Biomechanika a patobiomechanika pohybového aparátu

Volitelný předmět vyučovaný na Katedře antropologie a genetiky člověka, PřF UK v Praze a Katedře anatomie a biomechaniky člověka, FTVS UK v Praze

Přednášející: Prof. MUDr. Ivo Mařík, CSc.

V současné době je úsilí biomechaniků namířeno především na svalově – kosterní systém zdravých lidí. Zkoumají se mechanické vlastnosti zdravého skeletu většinou u mladých zdravých lidí – studentů, sportovců aj. Méně poznatků bylo získáno o biomechanických změnách skeletu v období růstu a stárnutí člověka. Jen ojedinělé poznatky byly uveřejněny o biomechanice a patobiomechanice vrozených skeletálních vad, které se projevují při narození nebo v období růstu.

Obrovské pokroky a léčebné úspěchy v ortopedii a traumatologii za posledních 25 let byly dosaženy díky poznatkům o biomechanice pohybového ústrojí, podmínkách hojení kostní tkáně a možností jejích náhrad biomateriály (v posledních letech se zavádí i léčení kmenovými buňkami kostní dřeně), díky vývoji implantátů pro osteosyntézu dlouhých kostí a páteře a umělých náhrad kloubů. První úspěchy byly dosaženy s náhradou autologní kloubní chrupavky, experimentálně se pro náhradu kloubní chrupavky zkoušejí bioaktivní, biokonduktivní a biotolerantní materiály. Ve fázi klinického experimentálního výzkumu je u nás v posledních letech aplikace umělé náhrady pro lokální osteochondrální defekty. Náhrada se skládá ze dvou provázaných kompozitních elementů (distální element je vytvořen z cykloolefinu – blendu a uhlíkových prvků, proximální část je vyrobena z hydrogelu – HEMA). Omezené možnosti jsou při léčení patologických stavů, kdy mechanické vlastnosti kostní, chrupavčité a veškeré pojivé tkáně jsou významně porušeny chorobou, věkem anebo vrozenou vadou. Zejména pak růstové období jedinců s vrozenými vadami skeletu – systémové a končetinové vady – je oblastí biomechanicky jen málo probádanou.

Vrozené vady pohybového ústrojí představují experiment přírody a lze na nich přímo studovat patobiomechaniku pohybového aparátu. Vrozené skeletální vady zahrnují rozsáhlé skupiny systémových vad, tzv. kostní dysplazie, a skupiny končetinových a dismorfických vad. Časté bývá i postižení jiných systémů včetně centrálního nervového systému. Z celosvětových epidemiologických studií se odhaduje, že vady pohybového ústrojí představují asi 2/3 všech vrozených vad. Biomechanicky závažných vad je podstatně méně. Odhadujeme, že v České republice se každoročně narodí asi 200 – 300 dětí závažně postižených, z čehož vyplývá, že ve věkovém rozmezí 0 – 25 let potřebuje odbornou komplexní péči asi 4 000 pacientů. Antropometrické vyšetřovací metody jsou spolu s rentgenologickým vyšetřením dodnes základem pro diagnostiku. Využíváme je i pro rozvahu k operačnímu léčení, stanovení timingu a při hodnocení dosažených výsledků. Dnes jsou již běžná specializovaná vyšetření zobrazovacími metodami CT, MRI a hodnocení kostní hustoty pomocí denzitometrů. V současnosti je součástí komplexního vyšetření dětí se systémovými vadami pohybového ústrojí přesná verifikace abnormálního vývoje pohybového aparátu. Základem je specializované klinicko-antropologické vyšetření indikované v rámci ortopedické antropologie. Poznávání patobiomechaniky a výzkum zaměřený na léčení biomechanicky závažných vrozených i získaných postižení pohybového ústrojí zejména v období růstu spolu s komplexní víceoborovou péčí přispívá k zařazení těchto postižených do společnosti jako soběstačných plnohodnotných jedinců. Ekonomické důsledky jsou evidentní.

Obsah volitelného předmětu Biomechanika a patobiomechanika pohybového aparátu (skeletálních vad) je uveden jako sylabus témat. Výuka předmětu poskytne studentům poznatky o svalově – kosterním systému, který se abnormálně vyvíjí v důsledku geneticky předurčené vrozené vady nebo jako následek poruchy růstu (celkové či lokální) způsobené onemocněním či úrazem.

Skeletální vrozené vady jako předmět se nevyučují v žádném lékařském oboru a jsou u nás dosud na okraji zájmu ortopédů i pediatrů. Léčení je i při dnešních překotných poznatcích etiologie stále symptomatické (převážně ortoticko-protetické a ortopedicko-chirugické). V posledních letech se ukazují možnosti prenatální diagnostiky na základě rozvoje molekulární genetiky. Očekávají se možnosti kauzální terapie u některých nosologických jednotek s dalším rozvojem genového inženýrství.

Volitelný předmět: 1 semestr, celkem 28 výukových hodin (přednášky a stáže), výuka bude ukončena zkouškou. Rozsah: 2 + 2.

Pozn.: Stáže jsou předpokladem pro porozumění přednášené problematice a nezbytné pro vlastní studium předmětu. Přednášky budou rozděleny do 3 bloků (3 dopoledne). Praktika každý týden odpoledne přibližně 2 – 3 hodiny. Praktika a přednášky se budou konat v Ambulantním centru pro vady pohybového aparátu s.r.o., Olšanská 7, Praha 3.

Vedoucí výuky:

  • Doc. MUDr. Ivo Mařík, CSc.
    Pracoviště: Ambulantní centrum pro vady pohybového aparátu s.r.o., Olšanská 7, 130 00 Praha 3
    tel./fax: +420 222 582 214, e-mail: ambul_centrum@volny.cz, www.pojivo.cz

Spolupracovníci:

  • RNDr Daniela Zemková, CSc.
    Dětská klinika KU FN v Motole, V Úvalu 84, Praha 5
  • Prof. Ing. Miroslav Petrtýl, DrSc.
    ČVUT, Fakulta stavební, Tusarova 7, Praha 6

Sylabus témat

  1. Funkční adaptace kostí (remodelace skeletu) a její biomechanické a bioreologické příčiny (viskoelastické vlastnosti kostní tkáně, deformačně – reologické účinky na činnost osteoblastů a osteoklastů, remodelace zdravé kostní tkáně – získané vady končetin /poúrazové, pozánětlivé dysostózy, aseptické nekrózy a jiné poruchy růstu/). Patogeneze geneticky podmíněných deformit dlouhých kostí na základě vrozeně naprogramované genetické poruchy, metabolických kostních chorob a biomechanických zákonů (remodelace fyziologické a patologické kostní tkáně, růstové chrupavky) a jako důsledek neurálně dlouživého růstu spinálních a periferních nervů, tzv. makroneurotrofní růst /experimentální práce M. Rotha/ (Doc. MUDr. Ivo Mařík, CSc.).
  2. Antropometrické hodnocení růstu a proporcionality, symetrie a asymetrie, vrozené poruchy růstu, predikce výšky postavy, zkratu či přerůstu jednotlivých segmentů končetin, axiální deformity dolních končetin, kostní a kalendářní věk – maturace. Ortopedická antropologie (RNDr. Daniela Zemková, CSc., dětská klinika, Karlova Universita v Praze a FN Motol).
  3. Klinicko-antropologicko-radiologická diagnostika a mezinárodní klasifikace konstitučních kostních chorob (kostní dysplazie), příklady patologické kostní remodelace. Léčebné možnosti konzervativní (řízená remodelace dlouhých kostí pomocí vysokoúčinných ortéz s nastavitelným předpětím) a chirurgické (biomechanické indikace korekčních, segmentárních a prodlužovacích operací, biomechanické a biologické předpoklady hojení kostních regenerátů při prodlužování dlouhých kostí a mnohočetných osteotomií) (Doc. MUDr. Ivo Mařík, CSc.).
  4. Končetinové vady – klasifikace. Vrozené růstové poruchy končetin, rozdělení podle F. Shapira (1988). Biomechanické a biologické předpoklady k prodlužovacím operacím, nebo k řízenému růstu v oblasti kolenního kloubu s využitím epifyzeodézy. (Doc. MUDr. Ivo Mařík, CSc.).
  5. Biomechanika páteře za fyziologických i patologických podmínek, (skoliózy, kyfózy, kyfoskoliózy idiopatické, systémové a vrozené, 3D deformity páteře) a možnosti léčení (indikace pro komplexní léčení konzervativní a chirurgické), remodelace páteře (Doc. MUDr. Ivo Mařík, CSc.).
  6. Biomechanika nohy za fyziologických a patologických podmínek, ortotické léčení vrozených a získaných deformit končetin a nohou. Rekonstrukční chirurgie u vrozených a získaných vad nohy s cílem korekce patobiomechaniky nohy (Doc. MUDr. Ivo Mařík, CSc.).
  7. Biomechanika v ortopedii, biomechanika umělých náhrad velkých kloubů, umělé náhrady pro lokální osteochondrální defekty, 1. a 2. fáze remodelace kortikalis na makro-, meso- a mikroúrovni (Prof. Ing. Miroslav Petrtýl, DrSc., Katedra stavební mechaniky a biomechaniky, Stavební fakulta ČVUT, Praha)

Doporučená literatura

  • Mařík I. Systémové, končetinové a kombinované vady skeletu: diagnostické, terapeutické a biomechanické aspekty – 1. část. Monografie. In: Pohybové ústrojí, 7, 2000, 2+3, s. 81 – 215.
  • Mařík I. Systémové, končetinové a kombinované vady skeletu: vybraná kasuistická sdělení – 2. část. Monografie. In: Pohybové ústrojí, 8, 2001, 3-4, p. 102 – 256.
  • Černý P, Pallová I, Mařík I. Grafická metoda určení rotace obratlů. Prospektivní studie. Pohybové ústrojí, 11, 2004, č. 3+4, s. 163-170.
  • Čulík J, Mařík I, Zemková D. Nomogramy pro určování tibio-femorálního úhlu. Pohybové ústrojí, 9, 2002, č. 3+4, s. 81 – 89, 145 -149.
  • Frost HM. Osteogenesis imperfecta. The set point proposal (a possible causative mechanism). Clin Orthop, 1987, 216, 280-292.
  • Frost H.M. The Utah Paradigma of Skeletal Physiology. Vol. I. Bone and Bones and Associated Problems. ISMNI, Greece, 2004, 427 p.
  • Heřt J. Wolfův transformační zákon po 100 letech. Acta. Chir. orthop. Traum. čech., 57, 1990, č 6, 465-76.
  • Marotti G. The structure of bone tissues and the cellular control of their deposition. Ital J Anat Embryol, 101, 1996, No 4, 25-79.
  • Maršík F, Mařík I, Klika V. Chemical kinetics of bone remodeling based on RANK – RANKL – OPG biology. Pohybové ústrojí, 11, 2004, č. 3+4, Suplementum s. 260-269.
  • Maršík F, Mařík I, Klika V. Chemické procesy kostní remodelace. Pohybové ústrojí, 12, 2005, č. 1+2, s. 51-61.
  • Marík I, Culík J, Cerny P, Zemková D, Zubina P, Hyánková E. New Limb Orthoses with High Bending Pre-Stressing. Orthopädie-Technik Quarterly, English edition III/2003, p. 7 – 12.
  • Mařík I. Řízená remodelace u systémových vad skeletu v období růstu: metoda volby konzervativního léčení deformit dlouhých kostí. Iatrike Techne, č. 2/2003, s. 73 – 77.
  • Mařík I, Straus J, Sochr T. Biomechanické a kriminalistické aspekty podogramů dětí s kostními dysplaziemi a vrozenými končetinovými defekty. Pohybové ústrojí, 11, 2004, č. 3+4, s. 141-152.
  • Mařík I. Maříková A. Vrozené vady pohybového ústrojí, diagnóza a komplexní léčení. Postgraduální medicína, 8, 2006, č. 1, s. 28 – 37.
  • Mařík I, Maříková A, Hudáková O, Zemková D, Myslivec R, Hyánková E, Kozlowski K. Vrozené systémové vady pohybového ústrojí: pokroky v diagnostice. Rheumatologia, 23, 2009, č. 2, s. 33 – 41.
  • Nordin M, Frankel VH. Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System. 2nd Ed, Lea and Febiger, Philadelphia, London, 1989, 323 s.
  • Petrtýl M. Biomechanické a biotermodynamické zákonitosti remodelace kostní tkáně. Pohybové ústrojí, 6, 1999, č. 1, s. 28 – 48.
  • Petrtýl M, Danešová J. Obecná teorie remodelace kostní tkáně. Pohybové ústrojí, 6, 1999, č. 3+4, s. 244 – 263.
  • Petrtýl M, Danešová J, Mařík I, Lísal J, Wohlmuthová A, Jandeková D. Remodelace fibrózní tkáně a modelace lamelární kosti v interfragmentálním prostoru: Kauzální vztahy mezi jejich komponentami. Pohybové ústrojí, 12, 2005, č. 1+2, s. 77-91.
  • Roth M. The role of neural growth in the pathomechanism of skeletal dysplasias:an experimetal study. Pohybové ústrojí, 2, 1995, č 3, 85-111.
  • Roth M. Neuroadaptivní patomechanismus u kostních dysplazií. Pohybové ústrojí 5, 1998, č 3-4, 127-132.
  • Sobotka Z. Biomechanika, bioreologie a jejich úloha v lékařství. Pohybové ústrojí, 1, 1994, č 1, 3-16.
  • Sobotka Z, Mařík I. Biomechanické jevy u kostních dysplazií. Pohybové ústrojí, 1, 1994, č 3, 122-136.
  • Sobotka Z, Mařík I. Remodelling and regeneration of bone tissue at some bone dysplasias. Pohybové ústrojí, 2, 1995, č 1, 15-24.
  • Valenta J et al. Biomechanika. Praha: Academia, 1985.
  • Zemková D, Mařík I. Antropometrie a její využití v komplexní péči o pacienty s kostními dysplaziemi. Pohybové ústrojí 5, 1998, č 3-4, 119-126.