A TÉRDIZÜLET BIOMECHANIKÁJA

TÉRDIZÜLET

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

5° 3° 81° Élettani valgus 87° G. VARUM G. VALGUM 175°

Ízületi felszínek Patellofemural Tibiofemural Medial and lateral

A tibia condylusainak alakja Mediális Laterális concave convex r = 80 mm r = 70 mm

A femur condylusainak alakja 40-45 L M

M L

Laterális Mediális convex concave

Transzlációs mozgás a térdízületben 6 mm 12 mm Mediális Laterális

A térdizület stabilizációja Menisci and capsule

M L

A meniscusok transzlációs mozgása Extenzio Flexio Meniscopatella rostok Meniscofemural szalag ACL Semimembranosus popliteus

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

Oldalsó (mediális) Oldalsó (laterális)

A térszalagok keresztmetszeti területe ELÜLSŐ KERESZTSZALAG 42 mm2 HÁTSÓ KERESZTSZALAG 60 mm2 MEDIÁLIS OLDALSÓ KERESZTSZALAG 18 mm2 LATERÁLIS OLDALSÓ KERESZTSZALAG 25 mm2

Mozgás az ízületben transzverzális síkban gördülés Transzláció (csúszás)

M L Forgás Gördülés (forgás és transzláció)

A keresztszalagok szerepe

Patella mozgása

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

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

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

A forgásközéppont helyének változása E. Most et al. / Journal of Biomechanics 37 (2004) 1743–1748 (kneeflexion.pdf)

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

Rotáció

Hajlítás-feszítés mozgások közben

Forgás az anteroposterior tengely körül

ROM Flexion-Extension Abduction-Adduction 30 140 45 Rotation

Erőhatások Húzó Nyomó Nyíró Torziós

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

Leegyszerűsítés! Fc = G G = 600 N Fk = 600 N Fny =0N

Fp • kp = G • kG Fp = G • kG / kp ha kG / kp = 2 Fp = 1200 N

A patella ínra eső húzóerő (Fp) Nyomóerő a térdizületben hajlított térdű állás közben G A patella ínra eső húzóerő (Fp) Fq Nyomóerő (Fny) ha kp kG Fp akkor Fny A fenti számítás akkor valós, ha az Fp és G hatásvonala merőleges az izület transzverzális síkjára, mint a példánkban. Amennyiben nem merőlegesek ezek az erők a transzverzális síkra, akkor az Fp és G erőknek nem csak nyomó, hanem nyíróerő komponense is lesz, amely kismértékben csökkenti a nyomóerő nagyságát.

Guggoló helyzetben számolások alapján Fpkompr = Fp • sin α Fpnyíró = Fp • cos α Guggoló helyzetben számolások alapján mg = 75kg Fk = 1600 N α Fny = 805 N

A nyomóerő eloszlása az ízületi felszínen P = Fc / A a meniscusok csökkentik az ízületi felszínt érő nyomást

A térdízületre ható erők Fq Fp Fkq Fh Fkh kp kh kk Fk Fkp Fny G G – súlyerő Fq – térdfeszítő 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- a mért izometriás erő erőkarja

A térdízület forgási tengelyének vándorlása

A forgási középpont változása az izületi szögek függvényében Erőkar 60o 75o 0o 90o

Az erőkar hosszának változása lever arm (cm) 6 5 4 3 EXTENSOR FLEXORS 2 1 5 15 30 45 60 75 90 4.35 4.72 4.87 4.89 4.67 4.33 3.8 EXTENSOR FLEXORS 2.5 3.38 3.87 4.08 3.94 3.52 2.56

J. Appl. Biomechanics 1999 ; izomhosszszámítás.pdf

Forgatónyomaték a térdízületi szögek függvényében torque (Nm) 140 120 100 80 flexors extensors 60 40 20 5 15 30 45 60 75 90 flexors 63.6 57.4 56.9 49.5 50.5 45.7 36.1 extensors 61.5 85.5 107.4 120.9 119.5 117 103.9

A hajlító és feszítő izmok erőkifejtésének aránya a térdízületi szögek föggvényében 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 térdfeszítő izmok húzóerejének kiszámítása dinamométer alkalmazásával Fq Fcp Fh (Fp x kp) - (Fkq x kk) = 0 (Fp x kp) = (Fkq x kk) Fp = (Fkq x kk) x kp-1 kp kh Fp Fs Fc kk Fkq Fkh

MEASURING THE LENGTH OF PATELLAR TENDON EUP-L33, 75 Hz, 64 mm Hitachi, Electronic Ultrasound Scanner, EUB-405

MEASUREMENT OF PATELLAR LENGTH

MEASUREMENT OF TENDON LENGTH L0 at M = 0 52.6 mm L at 0.1 M0 54.8 mm L at 0.4M0 57.1 mm

Húzóerő az ízületi szögek függvényében Force (N) 3000 2500 2000 extensors 1500 flexors 1000 500 5 15 30 45 60 75 90 extensors 1418 1814 2213 2479 2576 2727 2768 flexors 2072 1772 1515 1238 1299 1322 1506

J. Appl. Biomechanics 1999 ; izomhosszszámítás.pdf

EMG of Vastus lateralis Mecc Torque-time curve EMG of Vastus lateralis

A patella ín maximális feszülése

A nyomóerő kiszámítása Térdfeszítők Fq Fpk = Fp cosf Térdhajlítók Fh Fp   Fhk = Fh cos Fkq Fkh Az eredő nyomóerőhöz a felső szegmensek súlyerejét hozzá kell adni.

Nyomóerő az izületi szög függvényében extensors flexors Force (N) 3000 2748 2688 2686 2512 2500 2366 2080 2000 1681 1702 1500 1326 1312 1000 876 652 500 345 100 5 15 30 45 60 75 90 joint angle position (degree)

Nyomóerő az ízületi szög függvényében

Fpny =Fp sin Fhny = Fh sin Nyíróerő kiszámítása Feszítők Hajlítók A Fq Fkq Fh Fkh Fpny =Fp sin Feszítők C Fp   Hajlítók Fhny = Fh sin B

Nyíróerő az ízületi szög függvényében 65

Maximális nyomó és nyíróerők

Nyomóerő a patello-femurális izületben Fq Fcp = (Fq cos g1 ) + ( Fp cos g2 ) Fcp Fq Fp g1 Fcp Fp g2 Fkq Fkh

Nyomóerő a patello-femurális izületben Compression force (N) 2500 2168 2088 2100 2085 1763 2000 1288 1500 1000 645 500 5 15 30 45 60 75 90 angle (degrees)

Térdhajlítók iEMG-szög kapcsolata H. Onishi et al. / Journal of Electromyography and Kinesiology 12 (2002) 399–406 (pdf:EMG/EMGjointangle Térdhajlítók iEMG-szög kapcsolata Fig. 4. Torque-angle and EMG-angle relationships during maximum isokinetic knee flexion in the prone position. a) Torque, b) ST, c) SM, d) BF long, e) BF short.

Kifelé-befelé rotáció

Vége

Citation: Trilha Junior M, Fancello EA, Roesler CRM, More ADO Citation: Trilha Junior M, Fancello EA, Roesler CRM, More ADO. Three-dimensional numerical simulation of human knee joint mechanics. Acta Ortop Bras. [online]. 2009;17(2):18-23. Available from URL: http://www.scielo.br/aob.

Patella és a patella mozgása