A TÉRDIZÜLET BIOMECHANIKÁJA

TÉRDIZÜLET

VarumNormalValgum

Natural distribution of the femoral mechanical–anatomical angle in an osteoarthritic population and its relevance to total knee arthroplasty Angela H. Deakin, Praveen L. Basanagoudar, Perrico Nunag, Andrew T. Johnston, Martin Sarungi The Knee, In Press, Corrected Proof, Available online 25 February 2011

G. VARUMG. VALGUM 3° 5° 81° 87° 175° Élettani valgum

Ízületi felszínek Tibiofemural Medial and lateral Patellofemural

concave r = 80 mm convex r = 70 mm MediálisLaterális A tibia condylusainak alakja

A femur condylusainak alakja ML 

ML

MediálisLaterális convex concave

Transzlációs mozgás a térdízületben MedialisLateralis 6 mm 12 mm

A térdizület stabilzációja Menisci and capsule

L M

A meniscusok transzlációs mozgása FlexioExtenzio Meniscopatella rostok Meniscofemural szalag Semimembranosus ACL popliteus

KERESZTSZALAGOK Elülső (AC) Hátulsó (PC) Oldalsó (mediális)

Oldalsó (laterális) Oldalsó (mediális)

A térszalagok keresztmetszeti területe ELÜLSŐ KERESZTSZALAG 42 mm 2 HÁTSÓ KERESZTSZALAG 60 mm 2 MEDIÁLIS OLDALSÓ KERESZTSZALAG 18 mm 2 LATERÁLIS OLDALSÓ KERESZTSZALAG 25 mm 2

Mozgás az izületben transzverzális síkban gördülésTranszláció (csúszás)

LM ForgásGördülés (forgás és transzláció)

A keresztszalagok szerepe

Patella mozgása

Forgástengelyek Transverzális Lateromediális – hajlítás-feszítés (x-x’) Hosszúsági – forgás (y-y’) Anterior-posterior – közelítés-távolítás (z-z’)

Latero-mediál tengely Kondiláris tengely (TEA) Geometria forgástengely (GCA) The transepicondylar axis is connecting the most prominent points on the lateral and medial condyles axis The geometric center axis is connecting the centers of the two femoral condyles

Forgásközéppont E. Most et al. / Journal of Biomechanics 37 (2004) 1743–1748 (kneeflexion.pdf)

0o0o 15 o 30 o 45 o 60 o 75 o 90 o A forgásközéppont helyének változása

Mediális Laterális Transzláció TEA- transepicondylar axis GCA - geometric center axis

Rotáció

Hajlítás-feszítés mozgások közben

Kifelé-befelé rotáció

Forgás az anteroposterior tengely körül

ROM 140 Flexion- Extension Rotation Abduction-Adduction 45 30

Erőhatások 1.Húzó 2.Nyomó 3.Nyíró 4.Torzió

Súlyerő (G) Térdfeszítők húzóerejének iránya Patella ín húzóerejének iránya Térdhajlítók húzóerejének iránya Patello-femurális nyomóerő iránya Nyomóerő komponens Nyíróerő komponens

F k = G G = 600 N F k = 600 N F ny = 0 N G F k = nyomó erő(kompressziós) F ny = nyíróerő F k = nyomó erő(kompressziós) F ny = nyíróerő Forgástengely Forgástengely

F p k p = G k G F p = G k G / k p Fp = 1200 N ha k G / k p = 2 A patella ínra eső húzóerő kiszámítása

F k = F p (G) sin α α F ny = F p (G) cos α  F k = 1600 N  F ny = 805 N A nyomó- és nyíróerők kiszámítása

A nyomóerő eloszlása az ízületi felszínen

FqFq FpFp F kq FhFh F kh kpkp khkh k FkFk FkpFkp F ny G A térdízületre ható erők G – súlyerő Fq – téérdfeszítő erő Fp – patella ínra ható erő Fh – térdhajlító erő Fkp- patello-fermurális nyomóerő Fk – nyomóerő Fny- nyíróerő Fkq – erőmérővel mért erő térdfeszítés során Fkh- erőmérővel mért erő térdhajlítás során kp – patella ín erőkar kh- térdhajlítók erőkarja kk- az erőmérés során mért erő erőkarja

0o0o 15 o 30 o 45 o 60 o 75 o 90 o A térdízület forgási tengelyének vándorlása

Az erőkar hosszának változása

J. Appl. Biomechanics 1999 ; izomhosszszámítás.pdf

EXTENSOR FLEXORS Az erőkar hosszának változása EXTENSOR FLEXORS lever arm (cm)

flexors extensors Forgatónyomaték a térdízületi szögek függvényében torque (Nm) flexors extensors

Knapik et al. 1982

FqFq FpFp F kq FhFh F kh kpkp khkh k k F c F cp F s (Fp x kp) - (Fkq x kk) = 0 (Fp x kp) = (Fkq x kk) Fp = (Fkq x kk) x kp -1 A térdfeszítő izmok húzóerejének kiszámítása

A patella ín hosszának mérése ultrahang segítségével Hitachi, Electronic Ultrasound Scanner, EUB-405 EUP-L33, 75 Hz, 64 mm

A patella ín hosszának meghatározása különböző izometriás forgatónyomatéknál

L 0 at M = 0 L at 0.1 M 0 L at 0.4M mm 54.8 mm 57.1 mm A patella ín hosszának meghatározása a patella csúcsa és a tiberositas tibiae között

Húzóerő az ízületi szögek függvényében extensors flexors Force (N) extensors flexors

Torque-time curve EMG of Vastus lateralis M ecc A térdfeszítő izmok nyújtása során megnövekedett feszülés, amelynek hatására a patella ín megnyúlik

A patella ín maximális feszülése

A nyomóerő kiszámítása Knee extensors F ce = Fp cos  Knee flexors F cf = Fh cos  FqFq FpFp F kq FhFh F kh

extensorsflexors Nyomóerő az ízületi szög függvényében Force (N) joint angle position (degree)

Nyíróerő F se =Fp sin  Feszítők Hajlítók F sf = Fh sin  FpFp C A B FqFq F kq FhFh F kh

Nyíróerő az ízületi szög függvényében

Maximális nyomó és nyíróerők

F pk = (F q cos  F p cos  FqFq FpFp F kq F kh F pk F pk Fq Fp   Nyomóerő a patello-femurális ízületben

Compression force (N) angle (degrees) Nyomóerő a patello-femurális ízületben

Az antagonista együttes aktiváció (koaktiváció) létrejötte a feszítő és hajlító izmok nyíróerő komponense következtében

A térdhajlító és térdfeszítő együttes kontrakcióját kifejező EMG aktivitás Co-activation of the quadriceps and hamstring muscles during isokinetic leg extension and flexion movements is evident in varying degrees at angularvelocities up to 6.98 rad.s -1 (400°.s -1 ) (Osternig et al., 1986; Baratta et al., 1988; Amiridis et al., 1996; Kellis and Baltzopoulos, 1997; Aagaard et al., 2000). térdfeszítő térdhajlító forgatónyomaték

Fáradás előtt Fáradás után A quadriceps forgatónyomaték és a biceps femoris EMG aktivitás kapcsolata

Hajlítók/feszítők erő (forgatónyomaték) aránya Hagyományos arány: Izometriás H/Q arány Koncentrikus (izokinetikus) H/Q arány Funkcionális arány: Hajlító maximális excentrikus erő/ feszítő maximális koncentrikus erő

A térdfeszítők és hajlítók erőkifejtésének aránya (izometrikus kontrakció) Forgatónyomaték Erő

Devan et al Influence of contraction velocity Female athletes

Nők Férfiak Hcon/Qcon arány Labdarúgók, Röplabdászók, Kosárlabdázók Rosene et al. 2001

Coomb and Gabutt 2002 A Hecc/Qcon ratio of 1.0 would be the recommendation. Forgatónyomaték – ízületi szög kapcsolat koncentrikus és excentrikus kontrakció alatt feszítőknél és hajlítóknál

Coomb and Gabutt  /s Hamstring/quadriceps strength ratio

Hcon/Qcon 30  /s 240  /s H/Q arányok Hexc/QconHcon/Qexc 0,58 0,74 0,89 1,05 0,27 0,28

Elite Sub- elite Influence of contraction velocity Soccer players Rahnama et al. 2005

BROCKETT, C. L., D. L. MORGAN, and U. PROSKE. Predicting Hamstring Strain Injury in Elite Athletes. Med. Sci. Sports Exerc.,Vol. 36, No. 3, pp. 379–387, Effect of hamstring strain injury on optimum angle and H/Q ratio

Injured Uninjured Antagonist concentric and agonist concentric strength ratio

Injured Hamstring Quadriceps Uninjured Left ● Right ○

During athletic activities, agonist muscles produce concentric work to accelerate the limb, whereas antagonist muscles generate eccentric work to control this concentric work and prevent joint overloading. Because of this, it has been suggested that the concentric and eccentric agonist/antagonist strength ratio may not be functionally relevant (Aagaard et al., 1998). Rational for calculating antagonist eccentric and agonist concentric strength ratio Aagaard et al. (1995; 1998) further suggested that functionally more important ratios are created by dividing the eccentric strength of the antagonist muscle by the corresponding concentric strength value of the agonist muscle (Antecc/Agocon strength ratio) in an isokinetic evaluation. The Antecc/Agocon ratio is velocity dependent and increases proportionately with test velocity (Perrin, 1993; Dvir, 1995).

Summary Jean-Louis Croisier: Factors Associated with Recurrent Hamstring Injuries. Sports Med 2004; 34 (10): Knee flexors and extensors

Reinking (1991) reported the eccentric/concentric ratios for the dorsiflexors of the ankle to be 1,45 and 1,50 for velocities of 30°/s and 90°/s respectively. Hartsell and Spaulding (1999) compared the ratios of invertor and evertor ankle muscles of healthy subjects with patients suffering from chronic unstable ankle at 4 different angular velocities (60°,120°, 180° and 240°/s. No significant difference in the eccentric/concentric ratios between patients and a corresponding controlgroup. Ankle musles

Kamenski et al Ankle evertor (eccentric) /invertor ratio (concentric) Effect of strength training (six weeks)

Ankle Ec/Icc ratio Chronic ankle instability (CAI) and healthy subjects Yildiz et al. 2003

Hans H. C. M. Savelberg1 and Kenneth Meijer2 The Effect of Age and Joint Angle on the Proportionality of Extensor and Flexor Strength at the Knee Joint. Journal of Gerontology, 2004, Vol. 59A, No. 11, 1120–1128 A hajlító és feszítő izmok erőkifejtésének aránya a térdízületi szögek föggvényében