Badanie wpływu położenia rzepki na

Ewa STACHOWIAKKatedra Biomechatroniki, Politechnika Śląska, Gliwice
Alicja BALINKatedra Biomechatroniki, Politechnika Śląska, Gliwice
Zbigniew PILECKIChorzowskie Centrum Pediatrii i Onkologii
Piotr WODARSKI Katedra Biomechatroniki, Politechnika Śląska, Gliwice
BADANIE WPŁYWU POŁOŻENIA RZEPKI NA BIOMECHANIKĘ
STAWU RZEPKOWO-UDOWEGO
STUDY ON THE IMPACTO OF THE PATELLA POSITION ON THE
BIOMECHANICS OF THE PATELLOFEMORAL JOINT
Słowa kluczowe:niestabilność rzepki, badania modelowe stawu
kolanowego,
1. WSTĘP
Rzepka jest istotnym pod względem kinematyki elementem kończyny dolnej. Jej
podstawową funkcją jest poprawa wydajności sił prostowników w całym zakresie zgięcia
kolana głównie poprzez scentralizowanie i wzmocnienieza pośrednictwem mechanizmu
dźwigni siły mięśnia czworogłowego uda. Przyczynia się ona również do utrzymywania
stabilności kolana, a także zapewnia ochronę przedniej stronie stawu. Do struktur
anatomicznych stabilizujących rzepkę zalicza się:więzadło rzepkowo- udowe przyśrodkowe
(MPFL), więzadło rzepkowo-udowe boczne(LPFL), więzadło główne rzepki(PT) i mięsień
czworogłowy uda. Na stabilność rzepki wpływ mają także ukształtowanie kończyn dolnych
i geometria stawu.
Mimo rozwoju medycyny i coraz mniej inwazyjnych technik operacyjnych zabiegi
rekonstrukcji więzadła rzepkowo - udowego mające na celu przywrócenie stabilności rzepki
obarczone są dużym odsetkiem powikłań, nawet do 25%[4][5].
Duża częstość powikłań rzepki po zabiegach operacyjnych wynikająca z odmiennego niż
fizjologiczny toru ruchu,obejmująca głównie dysplazję kłykci[6], stanowiła inspirację do
przeprowadzenia niniejszych badań.
Większość dostępnych publikacji literaturowych skupia się na badaniu biomechaniki bądź
antropometrii. W niniejszej pracy ocenie poddano naprężenia występujące w powierzchniach
stawowych stawu rzepkowo-udowego w zależności od parametrów położenia rzepki.
2. METODYKA BADAŃ
Na podstawie badań rezonansu magnetycznego stworzono trójwymiarowy model
prawidłowego stawu kolanowego obejmujący kości(k. udową, k. piszczelową, rzepkę),
więzadła (MPFL, LPFL, PT) oraz chrzęstne powierzchnie stawowe.Bazując na otrzymanej
geometrii zamodelowano zgięcie w stawie zgodnie z osią fizjologiczną (kąt zgięcia20°) oraz
stworzono model parametryczny stawu w którym zmieniano wysokość położenia rzepki
tak,że wskaźnik Insall'a-Salvati'ego(IS)zmieniałsięw zakresie od 1,2 do 1,45, przy czym
wartość 1,2 to graniczna wartość uznawana za prawidłową. Otrzymane modele ze zmiennym
położeniem rzepki ilustruje Rys. 1.
XII Konferencja Naukowa Majówka Młodych Biomechaników im. prof. Dagmary Tejszerskiej
s. 120
Rys. 1 Model geometriistawukolanowegozezmiennympołożeniemrzepki
Otrzymaną geometrię stawu zdyskretyzowano, i zaimportowano do oprogramowania
ANSYS Workbench, gdzie nadano poszczególnym komponentom odpowiednie własności
materiałowe. Kości i chrząstki zamodelowano jak elementy linowo sprężyste, natomiast
więzadłom nadano własności nieliniowe pochodzące z danych literaturowych[3].Rzepka
została obciążona siłą wyznaczoną we wcześniej przeprowadzonych badaniach
doświadczalnych[1].
3. WYNIKI I WNIOSKI
W przeprowadzonych symulacjach badano naprężenia występujące w chrząstkach
stawowych w skrajnych przypadkach IS=1,2 i IS=1,45.Otrzymano odpowiednio:
σmax=4,3MPa orazσmax=6,3MPa. Wraz ze wzrostem wysokości rzepki zaobserwowano
również wzrost jej bocznego przemieszczenia z 5,3mm w przypadku stawu prawidłowego do
7,6mm w przypadku rzepki wysokiej.
Wyniki te mogą wskazywać, że jedna z przyczyn dysplazji kłykci piszczelowych
i chrząstek stawowych może być zbyt wysokie położenie rzepki, co jest również
obserwowane w praktyce klinicznej[2].
LITERATURA
[1] . Balin A., Bielecki T., Stachowiak E., Rokicki R., Experimental studies on patellar
instability, materiałykonferencyjne, Biomechanics 2014,Łódź, 2014.
[2] Comparative validation of the radiographic and tomographic measurement of patellar
height, SchuedaSchueda M.A. Astur D.C, Arliani G.G.,Hornburg G, Serpa R.,
NetoW.H.,Camila Cohen Kaleka C. Cohen C., Revista Brasilia de Ortopedia48(5), s.
397–401, 2011.
[3] Mesfar W., Shirazi-Adl A., Biomechanics of the knee joint under various quadriceps
forces, The Knee 12, s. 424-434, 2011.
[4] Naslund J., Patofemoral pain syndrome. Clinical and pathophysiological
considerations, Stocholm 2006.
[5] Nune G.S, StapaitE. L., Kirsten, M. H. , de NoronhaaM. Santos G. M., Clinical test for
diagnosis of patellofemoral pain syndrome: Systematic review with meta-analysis,
Physical Therapy in Sport, s. 54–59, 2013.
[6] Ziółkowski M. (praca zbiorowa), Rekonstrukcja więzadła rzepkowo-udowego
przyśrodkowego z wykorzystaniem ścięgna mięśnia czworogłowego uda metodą
Steensena w modyfikacji własnej: opis techniki i obserwacje własne., Department of
OrthopedicSurgery and Rehabilitation, Warszawa, 2008.