مقاله بررسی عوامل آناتومیك و بیومكانیك ایجاد كننده اختلالات مفصل زانو و درمان آنها

مقاله بررسی عوامل آناتومیك و بیومكانیك ایجاد كننده اختلالات مفصل زانو و درمان آنها

مقاله بررسی عوامل آناتومیك و بیومكانیك ایجاد كننده اختلالات مفصل زانو و درمان آنها در 92 صفحه ورد قابل ویرایش

مقدمه

میاسای زآموختن یك زمان به دانش میفكن دل اندرگمان

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

مجموعه زانو با فلكسیون واكستانسیون، موجب كوتاه و طویل شدن عملكردی اندام تحتانی می شود. این مجموعه در حین حال كه امكان حركت و طویل و كوتاه شدن اندام را فراهم می آورد، باید وزن بدن را تحمل كرده و در حین فعالیتهای استاتیك و دینامیك از ثبات كافی برخوردار باشد. در این مفصل به اندازه‌ای حركت اهمیت دارد، ثبات نیز مهم است و ساختمان پیچیده این مفصل باعث شده است كه هر دو ویژگی در حد بسیار ایده آل فراهم شوند.

مفصل زانو در معرض نیروهای مختلفی قرار دارد، به طوری كه این نیروها به لیگامانها و بافت نرم اطراف آن وارد می شوند. وقتی نیروهای خارجی وارده به مفصل زانویی كه تحمل وزن می كند، 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 كمكی بخش مهمی از برنامه توانبخشی به حساب می آید.

نظر به اینكه آشنایی كافی با آناتومی، بیومكانیك و ثبات زانو در ارزیابی، تشخیص، درمان پزشكی و توانبخشی مشكلات و پاتولوژیهای زانو ضروری است، لذا در این مجموعه با بررسی عوامل آناتومیك و بیومكانیكی كه در ایجاد اختلالات مفصل زانو دخالت دارند سعی بر این داریم تا علاوه بر ارزیابی هر یك از بیماریها و اختلالات ذكر شده وسایل كمكی مربوطه را نیز مورد بررسی قرار دهیم و همچنین مزایای هر یك 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

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

بیشترین جمعیت استفاده كننده 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 كه برای تغییرات شدید و زانوهای فلج طراحی شده بودند.

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

متاسفانه مطالعات كمی در مورد اثبات تأثیر ارتزهای زانو در بین ورزشكاران صورت گرفته است. بیشتر این تحقیقات در مورد حداقل نیروهایی كه 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 یك ارتز اغلب بصورت تجربی صورت می گیرد.

ولی اكنون به علت تنوع ارتزها و كاربردهای متنوع آنها، تاثیرات آنها مورد رسیدگی واقع شده است. به طوری كه می توان در این مجموعه ارتزهای زانو را در هفت رده دسته بندی كرد كه شامل:

1. Patellar 2. Prophylactic

3. Postoperative or Rehabilitative 4. Functional

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

7. Other

آناتومی و بیومكانیك مفصل پتلوفمورال[1]

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

تصویر 1-1 سطوح مفصلی خلف پتلا و قدام فمور

استخوان پتلا، یك استخوان سزاموئید[3] مثلثی شكل می باشد كه قاعده آن در بالا و نوك تیز آن در پایین قرار دارد، و تاندون آن با تاندون عضله كوادری سپس[4] یكی می‌شود. ابعاد این استخوان در افراد مختلف، كمی متفاوت است بطوریكه 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، یك ستیغ عمودی وجود دارد كه این سطح را به دو سطح مفصل داخلی و خارجی تقسیم می كند (تصویر 2-1). علاوه بر این ستیغ، یك ستیغ عمودی دیگر سطح مفصل داخلی را از Oddfacet جدا می كند. Oddfacet در هنگام فلكسیون[6] كامل زانو، با كندیل داخلی استخوان فمور مفصل می شود.

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

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

تصویر 3-1. شیار بین كندیلی استخوان فمور كه كندیلهای داخلی و خارجی را از هم جدا كرده و با ستیغ عمودی پتلا مفصل می شود.

توده‌عضلانی ناحیه زانو كه از آن به عنوان مكانیسم اكستانسور[7] نیز نام برده می‌شود، از عضله كوادری سپس تشكیل شده كه خود شامل چهار عضله ركتوس فموریس[8]، وستوس اینترمدیوس[9] و واستوس لترالیس[10] و وستوس مدیالیس[11] می باشد (تصویر4-1). عمل این عضله در طول gait، اكستانسیون زانو و ثبات و كنترل آن از طریق انقباض Eccentric می باشد. چهار قسمت عضله كوادری سپس در قسمت تحتانی[12] بهم نزدیك شده، تاندون كوادری سپس رامی سازند كه این تاندون با تاندون پتلا یكی شده در نهایت به تكمه استخوان تیبیا[13] متصل می شود.

تصویر 4-1. قسمتهای مختلف مكانیسم اكستانسوری زانو.

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

تصویر 5-1. یك شكل شماتیك از زوایای اتصال عضلات­مكانیسم اكستانسوری به پتلا.

پتلا همانند یك قرقره عمل می كند، به این صورت كه باعث افزایش بازوی اهرمی عضله كوادری سپس و در نتیجه خط كشش این عضله شده و مزیت مكانیكی آن به عنوان یك عضله اكستانسور زانو بیشتر می شود. اهمیت این موضوع به حدی است كه گفته می شود در موارد برداشتن استخوان پتلا[15]، نیروی گشتاوری عضله كوادری سپس تا 30% و حتی بیشتر كاهش می یابد. پتلا همچنین نیروهای فشاری وارد بر استخوان فمور را جذب كرده و از اصطكاك بین فمور و تاندون عضله كوادری سپس جلوگیری می كند. برای اینكه پتلا بتواند نقش خود را به خوبی ایفا كند، باید بتواند بخوبی در شیار بین كندیلی بلغزد. عوامل استاتیك و دینامیك مختلفی در این زمینه دخالت دارند.

تفاوت در شكل و اندازه سطوح مفصلی پتلوفمورال (تصویر A6-1) و عمق شیار بین كندیلی (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 كه در تصویر A6-1 نشان داده شده، شش نوع تصویر مختلف از پتلا وجود دارد. در نوع اول سطوح مفصلی تقعر نسبتاً یكسانی دارند در حالیكه نوع دوم سطح مفصلی داخلی تقعر كمتری دارد. در طبقه بندیهای دیگری كه از استخوان پتلا به عمل آمده این استخوان از لحاظ شیب

تصویر 6-1. تفاوت در سطوح مفصلی كه 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 كندیلی، میزان تماس پتلا و فمور را مشخص می كند.

سطوح مفصلی و عمق ستیغ مركزی، تقسیم بندی شده است. این اختلاف در شیب سطوح مفصلی و عمق ستیغ مركزی باعث توزیع نامساوی نیرو و فشار بر روی سطوح مفصلی می شود. بنابراین با ثبات ترین حالت مفصل، زمانی است كه سطوح مفصلی قرینه بوده و عمق شیار بین كندیلی عمیق است. برعكس، هرچه سطوح مفصلی پتلا تقارن كمتری داشته باشند و عمق شیار بین كندیلی هم كم باشد، مفصل از كمترین ثبات برخوردار بوده و نیروهای فشاری بطور نامساوی به مفصل وارد می شوند.

عوامل ساختاری استاتیك دیگری كه باعث ثبات بیشتر پتلا می شود، عبارتند از رتیناكولوم[16] داخلی و خارجی و كپسول مفصلی (تصویر 7-1). رتیناكولوم خارجی شامل الیافی است كه از ایلیوتبییال باند[17] به پتلا متصل می شود. این الیاف در هنگام فلكسیون زانو، تحت كشش قرار گرفته و پتلا را به سمت خارج می كشانند. این نیروی كششی توسط نیرویی كه از طرف رتیناكولوم داخلی اعمال می شود، خنثی می گردد. در صورتیكه این تعادل كششی از بین برود، وضعیت و سینماتیك مفصل پتلوفمورال مختل می گردد.

تصویر 7-1 . رتیناگولوم داخلی و خارجی و كپسول مفصلی باعث ثبات پتلا می شوند.

كنترل دینامیك بر روی حركت لغزشی پتلا، در درجه اول بوسیله عضله كوادری سپس ایجاد می شود. انقباض این عضله باعث اكستانسیون مفصل زانو می شود و این درحالی است كه با این حركت، پتلا به طرف قسمت فوقانی شیار بین كندیلی می‌لغزد. با حركت فلكسیون زانو، پتلا بطرف پایین این شیار می لغزد. برای اینكه پتلا به خوبی در داخل شیار حركت لغزشی خود را انجام دهد،می بایست بین انقباض عضلات وستوس مدیالیس و وستوس لترالیس تعادل كافی وجود داشته باشد. در غیر اینصورت، عدم تعادل كافی بین انقباض این دو عضله، منجر به راستای غیرطبیعی پتلا و حركت لغزشی نادرست آن می شود كه به نوبه خود باعث بروز درد و تغییرات دژنراتیو[18] در غضروف مفصلی می گردد. علاوه بر این دو عضله، عضلات دیگری كه نقش مهمی در ثبات پتلا دارند، عضلاتی هستند كه به كپسول مفصلی اتصال‌داشته و عبارتنداز Gastrocnemius، Semimembranosus، Semitendinosus، Iliotibial Tract و Sartorius.

عامل دیگری كه در حركت لغزشی پتلا تأثیر گذار است، زاویه Q است كه بین خط كشش عضله كوادری سپس و تاندون پتلا تشكیل می شود (تصویر 8-1). این زاویه بین 10 تا 15 درجه است. این زاویه بسته به جنس افراد كمی متغیر است بطوریكه 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 كه عبارتند از: افزایش زاویه Anteversion استخوان فمور، افزایش چرخش خارجی در استخوان تیبیا و ژنو و الگوم[19] نسبی كه همه این موارد باعث ایجاد نیروی خارجی بیشتر بر روی پتلا می گردد. افزایش یا كاهش 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 كرده‌اند. در حالت عادی، زاویه Q در وضعیت اكستانسیون كامل مفصل زانو اندازه‌گیری می شود و با تغییر وضعیت اكستانسیون و در طول فعالیت این زاویه تغییر كرده و لذا اهمیت جنبه تشخیصی آنرا كمی محدود می كند.

تصویر 8-1. زاویه Q، از بهم پیوستن خطی كه ASIS را به وسط پتلا وصل می كند با خطی كه تكمه تیبیا وسط پتلا را بهم وصل می كند، بدست می آید.

موقعیت پتلا در شیار بین كندیلی و نیروهایی كه به مفصل وارد می شود كه همان نیروهای عكس العمل مفصل پتلوفمورال[20] است، در دامنه حركتی مفصل زانو متغیر است (جدول 1-1). در وضعیت اكستانسیون كامل زانو، استخوان پتلا در شیار بین كندیلی قرار داشته و تماس كمی با فمور دارد، لذا نیروی فشاری زیادی نمی تواند اعمال كند. در 10 تا 20 درجه فلكسیون، سطح مفصلی داخلی و خارجی پتلا در تماس مستقیم با استخوان فمور قرار می گیرد و نیروی كششی تاندون عضله كوادری سپس و تاندون پتلا، این استخوان را روی فمور می فشارد و در نتیجه نیروی عكس العمل مفصل را افزایش می دهد. در فلكسیون 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 یك فشار نسبتاً ثابتی روی مفصل اعمال می شود. بیشترین نیروی تماسی، در فلكسیون 90 درجه اتفاق می‌افتد كه اندازه این نیرو تقریباً 5/6 برابر وزن بدن است. وقتی فلكسیون از 90 درجه بیشتر می شود، پتلا با انجام یك روتاسیون[21] داخلی باعث می شود كه ستیغ ما بین سطح مفصلی داخلی و Odd Facet در تماس مستقیم با كندیل داخلی قرار گیرد. در 135 درجه فلكسیون، فشار تماسی در درجه اول روی Odd Facet و سطح مفصلی خارجی متمركز می شود. درطول حركات زانو، قسمت داخلی استخوان پتلا، بیشترین تماس را با استخوان فمور دارد. به همین خاطر است كه تغییرات دژنراتیو مفصل بطور معمول در غضروف واقع در سطح مفصلی داخلی و Odd Facet اتفاق می افتد.

علاوه بر موقعیت مفصل، مقدار كشش اكتیو و پسیو[22] عضله كوادری سپس نیز روی نیروهای PFJR تأثیر می گذارد. مابین دو مرحله تماس اولیه[23] و پاسخ به نیروی وارده[24] از فاز Stance راه رفتن، اندازه نیروی PFJR تقریباً به اندازه نصف وزن بدن می شود و در مواقعی مثل بالا رفتن از پلكان و یا دویدن، به 3/3 برابر وزن بدن هم می رسد. اندازه نیروهای فشاری در هنگام دوچرخه سواری تقریباً 5/1 برابر وزن بدن است. فعالیتهایی كه مستلزم فلكسیون زیاد زانو و نیز انقباض قوی عضله كوادری سپس است، ممكن است نیروی PFJR راحتی تا 8/7 برابر وزن بدن هم برساند.

ارتز كاربردی برای استئوآرتریت (بدون اعمال نیرو)[1]

نخستین ارتز برای استئوآرتریت زانو در سال 1989 ساخته شده است و از اعمال نیرو به قسمت داخلی كندیلهای فمور و تیبیا جلوگیری می كند. تخمین زده شده است كه 21 میلیون نفر آمریكایی دچار استئوآرتریت شده اند و تا 20 سال آینده حدود 50% افزایش پیدا خواهد كرد. بیماران دیگری كه می توانند از این ارتز استفاده كنند شامل افرادی كه تاریخچه ای از تعویض منیسك[2]، پارگی ACL، ژنووروم یا ژنوولگوم، نقص كلی زانو و یا استئوتومی شدید تیبیا دارند. اغلب در این شرایط، فشارهای سطح مفصلی نامساوی شده و منجر به تخریب غضروف مفصلی می شود. شایعترین استئوآرتریت در قسمت داخلی زانو رخ می دهد و زانو بیشتر بیماران در حین راه رفتن تمایل به سمت واروس دارد. تقریباً 60 تا 80% نیروها در عرض زانو به ساختمان داخلی زانو انتقال داده می شود. این ارتزها باعث ایجاد فاصله بین سطوح مفصلی داخلی و خارجی ساختار زانو می‌شوند. سیستم سه نقطه فشار منجر به اصلاح واروس یا والگوس زانو بدون اعمال نیرو بر روی مفصل می‌شود.

2 تا 3 میلی متر فاصله بین سطوح مفصلی داخلی و خارجی ساختار زانو منجر به راحتی قابل ملاحظه ای از درد در بیمار می شود. در بیماران دچار استئوآرتریت با درجه كم تا متوسط ارتز تاثیرگذار می باشد و سبك فعالیتهای زندگی بیمار را توسعه می دهند Prestressed و Thrust دو نوع ارتز زانو Unloader هستند كه در این قسمت توضیح داده می شوند.
ارتز Thrust Unloader

این یك ارتز تك مفصلی می باشد كه به یكی از این طریق عمل می كند: یا پدهای پنوماتیكی كندیل كه متورم شده است یا اینكه ضخامت پد كنیدلی افزایش یافته است تا هنگام خم كردن عمل كند. اولین ارتز در سال 1989 توسط Generation II ساخته شد و بنام خود او یعنی ارتز Generation II Unloader نامگذاری شد. وزن این ارتز 26 اونس بوده و از روی قالب گچی زانوی بیمار ساخته می شود. مفصل زانو كه چند محوری است،از تركیبات كربنی ساخته شده و با یك لایه تفلون پوشیده شده است. این مفصل به دو ساختمان ساق و ران متصل می شود و به وسیله استرپ روی پا محكم می شود. بسته به اینكه آرتریت مفصل در قسمت داخل یا خارج باشد، در صورتی كه بخواهیم فشار را از قسمت داخل مفصل زانو برداریم، استرپ از قسمت خارج مفصل نیرو وارد می كند و اگر هدف، برداشتن فشار از قسمت خارج زانو باشد استرپ از قسمت داخل مفصل نیرو وارد می كند. قرار گیری مفصل در همان طرفی است كه می خواهیم فشاروارد نشود. برای مثال، اگر بخواهیم فشار را از سطح داخلی مفصل زانو برداریم مفصل در قسمت داخل نصب می شود ( تصویر 39-3 ).
شكل

ارتز Prestressed Unloader

این یك نوع ارتز دو مفصلی می باشد، بارهای خارجی این ارتز در راستای مفصل آناتومیكی زانو، برای ایجاد یك راستای طبیعی قرار گرفته است و به كاهش فشار در بخشهای مبتلا كمك می‌كند. نیروهای فشاری مفصل در سرتاسر بارهای خارجی و مفاصل تقسیم می شود. یك نمونه از این ارتز بنام ارتز Omni Force XC (سابقاً Align می نامیدند) می باشد ( تصویر 40-3 ).

در این ارتز ممكن 3،5 یا 7 درجه زاویه اصلاحی بكار رود. كنترل اكستانسیون در این ارتز از 5،10 تا 25 درجه متفاوت می باشد.
تأثیر كلینیكی ارتزهای كاربردی برای استئوآرتریت

مدت زمان كاربرد این ارتز برای بیماران دارای استئوآرتریت نسبتاً جدید است و مطالعات كمی در رابطه با تأثیرات این ارتز صورت گرفته است. محققان در تحقیق از 119 بیمار مبتلا به استئوآرتریت زانو دریافتند كه بیمارانی كه از این ارتزها استفاده می‌كنند نسبت به بیمارانی كه از Sleeve نئوپرنی استفاده می كردند، تأثیرات بیشتری در بهبود عملكرد آنها و شرایط زندگی آنها مشاهده شده است. این علائم بعد از تستهای فعالیت و 6 دقیقه راه رفتن و 30 ثانیه بالا رفتن از پلكان نشان داده شده است.

Pollo و همكارانش پس از بررسی 9 نفر از افرادی كه از درد قسمت داخلی زانو رنج می‌بردند، نشان دادند كه پوشیدن ارتز Generation II Unloader از نیروی وارده به قسمت داخلی زانو (نیروی متمایل به سمت واروس) در مرحله Mid Stance می‌كاهد. Horlick و Loomer گزارش كردند كه از 79 بیمار مورد مطالعه آنها كه از استئوآرتریت قسمت داخلی زانو رنج می بردند، 82% آنها بهبود یافتند و در بررسی بعدی كه 20 ماه بعد انجام شد، مشخص گردید كه 93% آنها همچنان از ارتز استفاده می‌كردند.

در مطالعه ای دیگر، جدایی كندیلی تحت فلوروسكوپی[3] در بیماران استفاده كننده از این نوع ارتزها مورد بررسی واقع شده است. در تماس اولیه از فاز Stance در 78% از بیماران جدایی كندیلی اثبات شد و در فاز Mid Stance در 70% از بیماران جدایی كندیلی نشان داده شد. بیمارانی با درجه حاد استئوآرتریت با عملكرد و تناسب این نوع ارتزها مشكلات بیشتری داشتند. در كنار ارتزهای Unloader، ممكن insole با بلند كردن قسمت خارجی[4] برای استئوآرتریت استفاده شود. در یك تحقیق از 17 شخص سالم كه یك insole با 5 درجه بلند كردن لبه خارجی پوشیده بودند، در واروس لحظه ای زانو و اعمال نیرو به قسمت داخلی زانو، كاهش دیده شده است. تحقیقات بیشتری برای تصدیق تأثیر این ارتزها نیاز می باشد.