Biomechanics and pathobiomechanics of locomotor apparatus - MB110P38

• Title: Biomechanika a pathobiomechanika pohybového aparátu
• Czech title: Biomechanika a pathobiomechanika pohybového aparátu
• Guaranteed by: Department of Anthropology and Human Genetics (31-110)
• Faculty: Faculty of Science
• Actual: from 2017
• Semester: winter
• E-Credits: 3
• Examination process: winter s.:
• Hours per week, examination: winter s.:2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: 5
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: prof. MUDr. Ivo Mařík, CSc.

Annotation

English

Last update: VACKOVA (17.05.2002)

Great progress in orthopaedics and traumatology during last 25 years has been made as a result of knowledge about biomechanics of locomotor apparatus, conditions of bone tissue healing, choices of biomaterials, developement of implants for osteosynthesis of long bones and vertebral column and joint replacements. Methods of treatment in pathological situations are limited if disease, age or inborn defects have significantly impared mechanical properties of bone tissue. This is especially true of unexplored phenomena involving the growing period of individuals with inborn skeletal defects.
Inborn defects of locomotor apparatus appear to us like an experiment of nature and making it possible to study pathobiomechanics of skeleton directly. Inborn skeletal defects contain extensive groups of systemic defects, so called bone dysplasias and congenital limb defects. The affection of other systems including the central nervous system is common. The world epidemiological studies show that the defects of locomotor apparatus represent about two thirds of all inborn defects. Fundamentally, few of these defects are biomechanicaly important. It estimated that 200 to 300 children with consequential defects are born in the Czech Republic every year. It means that about 4 000 patients in the age till 25 years need a special comprehensive care. Antropometric examination methods together with X-ray investigation are still principal method of diagnostics, however they are also used to determine the appropriate surgical treatment and assess the expected results. Finding the pathobiomechanics out and the research with a view to treatment of biomechanically important inborn and acquired defects of locomotor system especially in the growing period together with complex interdisciplinal care helps to include these disabled people in our society as maximal full-valued individuals with a good social background. The economic effect of complex care is obvious.

Czech

Last update: VACKOVA (17.05.2002)

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 pathobiomechanice 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. Omezené možnosti jsou při léčení patologických stavů, kdy mechanické vlastnosti kostní 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 studovat pathobiomechaniku skeletu přímo. Vrozené skeletální vady zahrnují rozsáhlé skupiny systémových vad tzv. kostní dysplazie a skupiny končetinových 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 O - 25 let potřebuje odbornou komplexní péči asi 4 000 pacientů. Antropometrické vyšetřovací metody jsou spolu s rentgenologickým vyšetřením dodnes základem pro diagnostiku, ale využíváme je i pro rozvahu k operačnímu léčení, stanovení timingu a při hodnocení dosažených výsledků. Poznávání pathobiomechaniky 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.

Literature

Last update: doc. RNDr. Petr Sedlak, Ph.D. (28.11.2011)

Základní 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 sdělen í- 2. část. Monografie. In: Pohybové ústrojí, 8, 2001, 3-4, p. 102 - 256.

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, No.2, p.33

Mařík I, Zemková D, Myslivec R, Petrášová Š, Hyánková E, Maříková A, Hudáková O. Deformity dolních končetin u dětí: diagnostika, monitorování a léčení. VOX pediatrie, 10, 2010, č. 7, s. 16-20.

Mařík I, Zemková D, Myslivec R, Petrášová Š, Hyánková E, Maříková A, Hudáková O. Nestejná délka dolních končetin v období růstu: diagnostika, monitorování a léčení Vox pediatrie, 10, 2010, č. 8, s. 22-29.

Doporučená literatura:

Nordin M, Frankel VH. Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System. 2nd Ed, Lea and Febiger, Philadelphia, London, 1989, 323 s.

Valenta J et al. Biomechanika. Praha: Academia, 1985.

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, 280-2

Frost HM. 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.

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.

Requirements to the exam

Last update: doc. RNDr. Petr Sedlak, Ph.D. (28.11.2011)

Studijní předmět je vhodný pro postgraduální studenty se zaměřením na:

klinická/ortopedická antropologie, medicína, biomedicína, biomechanika,

lékařská genetika, paleopatologie, ortopedická protetika, osteologie.

Zkoušení probíhá ústně, studenti mají k dispozici presentace přednášek a

doporučenou literaturu.

Syllabus

Last update: doc. RNDr. Petr Sedlak, Ph.D. (28.11.2011)

1. Úvod do předmětu. Biomechanika a bioreologie kostí, biomechanika kloubů, šlach a vazů, bioreologie kostní dřeně a její vliv na vlastnosti kostní tkáně - tlumení nárazů a odolnost dlouhých kostí k deformacím, vliv na remodelaci a hojení, biomechanika kosterních svalů a periferních nervů. Modelace a remodelace skeletu (MUDr. Ivo Mařík, CSc.).

2. Složení živé hmoty, molekulární biomechanika /cytoskelet, biomechanické jevy na buněčné úrovní, iontové kanály, receptory a mezibuněčná hmota/. Problematika kostních dysplázií v konfrontaci s poznatky molekulární biologie (MUDr. Miloslav Kuklík, CS., Ambulantní centrum pro vady pohybového aparátu v Praze 3, Olšanská 7, 3. patro).

3. 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 a jiné poruchy růstu/). Patogeneze geneticky podmíněných deformit dlouhých kostí na základě vrozeně naprogramované genetické poruchy, biomechanických zákonů (remodelace fyziolgické a patologické kostní tkáně) a jako důsledek neurálně dlouživého růstu spinálních a periferních nervů, tzv. makroneurotrofní růst /experimentální práce M. Rotha/ (MUDr. Ivo Mařík, CSc.).

4. Klinicko-radiologická diagnostika a klasifikace konstitučních kostních chorob (kostní dysplazie), příklady patologické kostní remodelace, léčebné možnosti kozervativní (řízená remodelace dlouhých kostí pomocí vysokoúčinných ortéz s nastavitelným předpětím) a chirugické (biomechanické indikace korekčních, segmentárních a prodlužovacích operací, biomechanické a biologické předpoklady hojení kostních regenerátů při prodlužování dlouhých kostí a mnohočetných osteotomií fixovaných intramedulárně) + p r a k t i k u m (MUDr. Ivo Mařík, CSc.).

5. Končetinové vady - klasifikace. Biomechanické a biologické předpoklady k prodlužovacím operacím, nebo epifyzeodéze v oblasti kolenního kloubu. Ortotické léčení vrozených a získaných deformit končetin a nohou (MUDr. Ivo Mařík, CSc.).

6. Morfogeneze a etiopatogeneze končetinových vad. Modelové situace vrozených vad na zvířatech. Definice malformací, deformit, disrupcí, syndromů, sekvencí a asociací (klinické příklady syndromů biomechanicky významných). Mikrosymptomy a epigenetické znaky. Základy dermatoglyfiky, dermatoglyfické vzory u kostních dysplazií a končetinových vad

+ p r a k t i k u m (MUDr. Miloslav Kuklík, CSc., Ambulantní centrum pro vady pohybového aparátu v Praze 3, Olšanská 7, 3. patro).

7. Antropometrické hodnocení růstu a proporcionality, symetrie a asymetrie, vrozené poruchy růstu, predikce výšky postavy, zkratu či přerůstu jednotlivých segmentů končetin, kostní a kalendářní věk - maturace

+ p r a k t i k u m (RNDr. Dana Zemková, 2. dětská klinika, Karlova Universita v Praze a FN Motol a Ambulantní centrum v Praze 3, Olšanská 7, 3. patro).

8. Biomechanika páteře za fyziologických i patologických podmínek, (skoliózy, kyfózy, kyfoskoliózy idiopatické, systémové a vrozené) a možnosti léčení (indikace pro komplexní léčení konzervativní a chirurgické) + p r a k t i k u m (MUDr. Petr Zubina, Ambulantní centrum pro vady pohybového aparátu v Praze 3, Olšanská 7, 3. patro).

9. Biomechanika ruky za fyziologických a patologických podmínek, možnosti rehabilitačního a ortotického léčení, rekonstrukční chirurgie u vrozených a získaných vad ruky

+ p r a k t i k u m (MUDr. Václav Smrčka, CSc., Ambulantní centrum pro vady pohybového aparátu v Praze 3, Olšanská 7, 3. patro.

10. Biomechanika v ortopedii, biomechanika umělých náhrad velkých kloubů, 1. a 2. fáze remodelace kortikalis na makroúrovni (Prof. Ing. Miroslav Petrtýl, Katedra stavební mechaniky a biomechaniky, Stavební fakulta ČVUT, Praha)