Biomechanics analysis of motion-gait in patients subjected in two different types of total knee arthroplasty 1. Medial Pivot and 2. Rotating platform posterior stabilized with posterior cruciate ligament sacrifice
Authors: Παπαγιάννης Γεώργιος 
Published: September 2021

Τα φυσικά μεγέθη της δύναμης και ροπής δύναμης, καθώς και τροχιάς κίνησης αποτελούν θεμελιώδης παραμέτρους για την εμβιομηχανική μελέτη της κίνησης και της βάδισης ασθενών που έχουνε υποβληθεί σε ολική αρθροπλαστική γόνατος (ΟΑΓ). Για την λεπτομερή κινητική και κινηματική εξέταση αυτών των παραμέτρων ο κύκλος της βάδισης διακρίνεται κυρίως σε οκτώ φάσεις, πέντε εκ των οποίων αντιστοιχούν στη φάση στήριξης και τρεις στην φάση αιώρησης. Σε κάθε χρονική στιγμή και φάση του κύκλου βάδισης αναπτύσσονται στις αρθρώσεις του ανθρώπινου σώματος αντίστοιχες ροπές που αντιστοιχούν και σε συγκεκριμένη τροχιά κίνησης δημιουργώντας έτσι το φυσιολογικό πρότυπο βάδισης του ανθρώπου. Κάθε παρέκκλιση από το συγκεκριμένο μοτίβο κίνησης αποτελεί παθολογική βάδιση λόγω συγκεκριμένης αιτιολογίας-παθολογίας. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το πρότυπο βάδισης ασθενών με οστεοαρθρίτιδα γόνατος. Ανάλογα με το στάδιο της νόσου οι ασθενείς παρουσιάζουν μειωμένη ταχύτητα και μειωμένο ρυθμό και μήκος βήματος. Επίσης η φάση διπλής και μονοποδικής στήριξης είναι αυξημένη σε σχέση με την φάση αιώρησης. Η μέγιστη τροχιά κίνησης κατά την έκταση και κάμψη του γόνατος είναι μειωμένη καθώς επίσης και η μέγιστη ροπή έκτασης και προσαγωγής του γόνατος κατά την φάση στήριξης είναι αντίστοιχα μειωμένη. Χαρακτηριστικό επίσης είναι το πρότυπο βάδισης ασθενών που έχουνε υποβληθεί σε ΟΑΓ. Πολλές έρευνες έχουνε καταλήξει στο συμπέρασμα ότι αυτοί οι ασθενείς βαδίζουνε με σημαντική παρέκκλιση από τις φυσιολογικές παραμέτρους. Δύο πρόσφατες μελέτες συνοψίζουν τα χαρακτηριστικά της παθολογικής αυτής βάδισης κυρίως στην μειωμένη ταχύτητα και μήκος βήματος και μειωμένη φάση μονοποδικής στήριξης. Οι κινητικές παράμετροι στο οβελιαίο επίπεδο δείχνουν μειωμένη μέγιστη ροπή έκτασης και κάμψης του γόνατος κατά τη φάση στήριξης. Αξίζει να σημειωθεί ότι διαφορετικοί τύποι ΟΑΓ παρουσιάζουνε σημαντικές διαφορές σε αυτές τις παραμέτρους. Η μελέτη της αρθροκινηματικής της φυσιολογικής άρθρωσης του γόνατος είναι σημαντική για την ανάπτυξη και σχεδιασμό των εμφυτευμάτων ΟΑΓ. Οι επιστήμονες που ασχολούνται με αυτόν τον τομέα της εμβιομηχανικής προσπαθούν να προσομοιώσουν την κάμψη και έκταση καθώς επίσης και την κύλιση και ολίσθηση και της μετωπιαίες και εγκάρσιες μικροκινήσεις του φυσιολογικού γόνατος στα εμφυτεύματα. Ο στόχος των ερευνητών είναι πάντα η καλή λειτουργικότητα της αρθροπλαστικής, η επιμήκυνση του χρόνου επιβίωσης, η μείωση της φθοράς των υλικών κλπ. Οι έρευνες των επιστημόνων προς αυτές τις κατευθύνσεις έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη, εκτός των άλλων, δύο τύπων ΟΑΓ που παρουσιάζουν ικανοποιητικά μακροχρόνια αποτελέσματα στις προαναφερθείσες παραμέτρους: της medial pivot και της rotating platform posterior stabilized αρθροπλαστικής. Ο κάθε τύπος των παραπάνω αρθροπλαστικών γόνατος έχει συγκεκριμένα κινηματικά χαρακτηριστικά έτσι ώστε το εμφύτευμα να μπορεί να ανταπεξέλθει ικανοποιητικά σε αρκετούς παράγοντες ένας σημαντικός εκ των οποίων είναι η τριβή (wear) του πολυαιθυλαινίου τμήματος που μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή της ΟΑΓ. Οι περισσότεροι ερευνητές προσπαθούνε να προσεγγίσουνε αυτήν την παράμετρο εξετάζοντας μεγέθη που μπορεί να την επηρεάσουνε κυρίως στο οβελιαίο επίπεδο και κατά δεύτερων στο μετωπιαίο επίπεδο. Η εμβιομηχανική μελέτη του εγκάρσιου επιπέδου είναι εξίσου σημαντική για την ολοκληρωμένη προσέγγιση του παράγοντα τριβή στις ΟΑΓ παρόλο που η κίνηση της άρθρωσης δεν συμβαίνει κύρια σε αυτό το επίπεδο. Εξάλλου ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης (ISO) έχει εισάγει ως παραμέτρους για την μελέτη της τριβής στις ΟΑΓ, την τροχιά κίνησης και την δράση δυνάμεων (και κατ΄ επέκταση ροπών) και στα τρία επίπεδα ως εξίσου σημαντικά.Κατά την έρευνα που πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της παρούσης διδακτορικής διατριβής μελετήθηκαν και συγκρίθηκαν στο εγκάρσιο επίπεδο οι μέγιστες ροπές και συνολική τροχιά κίνησης που παρατηρείται σε ασθενείς που έχουν υποβληθεί σε δύο τύπους ΟΑΓ: medial pivot και rotating platform posterior stabilized. Για την μελέτη των παραμέτρων χρησιμοποιήθηκαν 2 πλατφόρμες δύναμης και 8 οπτοηλεκτρονικές κάμερες στο εργαστήριο εμβιομηχανικής «Σύλβια Ιωαννόυ» της 1ης ορθοπαιδικης κλινικής Ε.Κ.Π.Α. Σκοπός της έρευνας ήτανε να μελετηθεί η στροφική συμπεριφορά των ΟΑΓ και ο βαθμός που επηρεάζει των παράγοντα τριβή η εμβιομηχανική του συγκεκριμένου επιπέδου.Στην παρούσα έρευνα δεν παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των δυο ΟΑΓ όσον αφορά τις παραμέτρους που εξετάστηκαν. Και οι δύο τύποι αρθροπλαστικών παρουσίασαν πανομοιότυπη εμβιομηχανική συμπεριφορά κατά την βάδιση. Παρόλα αυτά διαφορετικά κινηματικά πρότυπα βάδισης παρατηρήθηκαν μεταξύ των δύο ομάδων κάτι που μπορεί να αποδοθεί στο διαφορετικό μοτίβο κινητικότητας μεταξύ των δύο τύπων αρθροπλαστικής. Έρευνες υποστηρίζουν ότι ακόμη και μικρές διαφορές στην τροχιά κίνησης στο εγκάρσιο επίπεδο έχουν σημαντικό αντίκτυπο στον παράγοντα τριβή (wear). Για τον λόγο αυτό τα αποτελέσματα θα πρέπει να συνδυαστούν με ποικίλα δεδομένα μελετών αντοχής των υλικών (input waveforms) και λειτουργική ανάλυση βάδισης στο εγκάρσιο επίπεδο για να προσδιοριστούν οι πραγματικές επιπτώσεις της βάδισης στη φθορά του πολυαιθυλενίου.