Saišu un cīpslu biomehānika

FIBROBLASTSFIBROBLASTS

KOLAGĒNĀS KOLAGĒNĀS ŠĶIEDRASŠĶIEDRAS

Īstie blīvie saistaudi - cīpslaĪstie blīvie saistaudi - cīpslaSastāv no paralēli ejošām viļņotām kolagēna šķiedrām starp kurām novietojas sīki Sastāv no paralēli ejošām viļņotām kolagēna šķiedrām starp kurām novietojas sīki asinsvadi un šķiedras producējošās fibroblastu šūnas. (200x)asinsvadi un šķiedras producējošās fibroblastu šūnas. (200x)

2.

3.

Saišu un cīpslu biomehānika.

Saišu un cīpslu funkcija ir nostiprināt locītavas un pārnest uz kauliem muskuļu vilkmes spēkus. Sporta biomehānikā saišu un cīpslu mehānisko īpašību pētīšana ir interesanta no diviem viedokļiem: 1) lai saprastu traumatisma cēloņus un novērstu tos; 2) lai novērstu elastīgās deformācijas potenciālās enerģijas lielumu, kura var uzkrāties deformējot saites un cīpslas dabīgukustību izpildes procesā. Pēc R.Aleksander u.c. datiem cīpslās var uzkrāties ievērojama potenciālā enerģija. Piemēram, iestiepjot Ahilleja cīpslu, šīs enerģijas daudzums ir lielāks kā iestiepjot ikru muskuli. Skrienot ar ātrumu 3,9 m/s kājā kopumā uzkrājas 46 - 50 J (džouli) elastīgās deformācijas enerģijas. 42 J no šīs enerģijas akumulējas cīpslās, 4,1 - 8,3 J muskuļos. Pie lielāka skriešanas ātruma un sevišķi lēcienos, šis ieguldījums ir vēl lielāks. Runājot par traumatismu, tad, pēc fizkultūras dispanseru apkopotiem datiem, sporta spēļu pārstāvjiem cīpslu un saišu traumas sastāda 66% no traumu kopējā skaita, vingrotājiem - 36%, vieglatlētiem -15%, slidotājiem - 10%, slēpotājiem - 8%.

4.

Zinātnieki ir pierādījuši, ka saitēs un cīpslās notiek aktīvi dzīvībasprocesi un ka tās ir spējīgas adaptēties slodzēm, mainot savu struktūru un mehāniskās īpašības. Saišu un cīpslu mehāniskās īpašības kopumā ir ļoti sarežgītas. Izstrādāt mehāniski-matemātisku teoriju pagaidām zinātniekiem nav izdevies. Pašlaik vēl nav arī zinātniski pamatotas to attīstīšanas metodikas ar fizisku vingrinājumu palīdzību. Tai pašā laikā saistaudu mehāniskā stāvokļa noteikšana ir viena no aktuālākajām problēmām. Salīdzinoši ātri šodienas sporta treniņā var atrisināt muskuļu spēka palielināšanas jautājumu. Bet, ja vienlaikus ar muskuļu spēka palielināšanos nebūs pieaugusi saistaudu veidojumu mehāniskā izturība, radīsies priekšnoteikumi to traumēšanai. Pētot cīpslu un saišu mehāniskās īpašības, nosaka to maksimāloizturību un iestiepjamību, cietību, relaksāciju, elastību, slīdamību,stingumu. Sporta biomehānikā vislielāko interesi izraisa cīpslu un saišu elastībasun mehāniskās izturības pētījumi.

5.

Stiepjot saišu vai cīpslu preparātus, reģistrē tipisku ainu. Sakarības“spēks-laiks” grafiku var sadalīt četrās zonās (tā kā stiepšanas ātrumspastāvīgs, tad laiks proporcionāls pagarinājumam). Pirmo zonu raksturolēns sprieguma pieaugums. Uzskata, ka kolagēna šķiedras, no kāpārsvarā sastāv cīpslas, sākumā atrodas gofrētā stāvoklī. Iestiepjot, tās iztaisnojas. Šī zona sastāda 1,0 - 4,0% no šķiedras sākotnējā garuma. Otrā zona sākas ar lineāras sakarības iestāšanos starp slodzi unpagarinājumu. Šī zona sastāda 2 - 5% no cīpslu un 20 - 40% no saišusākuma garuma. Zonas garumu nosaka elastīna šķiedru saturs un tosakārtojums. Otrās zonas otrajā pusē šķiedrās sākas mikrobojājumi. Trešā zona sākas ar lineārassakarības pārtraukšanas momentu,t.i. pēc tam, kad sākas šķiedru nopietni mehāniski bojājumi. Šajā zonā tiek reģistrēta preparāta maksimālā mehāniskā izturība. Ceturtā zona sākas ar spriegumastraujas krišanas momentu - galvenie preparāta struktūrelementi ir sagrauti.

0 500 1000 t, ms

0

900

300600

F, N

I

II

III

IV

6.

Maksimālā mehāniskā izturība galvenokārt atkarīga no cīpslu un saišušķērsgriezuma laukuma. Jo tas ir lielāks, jo grūtāk tās saraut. Vīriešiem ceļa locītavas saites iztur 520 - 2390 N, sievietēm 420 -1420 N. Ņemotuz vienu šķērsgriezuma laukuma vienību attiecīgi 4,1 - 24,3 N/mm2

vīriešiem un 3,6 -14 N/mm2 sievietēm. Relatīvais pagarinājums vīriešiem var sasniegt 113%, sievietēm - 160%. Cīpslu un saišu mehānisko izturību ietekmē dzimums, vecums,fiziskās slodzes raksturs un citi faktori. Mehāniskās izturības absolūtielielumi sievietēm parasti ir zemāki nekā vīriešiem, bērniem, salīdzinot arpieaugušajiem. Vislielākās mehānisko īpašību izmaiņas notiek pubertātesperiodā, maksimālo izturību sasniedz 22 -25 gadu vecumā. Cīpslas un saites ir jūtīgas uz hormonālo iedarbību. Sistemātiskahormonālo preparātu ievadīšana, piemēram, kortikosteroīdu, izsaucjūtamu cīpslu un saišu funkcionālo rādītāju samazināšanos. Mehāniskoizturību un elastību ievērojami samazina ķermeņa daļu imobilizācija pēctraumas. Mehānisko īpašību atjaunošanai līdz pirmstraumas līmenim, parasti ir vajadzīgi vairāki mēneši. Savukārt regulārs treniņš saistauduizturību paaugstina. Sporta prakse un arī eksperimenti rāda, ka cīpslas un saites retāk traumējas, kā to piestiprinājuma vietas pie kauliem.

7.

Dažādām cīpslām un saitēm elastības rādītāji ievērojami atšķiras.Tos izmēra ar elastības moduli vai Junga moduli. Elastības modulisraksturo lineāri elastīga materiāla stingumu stiepē vai spiedē. Junga modulis skaitliski vienāds ar spēku, kas jāpieliek preparātam ar šķērsgriezuma laukumu 1m2, lai tas pagarinātos divas reizes. Jungamodulis, piemēram, variē no 9,8 N/mm2 līdz 120 N/mm2. Lai arī kāds stingums (mehāniska īpašība, kas raksturo materiālapretošanos izstiepšanai) nebūtu konkrētai cīpslai vai saitei, tās visasir vairāk vai mazāk elastīgas un spēj sevī uzkrāt elastīgās deformācijasenerģiju. Sakarības starp enerģijas rādītājiem un preparāta pagarinājumuir nelineāra - jo lielākā mērā cīpsla iestiepta, jo mazāku tās pagarinājumuizsauks slodzes palielināšana par vienu vienību (elastības modulis mainās, izmainot preparāta garumu). Tas savukārt nozīmē, ka, jo lielāksiestiepums tiks sasniegts, jo vairāk elastīgās deformācijas enerģijasuzkrāsies. Spēja pagarināties ir atkarīga no cīpslas (saites) garuma. Jotā garāka, jo tā vēlāk satrūkst. Saistaudu elastīgums atkarīgs no granulocītu elastāzes (elastīna šķiedru) stāvokļa. Regulāri fiziskie vingrinājumi palīdz saglabāt augstu elastīna līmeni audos. Savukārt saistaudu izturību galvenokārt nosaka kolagēna makromolekulu specifiskais sakārtojums.

8.

Lai salīdzinātu dažādu preparātu iestiepšanas spējas, izmantorelatīvās pagarināšanās rādītāju ε (epsilon):

ε = Δl/lx100%, kur lΔ - preparāta pagarinājums, l - tā sākuma garums.

Cīpslu un saišu mehāniskās īpašības ietekmē slodzes pielikšanasveids un tās iedarbības laiks. Konstatēts, ka: 1) stingums atkarīgs no ātruma, ar kādu preparātu iestiepj. Palielinot iestiepšanas ātrumu, vajadzīgs ievērojami lielāks maksimālais deformējošais spēks t.i. palielinot iestiepšanas ātrumu, pieaug iestiepšanas jauda (iestiepšanas jauda = deformējošā spēka reizinājums ar iestiepšanas ātrumu). Pieaugot iestiepšanas jaudai, attiecīgi palielinās preparāta elastības spēki un elastīgās deformācijas potenciālās enerģijas daudzums; 2) ja cīpslu (saiti) strauji iestiepj, bet pēc tam iestiepšanu pārtrauc, tad sākumā elastības spēki strauji palielinās, pēc tam pakāpeniski samazinās. Notiek preparāta relaksācija. Relaksācija - elastīgo spēku samazināšanās deformētā ķermenī, ejot laikam;

9.

3) cikliski iestiepjot cīpslas vai saites, piemēram, kā tas notiekskriešanas laikā, novēro enerģijas izkliedes (disipācijas) un siltumzudumu samazināšanos. Netieši tas liecina par to, ka samazinās iestiepjamo saistaudu viskozitāte (iekšējā berze) un līdz ar to palielinās darbības efektivitāte - mazāk enerģijas zūd deformējot cīpslas vai saites un mazāki enerģijaszudumi pēc deformējošā spēka darbības pārtraukšanas, t.i. tad, kad tās atgriežas sākuma garuma stāvoklī. Treniņa procesā jāņem vērā, ka cīpslu un saišu mehāniskās īpašībasizmainās lēni. Forsējot ātruma un spēka īpašību attīstīšanu var rastiesneatbilstība starp muskuļu ātrumu un spēka iespējām un cīpslu (saišu)mehāniskajiem rādītājiem. Tādēļ treniņu nodarbībās uzmanība jāpievēršcīpslu un saišu nostiprināšanai. Diemžēl zinātniski pamatotu rekomendāciju šajā jautājumā nav, taču vairums praktiķu uzskata, kato var panākt ar liela apjoma, bet nelielas intensitātes treniņdarbu.Vēlams, lai kustības tiktu izpildītas ar katrai locītavai maksimāli iespējamoamplitūdu un visos virzienos.