تحقیق مقاله بررسی عوامل آناتومیک و بیومکانیک ایجاد کننده اختلالات مفصل زانو و درمان آن ها

مقدمه

میاسای زآموختن یک زمان                به دانش میفکن دل اندرگمان

زانو، بزرگترین و پیچیده ترین مفصل در بدن است،از مفصل های لولایی است. این ساختمان دو مفصلی بوده و از مفصل تیبیوفمورال و پتلوفمورال تشکیل شده است و بدین خاطر تحت عنوان مجموعه زانو مورد مطالعه قرار گرفته اند.

مجموعه زانو با فلکسیون واکستانسیون، موجب کوتاه و طویل شدن عملکردی اندام تحتانی می شود. این مجموعه در حین حال که امکان حرکت و طویل و کوتاه شدن اندام را فراهم می آورد، باید وزن بدن را تحمل کرده و در حین فعالیتهای استاتیک و دینامیک از ثبات کافی برخوردار باشد. در این مفصل به اندازه‌ای حرکت اهمیت دارد، ثبات نیز مهم است و ساختمان پیچیده این مفصل باعث شده است که هر دو ویژگی در حد بسیار ایده آل فراهم شوند.

مفصل زانو در معرض نیروهای مختلفی قرار دارد، به طوری که این نیروها به لیگامانها و بافت نرم اطراف آن وارد می شوند. وقتی نیروهای خارجی وارده به مفصل زانویی که تحمل وزن می کند، بیشتر از نیروهای مقاومت بافتهای اطراف زانو شود، مفصل زانو در معرض آسیب دیدگی قرار می گیرد، معمولاً به دنبال آسیب دیدگیهای زانو، تجویز وسایل کمکی بخش مهمی از برنامه توانبخشی به حساب می آید.

نظر به اینکه آشنایی کافی با آناتومی، بیومکانیک و ثبات زانو در ارزیابی، تشخیص، درمان پزشکی و توانبخشی مشکلات و پاتولوژیهای زانو ضروری است، لذا در این مجموعه با بررسی عوامل آناتومیک و بیومکانیکی که در ایجاد اختلالات مفصل زانو دخالت دارند سعی بر این داریم تا علاوه بر ارزیابی هر یک از بیماریها و اختلالات ذکر شده وسایل کمکی مربوطه را نیز مورد بررسی قرار دهیم و همچنین مزایای هر یک از این وسایل و تأثیر آنها بر روی درمان بیماریها نیز بررسی خواهد شد، و امید است این مجموعه، مورد استفاده دانش پژوهان عزیز قرار گیرد.

مروری بر بررسی‌ها

کاربرد ارتزهای زانو در جراحتهای ورزشی و تصادفات شایع می باشد. براساس یک برآورد در سال 1994، استفاده 989000 نفر از افراد از ارتزهای زانو در بین جمعیت استفاده کننده از وسایل کمکی به عنوان دومین رتبه بعد از استفاده کننده ها از ارتزهای ستون فقرات منصوب شدند.

بیشترین جمعیت استفاده کننده از ارتزهای زانو در بین جمعیت جوانان می باشد. 70% ارتزهای زانو توسط افراد 44 ساله و جوانتر مورد استفاده واقع شده است.

در اواخر دهه 1960، ارتزهای زانو بر انواع KAFO محدود شده بودند که برای تغییرات شدید و زانوهای فلج طراحی شده بودند.

در اوایل دهه 1970، نخستین ارتز پیشرفته عملکردی زانو توسط Nicholas و Castiglia طراحی شد. بیشتر ارتزهای عملکردی زانو بعد از آن ساخته شدند.

متاسفانه مطالعات کمی در مورد اثبات تأثیر ارتزهای زانو در بین ورزشکاران صورت گرفته است. بیشتر این تحقیقات در مورد حداقل نیروهایی که قابل مقایسه با اعمال نیروهای زیاد در مسابقات ورزشی نمی باشد، صورت گرفته است.

به طور هماهنگ تأثیر ارتزهای زانو مورد رسیدگی واقع نشده است، بنابراین تجویز یک ارتز اغلب بصورت تجربی صورت می گیرد.

ولی اکنون به علت تنوع ارتزها و کاربردهای متنوع آنها، تاثیرات آنها مورد رسیدگی واقع شده است. به طوری که می توان در این مجموعه ارتزهای زانو را در هفت رده دسته بندی کرد که شامل:

1. Patellar                                                  2. Prophylactic

3. Postoperative or Rehabilitative                       4. Functional

5. Valgus Control             6. Orthoses For Osteoarthritis (Unloader)

7. Other

آناتومی و بیومکانیک مفصل پتلوفمورال[1]

مفصل پتلوفمورال در بین کلیه مفاصل بدن، از کمترین میزان تطابق[2] برخوردار است و شامل سطح خلفی پتلا و شیار بین کندیلی واقع در سطح قدامی انتهای استخوان فمور می باشد (تصویر1-1).

(تصاویر و جداول در فایل اصلی موجود است)

استخوان پتلا، یک استخوان سزاموئید[3] مثلثی شکل می باشد که قاعده آن در بالا و نوک تیز آن در پایین قرار دارد، و تاندون آن با تاندون عضله کوادری سپس[4] یکی می‌شود. ابعاد این استخوان در افراد مختلف، کمی متفاوت است بطوریکه عرض آن از 51 تا 57 میلی متر و طول آن از 47 تا 58 میلی متر، متغیر است. سطح خلفی استخوان پتلا با لایه ضخیمی از غضروف هیالین[5] پوشیده شده است. در قسمت فوقانی این سطح خلفی، یک ستیغ عمودی وجود دارد که این سطح را به دو سطح مفصل داخلی و خارجی تقسیم می کند (تصویر 2-1). علاوه بر این ستیغ، یک ستیغ عمودی دیگر سطح مفصل داخلی را از Oddfacet جدا می کند. Oddfacet در هنگام فلکسیون[6] کامل زانو، با کندیل داخلی استخوان فمور مفصل می شود.

(تصاویر و جداول در فایل اصلی موجود است)

تصویر 2-1. سطح مفصلی پتلا، توسط یک سنیغ عمودی به دو سطح داخلی و خارجی تقسیم شده است. به oddfacet در سطح داخلی پتلا توجه کنید.

یکی دیگر از سطوح مفصلی پتلوفمورال، شیاری است که در قسمت انتهای تحتانی استخوان فمور قرار دارد و دو کندیل داخلی و خارجی استخوان فمور را از هم جدا می کند (تصویر 3-1). ستیغ عمودی سطح خلفی استخوان پتلا، با این شیار بین کندیلی استخوان فمور، مفصل می شود. برجستگی بیشتر کندیل خارجی فمور نسبت به کندیل داخلی، باعث شده که جابجایی پتلا به سمت خارج، کمتر اتفاق بیافتد.

(تصاویر و جداول در فایل اصلی موجود است)

تصویر 3-1. شیار بین کندیلی استخوان فمور که کندیلهای داخلی و خارجی را از هم جدا کرده و با ستیغ عمودی پتلا مفصل می شود.

توده‌عضلانی ناحیه زانو که از آن به عنوان مکانیسم اکستانسور[7] نیز نام برده می‌شود، از عضله کوادری سپس تشکیل شده که خود شامل چهار عضله رکتوس فموریس[8]، وستوس اینترمدیوس[9] و واستوس لترالیس[10] و وستوس مدیالیس[11] می باشد (تصویر4-1). عمل این عضله در طول gait، اکستانسیون زانو و ثبات و کنترل آن از طریق انقباض Eccentric می باشد. چهار قسمت عضله کوادری سپس در قسمت تحتانی[12] بهم نزدیک شده، تاندون کوادری سپس رامی سازند که این تاندون با تاندون پتلا یکی شده در نهایت به تکمه استخوان تیبیا[13] متصل می شود.

(تصاویر و جداول در فایل اصلی موجود است)

الیافی از عضلات وستوس مدیالیس و وستوس لترالیس تحت زوایای مختلف به قسمت داخلی و خارجی استخوان پتلا متصل می شود (تصویر 5-1). که این زاویه در الیاف عضله وستوس مدیالیس مایل[14] بیشتر و در حدود 65 درجه می باشد. این عضلات نقش مهمی در وضعیت استاتیک و دینامیک و ثبات داخلی- خارجی استخوان پتلا ایفا می کنند.

(تصاویر و جداول در فایل اصلی موجود است)

پتلا همانند یک قرقره عمل می کند، به این صورت که باعث افزایش بازوی اهرمی عضله کوادری سپس و در نتیجه خط کشش این عضله شده و مزیت مکانیکی آن به عنوان یک عضله اکستانسور زانو بیشتر می شود. اهمیت این موضوع به حدی است که گفته می شود در موارد برداشتن استخوان پتلا[15]، نیروی گشتاوری عضله کوادری سپس تا 30% و حتی بیشتر کاهش می یابد. پتلا همچنین نیروهای فشاری وارد بر استخوان فمور را جذب کرده و از اصطکاک بین فمور و تاندون عضله کوادری سپس جلوگیری می کند. برای اینکه پتلا بتواند نقش خود را به خوبی ایفا کند، باید بتواند بخوبی در شیار بین کندیلی بلغزد. عوامل استاتیک و دینامیک مختلفی در این زمینه دخالت دارند.

تفاوت در شکل و اندازه سطوح مفصلی پتلوفمورال (تصویر A6-1) و عمق شیار بین کندیلی (تصویر B6-1 از آن به عنوان زاویه Sulcus نام برده شده است)، بر میزان ثبات و لغزش پتلا در این شیار تأثیر می گذارد.

همانطور که در تصویر A6-1 نشان داده شده، شش نوع تصویر مختلف از پتلا وجود دارد. در نوع اول سطوح مفصلی تقعر نسبتاً یکسانی دارند در حالیکه نوع دوم سطح مفصلی داخلی تقعر کمتری دارد. در طبقه بندیهای دیگری که از استخوان پتلا به عمل آمده این استخوان از لحاظ شیب

(تصاویر و جداول در فایل اصلی موجود است)

تصویر 6-1. تفاوت در سطوح مفصلی که می تواند در توزیع نیروهای وارده به مفصل پتلوفمورال مؤثر باشد. A). شش حالت مختلف از پتلا با عمق و شیار متفاوت. B). عمق شیار بین کندیلی، میزان تماس پتلا و فمور را مشخص می کند.

سطوح مفصلی و عمق ستیغ مرکزی، تقسیم بندی شده است. این اختلاف در شیب سطوح مفصلی و عمق ستیغ مرکزی باعث توزیع نامساوی نیرو و فشار بر روی سطوح مفصلی می شود. بنابراین با ثبات ترین حالت مفصل، زمانی است که سطوح مفصلی قرینه بوده و عمق شیار بین کندیلی عمیق است. برعکس، هرچه سطوح مفصلی پتلا تقارن کمتری داشته باشند و عمق شیار بین کندیلی هم کم باشد، مفصل از کمترین ثبات برخوردار بوده و نیروهای فشاری بطور نامساوی به مفصل وارد می شوند.

عوامل ساختاری استاتیک دیگری که باعث ثبات بیشتر پتلا می شود، عبارتند از رتیناکولوم[16] داخلی و خارجی و کپسول مفصلی (تصویر 7-1). رتیناکولوم خارجی شامل الیافی است که از ایلیوتبییال باند[17] به پتلا متصل می شود. این الیاف در هنگام فلکسیون زانو، تحت کشش قرار گرفته و پتلا را به سمت خارج می کشانند. این نیروی کششی توسط نیرویی که از طرف رتیناکولوم داخلی اعمال می شود، خنثی می گردد. در صورتیکه این تعادل کششی از بین برود، وضعیت و سینماتیک مفصل پتلوفمورال مختل می گردد.

کنترل دینامیک بر روی حرکت لغزشی پتلا، در درجه اول بوسیله عضله کوادری سپس ایجاد می شود. انقباض این عضله باعث اکستانسیون مفصل زانو می شود و این درحالی است که با این حرکت، پتلا به طرف قسمت فوقانی شیار بین کندیلی می‌لغزد. با حرکت فلکسیون زانو، پتلا بطرف پایین این شیار می لغزد. برای اینکه پتلا به خوبی در داخل شیار حرکت لغزشی خود را انجام دهد،می بایست بین انقباض عضلات وستوس مدیالیس و وستوس لترالیس تعادل کافی وجود داشته باشد. در غیر اینصورت، عدم تعادل کافی بین انقباض این دو عضله، منجر به راستای غیرطبیعی پتلا و حرکت لغزشی نادرست آن می شود که به نوبه خود باعث بروز درد و تغییرات دژنراتیو[18] در غضروف مفصلی می گردد. علاوه بر این دو عضله، عضلات دیگری که نقش مهمی در ثبات پتلا دارند، عضلاتی هستند که به کپسول مفصلی اتصال‌داشته و عبارتنداز Gastrocnemius، Semimembranosus، Semitendinosus، Iliotibial Tract و Sartorius.

عامل دیگری که در حرکت لغزشی پتلا تأثیر گذار است، زاویه Q است که بین خط کشش عضله کوادری سپس و تاندون پتلا تشکیل می شود (تصویر 8-1). این زاویه بین 10 تا 15 درجه است. این زاویه بسته به جنس افراد کمی متغیر است بطوریکه در مردان بین 10 تا 12 درجه و در زنان بین 15 تا 18 درجه است. در مواردی، این زاویه بیشتر از حد طبیعی می شود که عبارتند از: افزایش زاویه Anteversion استخوان فمور، افزایش چرخش خارجی در استخوان تیبیا و ژنو و الگوم[19] نسبی که همه این موارد باعث ایجاد نیروی خارجی بیشتر بر روی پتلا می گردد. افزایش یا کاهش زاویه Q منجر به بروز فشارهای غیرطبیعی به غضروف و در نهایت، اختلالات مفصلی پتلوفمورال می شود. با این وجود، برخی از مولفین در اندازه‌گیری زاویه Q محتاطانه عمل کرده‌اند. در حالت عادی، زاویه Q در وضعیت اکستانسیون کامل مفصل زانو اندازه‌گیری می شود و با تغییر وضعیت اکستانسیون و در طول فعالیت این زاویه تغییر کرده و لذا اهمیت جنبه تشخیصی آنرا کمی محدود می کند.

(تصاویر و جداول در فایل اصلی موجود است)

تصویر 8-1. زاویه Q، از بهم پیوستن خطی که ASIS را به وسط پتلا وصل می کند با خطی که تکمه تیبیا وسط پتلا را بهم وصل می کند، بدست می آید.

موقعیت پتلا در شیار بین کندیلی و نیروهایی که به مفصل وارد می شود که همان نیروهای عکس العمل مفصل پتلوفمورال[20] است، در دامنه حرکتی مفصل زانو متغیر است (جدول 1-1). در وضعیت اکستانسیون کامل زانو، استخوان پتلا در شیار بین کندیلی قرار داشته و تماس کمی با فمور دارد، لذا نیروی فشاری زیادی نمی تواند اعمال کند. در 10 تا 20 درجه فلکسیون، سطح مفصلی داخلی و خارجی پتلا در تماس مستقیم با استخوان فمور قرار می گیرد و نیروی کششی تاندون عضله کوادری سپس و تاندون پتلا، این استخوان را روی فمور می فشارد و در نتیجه نیروی عکس العمل مفصل را افزایش می دهد. در فلکسیون بیش از 90 درجه، نیروی PFJR و همچنین سطح تماس پتلا و فمور افزایش می یابد. با افزایش سطح تماس، نیروهای وارده، پخش شده و یک فشار نسبتاً ثابتی روی مفصل اعمال می شود. بیشترین نیروی تماسی، در فلکسیون 90 درجه اتفاق می‌افتد که اندازه این نیرو تقریباً 5/6 برابر وزن بدن است. وقتی فلکسیون از 90 درجه بیشتر می شود، پتلا با انجام یک روتاسیون[21] داخلی باعث می شود که ستیغ ما بین سطح مفصلی داخلی و Odd Facet در تماس مستقیم با کندیل داخلی قرار گیرد. در 135 درجه فلکسیون، فشار تماسی در درجه اول روی Odd Facet و سطح مفصلی خارجی متمرکز می شود. درطول حرکات زانو، قسمت داخلی استخوان پتلا، بیشترین تماس را با استخوان فمور دارد. به همین خاطر است که تغییرات دژنراتیو مفصل بطور معمول در غضروف واقع در سطح مفصلی داخلی و Odd Facet اتفاق می افتد.