مقاله بررسي عوامل آناتوميك و بيومكانيك ايجاد كننده اختلالات مفصل زانو و درمان آنها

دسته بندي : علوم پزشکی » پزشکی
مقاله بررسي عوامل آناتوميك و بيومكانيك ايجاد كننده اختلالات مفصل زانو و درمان آنها در 92 صفحه ورد قابل ويرايش

مقدمه

مياساي زآموختن يك زمان به دانش ميفكن دل اندرگمان

زانو، بزرگترين و پيچيده ترين مفصل در بدن است،از مفصلهاي لولايي است. اين ساختمان دو مفصلي بوده و از مفصل تيبيوفمورال و پتلوفمورال تشكيل شده است و بدين خاطر تحت عنوان مجموعه زانو مورد مطالعه قرار گرفته اند.

مجموعه زانو با فلكسيون واكستانسيون، موجب كوتاه و طويل شدن عملكردي اندام تحتاني مي شود. اين مجموعه در حين حال كه امكان حركت و طويل و كوتاه شدن اندام را فراهم مي آورد، بايد وزن بدن را تحمل كرده و در حين فعاليتهاي استاتيك و ديناميك از ثبات كافي برخوردار باشد. در اين مفصل به اندازه‌اي حركت اهميت دارد، ثبات نيز مهم است و ساختمان پيچيده اين مفصل باعث شده است كه هر دو ويژگي در حد بسيار ايده آل فراهم شوند.

مفصل زانو در معرض نيروهاي مختلفي قرار دارد، به طوري كه اين نيروها به ليگامانها و بافت نرم اطراف آن وارد مي شوند. وقتي نيروهاي خارجي وارده به مفصل زانويي كه تحمل وزن مي كند، بيشتر از نيروهاي مقاومت بافتهاي اطراف زانو شود، مفصل زانو در معرض آسيب ديدگي قرار مي گيرد، معمولاً به دنبال آسيب ديدگيهاي زانو، تجويز وسايل كمكي بخش مهمي از برنامه توانبخشي به حساب مي آيد.

نظر به اينكه آشنايي كافي با آناتومي، بيومكانيك و ثبات زانو در ارزيابي، تشخيص، درمان پزشكي و توانبخشي مشكلات و پاتولوژيهاي زانو ضروري است، لذا در اين مجموعه با بررسي عوامل آناتوميك و بيومكانيكي كه در ايجاد اختلالات مفصل زانو دخالت دارند سعي بر اين داريم تا علاوه بر ارزيابي هر يك از بيماريها و اختلالات ذكر شده وسايل كمكي مربوطه را نيز مورد بررسي قرار دهيم و همچنين مزاياي هر يك از اين وسايل و تأثير آنها بر روي درمان بيماريها نيز بررسي خواهد شد، و اميد است اين مجموعه، مورد استفاده دانش پژوهان عزيز قرار گيرد.


مروري بر بررسي‌ها

كاربرد ارتزهاي زانو در جراحتهاي ورزشي و تصادفات شايع مي باشد. براساس يك برآورد در سال 1994، استفاده 989000 نفر از افراد از ارتزهاي زانو در بين جمعيت استفاده كننده از وسايل كمكي به عنوان دومين رتبه بعد از استفاده كننده ها از ارتزهاي ستون فقرات منصوب شدند.

بيشترين جمعيت استفاده كننده از ارتزهاي زانو در بين جمعيت جوانان مي باشد. 70% ارتزهاي زانو توسط افراد 44 ساله و جوانتر مورد استفاده واقع شده است.

در اواخر دهه 1960، ارتزهاي زانو بر انواع KAFO محدود شده بودند كه براي تغييرات شديد و زانوهاي فلج طراحي شده بودند.

در اوايل دهه 1970، نخستين ارتز پيشرفته عملكردي زانو توسط Nicholas و Castiglia طراحي شد. بيشتر ارتزهاي عملكردي زانو بعد از آن ساخته شدند.

متاسفانه مطالعات كمي در مورد اثبات تأثير ارتزهاي زانو در بين ورزشكاران صورت گرفته است. بيشتر اين تحقيقات در مورد حداقل نيروهايي كه قابل مقايسه با اعمال نيروهاي زياد در مسابقات ورزشي نمي باشد، صورت گرفته است.

به طور هماهنگ تأثير ارتزهاي زانو مورد رسيدگي واقع نشده است، بنابراين تجويز يك ارتز اغلب بصورت تجربي صورت مي گيرد.

ولي اكنون به علت تنوع ارتزها و كاربردهاي متنوع آنها، تاثيرات آنها مورد رسيدگي واقع شده است. به طوري كه مي توان در اين مجموعه ارتزهاي زانو را در هفت رده دسته بندي كرد كه شامل:

1. Patellar 2. Prophylactic

3. Postoperative or Rehabilitative 4. Functional

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

7. Other


آناتومي و بيومكانيك مفصل پتلوفمورال[1]

مفصل پتلوفمورال در بين كليه مفاصل بدن، از كمترين ميزان تطابق[2] برخوردار است و شامل سطح خلفي پتلا و شيار بين كنديلي واقع در سطح قدامي انتهاي استخوان فمور مي باشد (تصوير1-1).



تصوير 1-1 سطوح مفصلي خلف پتلا و قدام فمور





استخوان پتلا، يك استخوان سزاموئيد[3] مثلثي شكل مي باشد كه قاعده آن در بالا و نوك تيز آن در پايين قرار دارد، و تاندون آن با تاندون عضله كوادري سپس[4] يكي مي‌شود. ابعاد اين استخوان در افراد مختلف، كمي متفاوت است بطوريكه عرض آن از 51 تا 57 ميلي متر و طول آن از 47 تا 58 ميلي متر، متغير است. سطح خلفي استخوان پتلا با لايه ضخيمي از غضروف هيالين[5] پوشيده شده است. در قسمت فوقاني اين سطح خلفي، يك ستيغ عمودي وجود دارد كه اين سطح را به دو سطح مفصل داخلي و خارجي تقسيم مي كند (تصوير 2-1). علاوه بر اين ستيغ، يك ستيغ عمودي ديگر سطح مفصل داخلي را از Oddfacet جدا مي كند. Oddfacet در هنگام فلكسيون[6] كامل زانو، با كنديل داخلي استخوان فمور مفصل مي شود.





تصوير 2-1. سطح مفصلي پتلا، توسط يك سنيغ عمودي به دو سطح داخلي و خارجي تقسيم شده است. به oddfacet در سطح داخلي پتلا توجه كنيد.





يكي ديگر از سطوح مفصلي پتلوفمورال، شياري است كه در قسمت انتهاي تحتاني استخوان فمور قرار دارد و دو كنديل داخلي و خارجي استخوان فمور را از هم جدا مي كند (تصوير 3-1). ستيغ عمودي سطح خلفي استخوان پتلا، با اين شيار بين كنديلي استخوان فمور، مفصل مي شود. برجستگي بيشتر كنديل خارجي فمور نسبت به كنديل داخلي، باعث شده كه جابجايي پتلا به سمت خارج، كمتر اتفاق بيافتد.



تصوير 3-1. شيار بين كنديلي استخوان فمور كه كنديلهاي داخلي و خارجي را از هم جدا كرده و با ستيغ عمودي پتلا مفصل مي شود.



توده‌عضلاني ناحيه زانو كه از آن به عنوان مكانيسم اكستانسور[7] نيز نام برده مي‌شود، از عضله كوادري سپس تشكيل شده كه خود شامل چهار عضله ركتوس فموريس[8]، وستوس اينترمديوس[9] و واستوس لتراليس[10] و وستوس مدياليس[11] مي باشد (تصوير4-1). عمل اين عضله در طول gait، اكستانسيون زانو و ثبات و كنترل آن از طريق انقباض Eccentric مي باشد. چهار قسمت عضله كوادري سپس در قسمت تحتاني[12] بهم نزديك شده، تاندون كوادري سپس رامي سازند كه اين تاندون با تاندون پتلا يكي شده در نهايت به تكمه استخوان تيبيا[13] متصل مي شود.





تصوير 4-1. قسمتهاي مختلف مكانيسم اكستانسوري زانو.







اليافي از عضلات وستوس مدياليس و وستوس لتراليس تحت زواياي مختلف به قسمت داخلي و خارجي استخوان پتلا متصل مي شود (تصوير 5-1). كه اين زاويه در الياف عضله وستوس مدياليس مايل[14] بيشتر و در حدود 65 درجه مي باشد. اين عضلات نقش مهمي در وضعيت استاتيك و ديناميك و ثبات داخلي- خارجي استخوان پتلا ايفا مي كنند.











تصوير 5-1. يك شكل شماتيك از زواياي اتصال عضلات­مكانيسم اكستانسوري به پتلا.





پتلا همانند يك قرقره عمل مي كند، به اين صورت كه باعث افزايش بازوي اهرمي عضله كوادري سپس و در نتيجه خط كشش اين عضله شده و مزيت مكانيكي آن به عنوان يك عضله اكستانسور زانو بيشتر مي شود. اهميت اين موضوع به حدي است كه گفته مي شود در موارد برداشتن استخوان پتلا[15]، نيروي گشتاوري عضله كوادري سپس تا 30% و حتي بيشتر كاهش مي يابد. پتلا همچنين نيروهاي فشاري وارد بر استخوان فمور را جذب كرده و از اصطكاك بين فمور و تاندون عضله كوادري سپس جلوگيري مي كند. براي اينكه پتلا بتواند نقش خود را به خوبي ايفا كند، بايد بتواند بخوبي در شيار بين كنديلي بلغزد. عوامل استاتيك و ديناميك مختلفي در اين زمينه دخالت دارند.

تفاوت در شكل و اندازه سطوح مفصلي پتلوفمورال (تصوير A6-1) و عمق شيار بين كنديلي (تصوير B6-1 از آن به عنوان زاويه Sulcus نام برده شده است)، بر ميزان ثبات و لغزش پتلا در اين شيار تأثير مي گذارد.

همانطور كه در تصوير A6-1 نشان داده شده، شش نوع تصوير مختلف از پتلا وجود دارد. در نوع اول سطوح مفصلي تقعر نسبتاً يكساني دارند در حاليكه نوع دوم سطح مفصلي داخلي تقعر كمتري دارد. در طبقه بنديهاي ديگري كه از استخوان پتلا به عمل آمده اين استخوان از لحاظ شيب























تصوير 6-1. تفاوت در سطوح مفصلي كه مي تواند در توزيع نيروهاي وارده به مفصل پتلوفمورال مؤثر باشد. A). شش حالت مختلف از پتلا با عمق و شيار متفاوت. B). عمق شيار بين كنديلي، ميزان تماس پتلا و فمور را مشخص مي كند.

سطوح مفصلي و عمق ستيغ مركزي، تقسيم بندي شده است. اين اختلاف در شيب سطوح مفصلي و عمق ستيغ مركزي باعث توزيع نامساوي نيرو و فشار بر روي سطوح مفصلي مي شود. بنابراين با ثبات ترين حالت مفصل، زماني است كه سطوح مفصلي قرينه بوده و عمق شيار بين كنديلي عميق است. برعكس، هرچه سطوح مفصلي پتلا تقارن كمتري داشته باشند و عمق شيار بين كنديلي هم كم باشد، مفصل از كمترين ثبات برخوردار بوده و نيروهاي فشاري بطور نامساوي به مفصل وارد مي شوند.

عوامل ساختاري استاتيك ديگري كه باعث ثبات بيشتر پتلا مي شود، عبارتند از رتيناكولوم[16] داخلي و خارجي و كپسول مفصلي (تصوير 7-1). رتيناكولوم خارجي شامل اليافي است كه از ايليوتبييال باند[17] به پتلا متصل مي شود. اين الياف در هنگام فلكسيون زانو، تحت كشش قرار گرفته و پتلا را به سمت خارج مي كشانند. اين نيروي كششي توسط نيرويي كه از طرف رتيناكولوم داخلي اعمال مي شود، خنثي مي گردد. در صورتيكه اين تعادل كششي از بين برود، وضعيت و سينماتيك مفصل پتلوفمورال مختل مي گردد.





تصوير 7-1 . رتيناگولوم داخلي و خارجي و كپسول مفصلي باعث ثبات پتلا مي شوند.







كنترل ديناميك بر روي حركت لغزشي پتلا، در درجه اول بوسيله عضله كوادري سپس ايجاد مي شود. انقباض اين عضله باعث اكستانسيون مفصل زانو مي شود و اين درحالي است كه با اين حركت، پتلا به طرف قسمت فوقاني شيار بين كنديلي مي‌لغزد. با حركت فلكسيون زانو، پتلا بطرف پايين اين شيار مي لغزد. براي اينكه پتلا به خوبي در داخل شيار حركت لغزشي خود را انجام دهد،مي بايست بين انقباض عضلات وستوس مدياليس و وستوس لتراليس تعادل كافي وجود داشته باشد. در غير اينصورت، عدم تعادل كافي بين انقباض اين دو عضله، منجر به راستاي غيرطبيعي پتلا و حركت لغزشي نادرست آن مي شود كه به نوبه خود باعث بروز درد و تغييرات دژنراتيو[18] در غضروف مفصلي مي گردد. علاوه بر اين دو عضله، عضلات ديگري كه نقش مهمي در ثبات پتلا دارند، عضلاتي هستند كه به كپسول مفصلي اتصال‌داشته و عبارتنداز Gastrocnemius، Semimembranosus، Semitendinosus، Iliotibial Tract و Sartorius.

عامل ديگري كه در حركت لغزشي پتلا تأثير گذار است، زاويه Q است كه بين خط كشش عضله كوادري سپس و تاندون پتلا تشكيل مي شود (تصوير 8-1). اين زاويه بين 10 تا 15 درجه است. اين زاويه بسته به جنس افراد كمي متغير است بطوريكه در مردان بين 10 تا 12 درجه و در زنان بين 15 تا 18 درجه است. در مواردي، اين زاويه بيشتر از حد طبيعي مي شود كه عبارتند از: افزايش زاويه Anteversion استخوان فمور، افزايش چرخش خارجي در استخوان تيبيا و ژنو و الگوم[19] نسبي كه همه اين موارد باعث ايجاد نيروي خارجي بيشتر بر روي پتلا مي گردد. افزايش يا كاهش زاويه Q منجر به بروز فشارهاي غيرطبيعي به غضروف و در نهايت، اختلالات مفصلي پتلوفمورال مي شود. با اين وجود، برخي از مولفين در اندازه‌گيري زاويه Q محتاطانه عمل كرده‌اند. در حالت عادي، زاويه Q در وضعيت اكستانسيون كامل مفصل زانو اندازه‌گيري مي شود و با تغيير وضعيت اكستانسيون و در طول فعاليت اين زاويه تغيير كرده و لذا اهميت جنبه تشخيصي آنرا كمي محدود مي كند.


















تصوير 8-1. زاويه Q، از بهم پيوستن خطي كه ASIS را به وسط پتلا وصل مي كند با خطي كه تكمه تيبيا وسط پتلا را بهم وصل مي كند، بدست مي آيد.

موقعيت پتلا در شيار بين كنديلي و نيروهايي كه به مفصل وارد مي شود كه همان نيروهاي عكس العمل مفصل پتلوفمورال[20] است، در دامنه حركتي مفصل زانو متغير است (جدول 1-1). در وضعيت اكستانسيون كامل زانو، استخوان پتلا در شيار بين كنديلي قرار داشته و تماس كمي با فمور دارد، لذا نيروي فشاري زيادي نمي تواند اعمال كند. در 10 تا 20 درجه فلكسيون، سطح مفصلي داخلي و خارجي پتلا در تماس مستقيم با استخوان فمور قرار مي گيرد و نيروي كششي تاندون عضله كوادري سپس و تاندون پتلا، اين استخوان را روي فمور مي فشارد و در نتيجه نيروي عكس العمل مفصل را افزايش مي دهد. در فلكسيون بيش از 90 درجه، نيروي PFJR و همچنين سطح تماس پتلا و فمور افزايش مي يابد. با افزايش سطح تماس، نيروهاي وارده، پخش شده و يك فشار نسبتاً ثابتي روي مفصل اعمال مي شود. بيشترين نيروي تماسي، در فلكسيون 90 درجه اتفاق مي‌افتد كه اندازه اين نيرو تقريباً 5/6 برابر وزن بدن است. وقتي فلكسيون از 90 درجه بيشتر مي شود، پتلا با انجام يك روتاسيون[21] داخلي باعث مي شود كه ستيغ ما بين سطح مفصلي داخلي و Odd Facet در تماس مستقيم با كنديل داخلي قرار گيرد. در 135 درجه فلكسيون، فشار تماسي در درجه اول روي Odd Facet و سطح مفصلي خارجي متمركز مي شود. درطول حركات زانو، قسمت داخلي استخوان پتلا، بيشترين تماس را با استخوان فمور دارد. به همين خاطر است كه تغييرات دژنراتيو مفصل بطور معمول در غضروف واقع در سطح مفصلي داخلي و Odd Facet اتفاق مي افتد.

علاوه بر موقعيت مفصل، مقدار كشش اكتيو و پسيو[22] عضله كوادري سپس نيز روي نيروهاي PFJR تأثير مي گذارد. مابين دو مرحله تماس اوليه[23] و پاسخ به نيروي وارده[24] از فاز Stance راه رفتن، اندازه نيروي PFJR تقريباً به اندازه نصف وزن بدن مي شود و در مواقعي مثل بالا رفتن از پلكان و يا دويدن، به 3/3 برابر وزن بدن هم مي رسد. اندازه نيروهاي فشاري در هنگام دوچرخه سواري تقريباً 5/1 برابر وزن بدن است. فعاليتهايي كه مستلزم فلكسيون زياد زانو و نيز انقباض قوي عضله كوادري سپس است، ممكن است نيروي PFJR راحتي تا 8/7 برابر وزن بدن هم برساند.


ارتز كاربردي براي استئوآرتريت (بدون اعمال نيرو)[1]

نخستين ارتز براي استئوآرتريت زانو در سال 1989 ساخته شده است و از اعمال نيرو به قسمت داخلي كنديلهاي فمور و تيبيا جلوگيري مي كند. تخمين زده شده است كه 21 ميليون نفر آمريكايي دچار استئوآرتريت شده اند و تا 20 سال آينده حدود 50% افزايش پيدا خواهد كرد. بيماران ديگري كه مي توانند از اين ارتز استفاده كنند شامل افرادي كه تاريخچه اي از تعويض منيسك[2]، پارگي ACL، ژنووروم يا ژنوولگوم، نقص كلي زانو و يا استئوتومي شديد تيبيا دارند. اغلب در اين شرايط، فشارهاي سطح مفصلي نامساوي شده و منجر به تخريب غضروف مفصلي مي شود. شايعترين استئوآرتريت در قسمت داخلي زانو رخ مي دهد و زانو بيشتر بيماران در حين راه رفتن تمايل به سمت واروس دارد. تقريباً 60 تا 80% نيروها در عرض زانو به ساختمان داخلي زانو انتقال داده مي شود. اين ارتزها باعث ايجاد فاصله بين سطوح مفصلي داخلي و خارجي ساختار زانو مي‌شوند. سيستم سه نقطه فشار منجر به اصلاح واروس يا والگوس زانو بدون اعمال نيرو بر روي مفصل مي‌شود.

2 تا 3 ميلي متر فاصله بين سطوح مفصلي داخلي و خارجي ساختار زانو منجر به راحتي قابل ملاحظه اي از درد در بيمار مي شود. در بيماران دچار استئوآرتريت با درجه كم تا متوسط ارتز تاثيرگذار مي باشد و سبك فعاليتهاي زندگي بيمار را توسعه مي دهند Prestressed و Thrust دو نوع ارتز زانو Unloader هستند كه در اين قسمت توضيح داده مي شوند.
ارتز Thrust Unloader

اين يك ارتز تك مفصلي مي باشد كه به يكي از اين طريق عمل مي كند: يا پدهاي پنوماتيكي كنديل كه متورم شده است يا اينكه ضخامت پد كنيدلي افزايش يافته است تا هنگام خم كردن عمل كند. اولين ارتز در سال 1989 توسط Generation II ساخته شد و بنام خود او يعني ارتز Generation II Unloader نامگذاري شد. وزن اين ارتز 26 اونس بوده و از روي قالب گچي زانوي بيمار ساخته مي شود. مفصل زانو كه چند محوري است،از تركيبات كربني ساخته شده و با يك لايه تفلون پوشيده شده است. اين مفصل به دو ساختمان ساق و ران متصل مي شود و به وسيله استرپ روي پا محكم مي شود. بسته به اينكه آرتريت مفصل در قسمت داخل يا خارج باشد، در صورتي كه بخواهيم فشار را از قسمت داخل مفصل زانو برداريم، استرپ از قسمت خارج مفصل نيرو وارد مي كند و اگر هدف، برداشتن فشار از قسمت خارج زانو باشد استرپ از قسمت داخل مفصل نيرو وارد مي كند. قرار گيري مفصل در همان طرفي است كه مي خواهيم فشاروارد نشود. براي مثال، اگر بخواهيم فشار را از سطح داخلي مفصل زانو برداريم مفصل در قسمت داخل نصب مي شود ( تصوير 39-3 ).
شكل


ارتز Prestressed Unloader

اين يك نوع ارتز دو مفصلي مي باشد، بارهاي خارجي اين ارتز در راستاي مفصل آناتوميكي زانو، براي ايجاد يك راستاي طبيعي قرار گرفته است و به كاهش فشار در بخشهاي مبتلا كمك مي‌كند. نيروهاي فشاري مفصل در سرتاسر بارهاي خارجي و مفاصل تقسيم مي شود. يك نمونه از اين ارتز بنام ارتز Omni Force XC (سابقاً Align مي ناميدند) مي باشد ( تصوير 40-3 ).

در اين ارتز ممكن 3،5 يا 7 درجه زاويه اصلاحي بكار رود. كنترل اكستانسيون در اين ارتز از 5،10 تا 25 درجه متفاوت مي باشد.
تأثير كلينيكي ارتزهاي كاربردي براي استئوآرتريت

مدت زمان كاربرد اين ارتز براي بيماران داراي استئوآرتريت نسبتاً جديد است و مطالعات كمي در رابطه با تأثيرات اين ارتز صورت گرفته است. محققان در تحقيق از 119 بيمار مبتلا به استئوآرتريت زانو دريافتند كه بيماراني كه از اين ارتزها استفاده مي‌كنند نسبت به بيماراني كه از Sleeve نئوپرني استفاده مي كردند، تأثيرات بيشتري در بهبود عملكرد آنها و شرايط زندگي آنها مشاهده شده است. اين علائم بعد از تستهاي فعاليت و 6 دقيقه راه رفتن و 30 ثانيه بالا رفتن از پلكان نشان داده شده است.

Pollo و همكارانش پس از بررسي 9 نفر از افرادي كه از درد قسمت داخلي زانو رنج مي‌بردند، نشان دادند كه پوشيدن ارتز Generation II Unloader از نيروي وارده به قسمت داخلي زانو (نيروي متمايل به سمت واروس) در مرحله Mid Stance مي‌كاهد. Horlick و Loomer گزارش كردند كه از 79 بيمار مورد مطالعه آنها كه از استئوآرتريت قسمت داخلي زانو رنج مي بردند، 82% آنها بهبود يافتند و در بررسي بعدي كه 20 ماه بعد انجام شد، مشخص گرديد كه 93% آنها همچنان از ارتز استفاده مي‌كردند.



در مطالعه اي ديگر، جدايي كنديلي تحت فلوروسكوپي[3] در بيماران استفاده كننده از اين نوع ارتزها مورد بررسي واقع شده است. در تماس اوليه از فاز Stance در 78% از بيماران جدايي كنديلي اثبات شد و در فاز Mid Stance در 70% از بيماران جدايي كنديلي نشان داده شد. بيماراني با درجه حاد استئوآرتريت با عملكرد و تناسب اين نوع ارتزها مشكلات بيشتري داشتند. در كنار ارتزهاي Unloader، ممكن insole با بلند كردن قسمت خارجي[4] براي استئوآرتريت استفاده شود. در يك تحقيق از 17 شخص سالم كه يك insole با 5 درجه بلند كردن لبه خارجي پوشيده بودند، در واروس لحظه اي زانو و اعمال نيرو به قسمت داخلي زانو، كاهش ديده شده است. تحقيقات بيشتري براي تصديق تأثير اين ارتزها نياز مي باشد.