A TÉRDIZÜLET BIOMECHANIKÁJA

TÉRDIZÜLET

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

G. VARUM G. VALGUM

3°5°

81°

87°

175°

Élettani valgus

Ízületi felszínek

Tibiofemural

Medial and lateral

Patellofemural

concave

r = 80 mm

convex

r = 70 mm

Mediális Laterális

A tibia condylusainak alakja

A femur condylusainak alakja

ML

40-45

M L

MediálisLaterális

convex

concave

Transzlációs mozgás a térdízületben

Mediális Laterális

6 mm6 mm 12 mm12 mm

A térdizület stabilizációja

Menisci and capsule

LM

A meniscusok transzlációs mozgása

FlexioExtenzio

Meniscopatella rostok

Meniscofemural szalag

Meniscofemural szalag

SemimembranosusSemimembranosus

ACL

popliteus

KERESZTSZALAGOK

Elülső (AC) Hátulsó (PC)

Oldalsó (mediális)Oldalsó

(mediális)

Oldalsó (laterális)Oldalsó

(laterális)

Oldalsó (mediális)Oldalsó

(mediális)

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)

LM

Forgás Gördülés (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-mediális 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 isconnecting the centers of the two

femoral condyles

Forgásközéppont

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

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

0o

15o

30o

45o

60o

75o

90o

A forgásközéppont helyének változása

Mediális

Laterális

Transzláció

TEA- transepicondylar axis GCA - geometric center axis

Rotáció

Hajlítás-feszítés mozgások közben

Forgás az anteroposterior tengely körül

ROM

140

Flexion-Extension

Rotation

Abduction-Adduction

4530

Erőhatások

1. Húzó

2. Nyomó

3. Nyíró

4. Torziós

Súlyerő (G)Súlyerő (G)Térdfeszítők húzóerejének iránya

Térdfeszítők húzóerejének iránya

Patella ín húzóerejének iránya

Patella ín húzóerejének iránya

Térdhajlítók húzóerejének iránya

Térdhajlítók húzóerejének iránya

Patello-femurális nyomóerő irányaPatello-femurális nyomóerő iránya

Nyo

móe

rő k

ompo

nens

Nyo

móe

rő k

ompo

nens

Nyo

móe

rő k

ompo

nens

Nyo

móe

rő k

ompo

nens

Nyíróerő komponensNyíróerő komponens

Nyíróerő komponensNyíróerő komponens

Fc = GG = 600 N

Fk = 600 N

Fny =0N

Leegyszerűsítés!

Fp • kp = G • kG Fp = G • kG / kp

Fp = 1200 N

ha

kG / kp = 2

Nyomóerő a térdizületben hajlított térdű állás közben

A patella ínra eső húzóerő (Fp) Fq

Fp

G

kp kG

1 pGp kkGF

NG 600ha

mkG 20,0

mk p 05,0

akkor

NFp 2400

Nyomóerő (Fny)

Fny

pny FGF

NFny 3000

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.

Fpkompr = Fp • sin α

α

Fpnyíró = Fp • cos α

Fk = 1600 N

Fny = 805 N

Guggoló helyzetben számolások

alapján

mg = 75kg

A nyomóerő eloszlása az ízületi felszínen

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

Fq

Fp

Fkq

Fh

Fkh

kpkh

kk

Fk

Fkp

Fny

G

A térdízületre ható erők

G – súlyerőFq – térdfeszítő erőFp – patella ínra ható erőFh – térdhajlító erőFkp- patello-fermurális nyomóerőFk – nyomóerőFny- nyíróerőFkq – erőmérővel mért erő térdfeszítés soránFkh- erőmérővel mért erő térdhajlítás soránkp – patella ín erőkarkh- térdhajlítók erőkarjakk- a mért izometriás erő erőkarja

0o

15o

30o

45o

60o

75o

90o

A térdízület forgási tengelyének vándorlása

0o

15o

30o

45o

60o

75o

90o

A forgási középpont változása az izületi szögek függvényében

4,35 4,

72 4,87

4,89

4,67

4,33

3,8

2,5

3,38 3,

87 4,08

3,94

3,52

2,56

0

1

2

3

4

5

6

5 15 30 45 60 75 90

Erők

ar (

cm)

Anatómiai szög (fok)Feszítő Hajlító

Erőkar

5 15 30 45 60 75 90

0

1

2

3

4

5

6

EXTENSOR

FLEXORS

4.35 4.72 4.87 4.89 4.67 4.33 3.82.5 3.38 3.87 4.08 3.94 3.52 2.56

Az erőkar hosszának változása

EXTENSORFLEXORS

lever arm (cm)

J. Appl. Biomechanics 1999 ; izomhosszszámítás.pdf

5 15 30 45 60 75 90

0

20

40

60

80

100

120

140

flexors

extensors

63.6 57.4 56.9 49.5 50.5 45.7 36.1

61.5 85.5 107.4 120.9 119.5 117 103.9

Forgatónyomaték a térdízületi szögek függvényében

torque (Nm)

flexors

extensors

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

Fq

Fp

Fkq

Fh

Fkh

kpkh

kk

Fc

Fcp

Fs

(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

dinamométer alkalmazásával

MEASURING THE LENGTH OF PATELLAR TENDON

Hitachi, Electronic Ultrasound Scanner, EUB-405

EUP-L33, 75 Hz, 64 mm

0

50

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Time (ms)

To

rqu

e (

Nm

)

MEASUREMENT OF PATELLAR LENGTH

0

50

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Time (ms)

To

rqu

e (

Nm

)

0

50

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Time (ms)

To

rque

(N

m)

0

50

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Time (ms)

To

rque

(N

m)

0

50

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Time (ms)

To

rque

(N

m)

L0 at M = 0

L at 0.1 M0

L at 0.4M0

52.6 mm

54.8 mm

57.1 mm

MEASUREMENT OF TENDON LENGTHMEASUREMENT OF TENDON LENGTH

5 15 30 45 60 75 900

500

1000

1500

2000

2500

3000

1418 1814 2213 2479 2576 2727 2768

2072 1772 1515 1238 1299 1322 1506

Húzóerő az ízületi szögek függvényében

extensors

flexors

Force (N)

extensors

flexors

J. Appl. Biomechanics 1999 ; izomhosszszámítás.pdf

0100200300400500

0 200 400 600 800 1000

Time (ms)

Torq

ue (N

m)

0300600900

120015001800

0 200 400 600 800 1000

Time (ms)

EMG

(uV

)

Torque-time curve

EMG of Vastus lateralis

Mecc

A patella ín maximális feszülése

5962

7964

9042

0100020003000400050006000700080009000

10000

Erő

(N

)

IC(140) IC(121) EC

A nyomóerő kiszámítása

Térdfeszítők

Fpk = Fp cos

Térdhajlítók

Fhk = Fh cos

Fq

Fp

Fkq

Fh

Fkh

Az eredő nyomóerőhöz a felső szegmensek súlyerejét hozzá kell adni.

1326

1681

2080

23662512

2686 27482688

1702

1312

876

652

345

100

5 15 30 45 60 75 90

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

extensors flexors

Nyomóerő az izületi szög függvényében

Force (N)

joint angle position (degree)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

5 15 30 45 60 75 90

Erő

(N

)

Anatómiai szög (fok)

Feszítő Hajlító

Nyomóerő az ízületi szög függvényében

Nyíróerő kiszámítása

Fpny =Fp sin

Feszítők

Hajlítók

Fhny = Fh sin

Fp

C

A

B

Fq

Fkq

Fh

Fkh

27

3

34

7

33

0

28

0

19

3

-95

-31

0

-32

-275

-587-708

-965-1135

-1506

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

Anatómiai szög (fok)

Ny

író

erő

(N

)

Feszítő

Hajlító

Nyíróerő az ízületi szög függvényében

Maximális nyomó és nyíróerők

Fcp = (Fq cos Fp cos

Fq

Fp

Fkq Fkh

Fcp

FcpFq

Fp

Nyomóerő a patello-femurális izületben

645

1288

1763

2088 2100 2168 2085

5 15 30 45 60 75 900

500

1000

1500

2000

2500

Compression force (N)

angle (degrees)

Nyomóerő a patello-femurális izületben

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.

H. Onishi et al. / Journal of Electromyography and Kinesiology 12 (2002) 399–406 (pdf:EMG/EMGjointangle

Kifelé-befelé rotáció

Vége

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