. Brzeg przedni ko ci piszczelowej i jej powierzchnia przy rodkowa pokryte s tylko skór i s dobrze przez ni wyczuwalne. Po stronie bocznej dalszej ko ci piszczelowej znajduje si wci cie strza kowe. W ko cu dalszym ko ci znajduje si powierzchnia stawowa dolna cz ca z ko ci skokow stopy [73]. Ko strza kowa nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny dolnej. G ówne jej elementy s typowe dla ko ci d ugich: koniec bli szy, trzon i koniec dalszy (rys. 1.4). Koniec bli szy stanowi g owa strza ki na której jest powierzchnia stawowa cz ca ko strza kow z k ykciem bocznym ko ci piszczelowej, gdzie tworz staw piszczelowo-strza kowy. k ykie przy rodkowy guzowato brzeg mi dzykostny brzeg przedniy powierzchnia boczna powierzchnia przy rodkowa kostka przy rodkowa Rysunek 1.3. Ko piczczelowa, widok od przodu [34-37, 73, 82, 83, 86] 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 15

Open Access Library Volume 11 (17) 2012 Trzon ko ci strza kowej posiada trzy powierzchnie i trzy brzegi, z których brzeg mi dzykostny zwrócony jest w kierunku ko ci piszczelowej. W ko cu dalszym ko ci strza kowej znajduje si sp aszczona kostka boczna, dochodz ca do kostki przy rodkowej, której powierzchnia stawowa czy si z ko ci skokow. Ko ramienna nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny górnej. G ównymi jej elementami s, typowe dla ko ci d ugich: koniec bli szy, trzon i koniec dalszy (rys. 1.5). Na ko cu bli szym znajduje si g owa ko ci ramiennej z szyjk anatomiczn i dwoma guzkami wi kszym i mniejszym oddzielonymi bruzd. Poni ej guzków znajduje si szyjka chirurgiczna stanowi ca miejsce cz stych z ama. Nierówno na bocznej powierzchni trzonu ko ci ramiennej guzowato naramienna jest miejscem przyczepu mi nia naramiennego. Po obu stronach ko ca dalszego znajduj si wynios o ci, tzw. nadk ykcie boczny i przy rodkowy. Pod nadk ykciem przy rodkowym le y wierzcho ek g owy g owa g owa powierzchnia boczna guzek mniejszy brzeg mi dzykostny brzeg przedni guzek wi kszy szyjka trzon guzowato naramienna nad ykie boczny g ówka kostka boczna bloczek nad ykie przy rodkowy Rysunek 1.4. Ko strza kowa, widok od przodu [34-37, 73, 82, 83, 86] Rysunek 1.5. Ko ramienna [34-37, 73, 82, 83, 86] 16 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo

bruzda nerwu okciowego. Powierzchnia boczna ko ci ramiennej cz ca j z ko ci promieniow znajduje si na g ówce z bloczkiem integruj cym si z ko ci okciow [73]. Ko okciowa nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny górnej. Koniec bli szy ko ci okciowej posiada dwa wyrostki, wi kszy okciowy, jako górne zako czenie ko ci i ni ej po o ony mniejszy wyrostek dziobiasty (rys. 1.6). Trzon ko ci okciowej ma w przekroju poprzecznym kszta t trójk tny i ma trzy brzegi ograniczaj ce trzy powierzchnie: przedni, przy rodkow i tyln. G owa ko ci okciowej, b d ca nasad dalsz, przed u ona jest po stronie przy rodkowej wyrostkiem rylcowatym. Ko okciowa poprzez g ow i trójk tn chrz stk oddzielona jest od nadgarstka [36]. Ko promieniowa nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny górnej (rys. 1.7). Na ko cu bli szym ko ci promieniowej znajduje si g owa oddzielona szyjk od trzonu. Koniec dalszy posiada powierzchni stawow nadgarstkow wci cie okciowe i wyrostek rylcowaty. Przekrój poprzeczny trzonu ko ci promieniowej jest trójk tny. wyrostek okciowy wyrostek dziobiasty guzowato g owa obwód stawowy szyjka guzowato wci cie promieniowe brzeg przedni brzeg mi dzykostny powierzchnia przednia brzeg przedni brzeg mi dzykostny powierzchnia przednia g owa wyrostek rylcowaty wyrostek rylcowaty Rysunek 1.6. Ko okciowa [36] Rysunek 1.7. Ko promieniowa [34-37, 73, 82, 83, 86] 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 17

Open Access Library Volume 11 (17) 2012 W ko ci promieniowej wyst puj trzy brzegi: przedni oddzielaj cy powierzchni przedni od bocznej, tylny oddzielaj cy powierzchni tyln od bocznej i mi dzykostny, tzn. brzeg przy rodkowy, oraz trzy powierzchnie: przednia, tylna i boczna [73]. 1.2. Biomechaniczne aspekty funkcjonowania ko ci udowej i stawu biodrowego Uk ad kostny cz owieka, a w nim ko ci d ugie s przystosowane swoj budow do przenoszenia znacznych obci e. Przekrój poprzeczny ko ci d ugich jest zbli ony do wydr onego walca o ci g ych i agodnych zmianach wymiarów poprzecznych wzd u d ugo ci ko ci. W sk ad ko ci wchodz liczne tkanki o ró nych w asno ciach i zadaniach, np.: tkanka czna stanowi sk adnik cz ci nieobci onych uk adu kostnego, tkanka czna zbita sk adaj ca si z podobnie zorientowanych i silnie upakowanych w ókien o wi kszej wytrzyma o ci i spr ysto ci dzi ki zawarto ci kolagenu i elastyny, b d ca sk adnikiem ci gien, wi zade, torebek stawowych, tkanka chrz stna jest elementem podporowym powierzchni stawowych, tkanka kostna sk adaj ca si z osteocytów, osteoblastów i osteoklastów oraz twardej, zwartej substancji mi dzykomórkowej bogatej w nieorganiczne sole wapnia na powierzchni, przenosz ca g ówne napr enia. Funkcj biologiczn ko ci i ca ego aparatu mi niowo-nerwowo-naczyniowego jest wykonywanie ruchu, w tym przenoszenie obci e wynikaj cych z aktywno ci ruchowej cz owieka. Ko ci sk adaj si ze sk adników mineralnych, zapewniaj cych jej sztywno i sk adników organicznych, decyduj cych o elastyczno ci. G ównymi wyró niaj cymi cechami ko ci w aspekcie mechanicznym s : z o ona wielosk adnikowa struktura mi kkich i twardych komponentów o zró nicowanej morfologii, umo liwiaj ca przenoszenie du ych napr e i zapewniaj ca du ci gliwo, wielopoziomowo budowy niewielkie sk adniki cz si w wi ksze zespo y, które z kolei tworz jeszcze wi ksze zbiory, skr cenie w ókien tworz cych tkank kostn, zwi kszaj ce wytrzyma o na rozci ganie i ciskanie, mo liwo adaptacji struktury w zmiennych warunkach obci enia. O w asno ciach biomechanicznych ko ci (rys. 1.8, tabl. 1.1) decyduje jej struktura, zale na od wieku cz owieka, cech geometrycznych i, warunków obci enia. Tkanka kostna zawieraj ca prawid owy udzia kolagenu ma wi ksz odporno na p kanie, ni tkanka kostna osób starszych, ubo sza w kolagen [52, 75]. 18 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo

Skala 1:4 Rysunek 1.8. Wizualizacja cech geometrycznych ko ci udowej z wykorzystaniem rentgenowskiej tomografii komputerowej a) sposób podzia u ko ci na przekroje; b) przeniesione cechy geometryczne; c) obrazy tomograficzne odpowiadaj ce poszczególnym przekrojom [62, 64, 76] 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 19

Tablica 1.1. W asno ci biomechaniczne ko ci ludzkiej [52, 53] Open Access Library Volume 11 (17) 2012 W asno Warto wytrzyma o na rozci ganie 107 MPa graniczne wyd u enie 135% wytrzyma o na ciskanie 159 MPa wytrzyma o na zginanie 160 MPa wytrzyma o na skr canie 53 MPa graniczne odkszta cenie skr caj ce 0,027 ± 0,0005 modu spr ysto ci pod u nej (138-194) 10 3 MPa modu spr ysto ci poprzecznej 3,14 GPa wytrzyma o zm czeniowa, (1-3) 10 6 cykli 35 MPa wytrzyma o na rozszczepianie w kierunku promieniowym 84 MPa Rysunek 1.9. Budowa stawu biodrowego: 1 fragmnet ko ci miednicznej, 2 wi zad o kulszowo-udowe, 3 wi zad o biodrowo-udowe, 4 ko udowa, 5 obr bek panewkowy, 6 panewka, 7 g owa ko ci udowej, 8 wi zad o g owy ko ci udowej, 9 w ókna warstwy okr nej, 10 szyjka ko ci udowej, wed ug [78] W obszarze stawu biodrowego dzia a 27 aktonów mi niowych zespo ów mi ni stawu o jednakowym lub zbli onym przebiegu w ókien umo liwiaj cym realizacj samodzielnego jednakowego dzia ania wzgl dem osi stawu (rys. 1.9). Nale do nich odwodziciele, np. mi sie po ladkowy ma y i redni, przywodziciele, np. mi sie grzebieniowy, zginacze, np. mi sie prosty uda, prostowniki, np. mi sie po ladkowy wielki, oraz rotatory [66]. 20 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo

Rysunek 1.10. Schemat obci e dzia aj cych na staw biodrowy (R si a wypadkowa, M si a reakcji mi ni, T si a reakcji pasma biodrowo-piszczelowego), wed ug [26] Biomechaniczna analiza dokonana w celu okre lenia stanu napr e, przemieszcze implantu oraz od amów kostnych jest wa na ze wzgl du na dobór materia u i struktury warstwy wierzchniej implantów [53]. W ko ciach ko czyny górnej przewa aj napr enia rozci gaj ce, a w dolnej ciskaj ce. Ko udowa podlega z o onemu stanowi napr e dynamicznych, a w ko cu proksymalnym przejmuje poprzez staw biodrowy napr enia, g ównie ciskaj ce, pochodz ce od obci enia uk adem kostnym i mi niowym cz owieka powy ej miednicy. Staw biodrowy jest uk adem o trzech stopniach swobody, cz cym ko ci udow i miedniczn, co decyduje o jego w asno ciach kinematycznych [24, 80]. Poprzez staw biodrowy obci enia z kr gos upa l d wiowego i miednicy przenoszone s do ko ci udowej. Obci enia te wywo ane s si ami zewn trznymi si ami grawitacji oraz si ami wewn trznymi wywo anymi przez aktywno pasm mi ni reguluj cych prac stawu (rys. 1.10) [24]. 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 21

Open Access Library Volume 11 (17) 2012 Czas cyklu Rysunek 1.11. Si a obci aj ca dynamicznie uk ad ruchu w obszarze stawu biodrowego w czasie jednego cyklu chodu cz owieka [62, 76, 78] Obci enie stawu biodrowego ko ci zale y od fazy styku stopy z pod o em. Towarzysz ce tym fazom ruchy cia a cz owieka sprawiaj, e odtworzenie pe nego, rzeczywistego modelu obci e stawu biodrowego i ko ci udowej nie jest w pe ni mo liwe. Na rysunku 1.11 przedstawiono zale no wielko ci si y obci aj cej dynamicznie uk ad ruchu w obszarze stawu biodrowego i ko ci udowej w czasie jednego cyklu chodu cz owieka, opracowany na podstawie istniej cych danych literaturowych i modeli zaczerpni tych z literatury, opisuj cych obci enie stawu podczas chodu [13, 62]. Jak wskazuje rysunek 1.11, warto si y obci aj cej 22 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo

dynamicznie uk ad ruchu w obszarze stawu biodrowego w czasie jednego cyklu chodu cz owieka, mo e przekracza czterokrotn warto ci aru cia a cz owieka. 1.3. Z amania ko ci udowej Z amanie ko ci udowej (najd u szej ko ci w organizmie cz owieka) nale y do jednych z najpowa niejszych urazów wyst puj cych najcz ciej u osób w wieku powy ej 60 lat, szczególnie kobiet. Liczba z ama powi ksza si w wyniku wzrostu w populacji udzia u osób w wieku podesz ym. W tej grupie wiekowej z amania s cz sto efektem pozornie drobnych urazów, podczas gdy wzrost liczby z ama ko ci udowej u ludzi m odych spowodowany jest najcz ciej powa nymi urazami, w efekcie wypadków komunikacyjnych lub uprawiania sportu [25, 28, 70]. Z amania górnego odcinka ko ci udowej obejmuj : z amanie szyjki, z amania przezkr tarzowe charakteryzuj ce si czasami du fragmentacj ko ci [42, 48, 93]. Z amanie w obr bie g owy lub szyjki ko ci udowej, jest nast pstwem niewielkiego urazu w wyniku upadku, potkni cia, mocnego nadepni cia. Ryzyko z amania jest wi ksze u osób starszych, cz ciej u kobiet. Czynnikami ryzyka s : osteoporoza, przerzuty nowotworowe, choroby uk adu nerwowego, wtórna nadczynno przytarczyc w przebiegu zaawansowanej niewydolno ci nerek. Do z amania trzonu ko ci udowej dochodzi zwykle przy wypadkach komunikacyjnych lub sportowych. Z amania trzonu ko ci udowej obejmuj : z amanie wielood amowe, sko ne z amanie spiralne. Z amania obwodowego ko ca ko ci udowej powstaj najcz ciej w wyniku wypadków, którym towarzyszy: uraz bezpo redni, np. silne uderzenie boczne powoduj ce z amanie dwu- lub wielood amowe, najcz ciej w wypadkach komunikacyjnych; uraz po redni skr tny w efekcie dzia ania momentu skr caj cego od piszczeli i stopy przez staw kolanowy; najcz ciej ma miejsce w czasie upadków podczas aktywno ci sportowej; do takiego urazu dochodzi np. podczas upadków narciarskich, gdzie du a si a skr caj ca, poprzez d wigni (któr jest narta), skr ca ko a do z amania; dochodzi wtedy do z amania spiralnego, które tworzy dwa bardzo ostre od amy. 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 23

Open Access Library Volume 11 (17) 2012 Rysunek 1.12. Z amania trzonu podudzia do stabilizacji ródszpikowej Rysunek 1.13. Z amania w obr bie g owy lub szyjki do stabilizacji ródszpikowej 24 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo

Z amania obwodowego ko ca ko ci udowej mog by : pozastawowe, ródstawowe. W ród licznych rodzajów z ama ko ci do wa niejszych mo na zaliczy (rys. 1.12 i 1.13) [84-87]: zupe ne (ci g o ko ci przerwana na ca ym jej przekroju poprzecznym), cz ciowe (ci g o ko ci przerwana na cz ci jej przekroju poprzecznego), z amanie wielood amowe (ko z amana na wi cej ni dwa fragmenty), z amanie zaklinowane (z amane fragmenty wgniecione w siebie), z amanie patologiczne (z amanie ko ci os abionej lub uszkodzonej wcze niej w wyniku zmian patologicznych, cz sto spowodowane dodatkowym niewielkim urazem). 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 25