Versus Tijdschrift voor Fysiotherapie, 24 e jrg 2006, no.6 (pp )

Transcriptie

1 Auteur(s): Lagerberg. A Titel: Kinematica van het patellofemorale gewricht Jaargang: 24 Jaartal: 2006 Nummer: 6 Oorspronkelijke paginanummers: Deze online uitgave mag, onder duidelijke bronvermelding, vrij gebruikt worden voor (para-) medische, informatieve en educatieve doeleinden en ander niet-commercieel gebruik. Zonder kosten te downloaden van:

2 KINEMATICA VAN HET PATELLOFEMORALE GE- WRICHT Aad Lagerberg, Fysiotherapeut,Vakgroep Beweging & Analyse, opleiding Bewegingstechnologie, Haagse Hogeschool. Aad Lagerberg Inleiding I n dit artikel wordt de kinematica van het patello-femorale gewricht besproken. In eerste instantie wordt met behulp van kinematische modellen getracht het verplaatsingsgedrag van de patella bij het buigen van de knie na te bootsen. Vervolgens staan we stil bij de vraag op welke wijze dit bewegingsgedrag aan de patella wordt opgelegd. De analyses beperken zich tot het sagittale vlak. Hoekstandverandering van de tibia en de patella Figuur 1a toont een röntgenopname van het kniegewricht in een gestrekte en gebogen positie. Met behulp van een hulplijn over de voorzijde van de tibia is de hoekuitslag ten opzichte van het, niet van stand veranderende, femur bepaald. Deze bedraagt 85. In figuur 1b wordt de bij deze kniebuiging optredende kanteling van de patella getoond. Figuur 1a en b. Bepaling van de kanteling van de tibia (a) en de patella (b) met behulp van hulplijnen op een röntgenfoto. r Deze kanteling bedraagt slechts 58 en is bepaald met hulplijnen over de bovenzijde van de patella. De patella en de tibia kantelen dus over verschillende hoeken, maar hun onderlinge afstand (de afstand tussen de aanhechtingspunten van de patella-pees op tibia en patella) blijft daarbij gelijk (de patella-pees verandert immers niet van lengte). Hinterwimmer et al (5) vinden vergelijkbare relaties tussen patella-kanteling en knieflexie-hoek. Bij een knieflexie van 90 vinden zij hoekstandsveranderingen van de patella tussen 54 en 60. Figuur 2 toont de uitkomsten van het onderzoek van van Eijden (2). Hij bepaalde aan 10 kniepreparaten de relatie tussen de kniehoek (tibia ten opzichte van femur) en de kanteling van de patella. Ook deze uitkomsten vertonen een vergelijkbaar patroon: de patella blijft qua kanteling achter bij de tibia. Figuur 2. Relatie tussen knieflexie en patellakanteling. (overgenomen uit van Eijden (2) ) Er is dus sprake van een verschil in de verhouding tussen kanteling en verplaatsing van tibia en patella. De verplaatsing van beide botstukken is gelijk, maar de kanteling verschilt. Dergelijke verschillen in de verhouding tussen kanteling en verplaatsing zijn te begrijpen uit het feit dat de afstand tussen het contactpunt van de beide botstukken en hun respectievelijke draaipunten verschillen. Met behulp van een aantal modellen wordt dit effect verduidelijkt.

3 Kinematische modellen In figuur 3a tm c wordt een eenvoudig model van de knie getoond waarmee het effect wordt getoond van een identiek draaipunt van de tibia en de patella ten opzichte van het femur. In dit model roteren dus zowel tibia als patella ten opzichte van het femur (de cirkel) om hetzelfde draaipunt (het middelpunt van de cirkel). Indien daarbij tevens de eis wordt gesteld dat de onderlinge afstand niet verandert (vaste lengte van de patella-pees) is er onvermijdelijk sprake van een identieke kanteling van patella en tibia (figuur 3b). Figuur 3a t/m d. Eenvoudig model van het kniegewricht waarin tibia ia en patella roteren om het centrum van en cirkel (voorstellend het femur). Verdere verklaring in de tekst. Deze beweging kan natuurlijk ook worden weergegeven als in figuur 3c en d. Hier is het femur over 85 geroteerd ten opzichte van de stilstaande patella en tibia. Merk op dat het contactpunt met het femur (zwarte stippen) zowel op de tibia als op de patella niet verandert. Draaien om het middelpunt van de femur-cirkel maakt dat de patella en de tibia slippend bewegen ten opzichte van het femur. Figuur 4 geeft ter verduidelijking een ander voorbeeld van een slippende beweging. De fietser tracht weg te rijden, maar wordt op zijn plaats gehouden door de ketting tussen de zadelbuis en de muur. Indien de ondergrond voldoende glad is (bijvoorbeeld op het ijs) kan hij de pedalen toch rond draaien en ontstaat er een slippende beweging van het achterwiel ten opzichte van de onderlaag. Hierbij blijft het contactpunt op de grond ongewijzigd, terwijl bij één omwenteling de gehele omtrek van het fietswiel in contact zal komen met de onderlaag. Indien we in het model van figuur 3 de patella een minder grote kanteling willen laten doormaken dan de tibia (om hetzelfde gemeenschappelijke draaipunt als in figuur 3) betekent dat automatisch dat er een minder grote verplaatsing van de patella zal zijn (figuur 5a tm d). In werkelijkheid is dit natuurlijk ondenkbaar door de aanwezigheid van de patellapees. Een minder grote kanteling van de patella, met behoud van de afstand tot de tibia, is dus niet mogelijk indien beide botstukken een gemeenschappelijk draaipunt ten opzichte van het femur bezitten. Figuur 4. Een slippend fietswiel Figuur 5a t/m d. Indien patella en tibia in dit model over wisselende hoeken roteren zal hun onder- linge afstand onvermijdelijk wijzigen. Verdere verklaring in de tekst. In figuur 6c is er (net als bij de röntgenfoto van figuur 1) sprake van 85 kanteling van de tibia en 58 van de patella. In tegenstelling tot het voorgaande model is er nu wel gezorgd voor het behoud van hun oorspronkelijke onderlinge afstand. De tibia is opnieuw geroteerd om het middelpunt van de cirkel. De patella is in zijn positie gebracht door de patella in eerste instantie 58 te roteren om het centrum van de femurcirkel (van figuur 6a naar 6b) en vervolgens te transleren (dus zonder hoekstandsverandering langs het femur te verschuiven) totdat de aanhechtingspunten van de patellapees op tibia en patella zich weer op hun oorspronkelijke onderlinge afstand bevinden (van 6b naar 6c).

4 Figuur 6a t/m c. De beweging van de patella voorgesteld als een opeenvolging van roteren en transleren. Verdere verklaring in de tekst. Bij deze procedure ligt het draaipunt van de patella dus in eerste instantie in het centrum van het femur (tijdens de rotatie) en vervolgens in het oneindige (transleren is hetzelfde als roteren om een draaipunt in het oneindige). In werkelijkheid beweegt de patellla natuurlijk niet op deze wijze naar de getoonde positie. De patella zal momentaan een draaipunt moeten bezitten dat zich verder van het contactpunt met het femur bevindt dan het draaipunt voor de tibia (het middelpunt van de cirkel). In het model van figuur 7 is de femurcirkel vervangen door een profiel met een verlopende kromtestraal (een zogenaamde evolvente). Figuur 7a t/m c. Het femur voorgesteld als een evolvente. Door de verschillen in kromtestralen is het mogelijk om de patella minder te kan- telen dan de tibia met behoud van hun onderlinge afstand. De kromtestralen van het deel van het femur waar de patella mee articuleert zijn langer dan die van de profieldelen die contact maken met de tibia. Anders gezegd: De patella articuleert met minder sterk gekromde delen van het femur dan de tibia. Een profiel met een verlopende kromtestraal bezit meerdere kromtemiddelpunten. Deze verzameling van kromtemiddelpunten (de witte en grijze stippen op het uiteinde van de kromtestralen) noemen we de evolute van het profiel. In het cirkelmodel draaiden zowel de patella als de tibia om een vaste as; het centrum van de cirkel. In dit model is een vaste rotatie-as echter onmogelijk. Het draaipunt van bijvoorbeeld de patella moet in elke stand namelijk liggen op een lijn die het contactpunt tussen patella en femur verbindt met het kromtemiddelpunt. Deze lijn staat steeds loodrecht op de momentane raaklijn aan het profiel in het contactpunt. We zullen deze lijn voortaan de loodlijn op het profiel in het contact-

5 punt noemen. Indien het draaipunt op deze loodlijn ligt, is de verplaatsingsrichting van het contactpunt steeds in de richting van de momentane raaklijn gericht. Indien het draaipunt niet op deze lijn zou liggen, beweegt de patella van het femur af, of erdoorheen. Aangezien het contactpunt tijdens de kanteling continu zal verplaatsen, dient ook het draaipunt continu mee te verplaatsen naar die nieuwe loodlijn die behoort bij het nieuwe contactpunt. In dit model is dat gerealiseerd door voor de patella de opvolgende kromtemiddelpunten van het femurprofiel als draaipunt te kiezen. Ook de tibia roteert om de opeenvolgende kromtemiddelpunten van dat deel van het femurprofiel. Aangezien de draaipunten van de patella nu verder van het contactpunt afliggen dan die van de tibia zal, bij een gelijke kanteling, de verplaatsing van de patella groter zijn. Dit effect maakt dat in het model bij een knieflexie van 72 een patellakanteling optreedt van 57 terwijl de patellapees hierbij op gelijke lengte blijft (figuur 7b en c). Het achterblijven van de kanteling van de patella bij de kanteling van de tibia is hiermee verklaarbaar. Toch is het verplaatsingsgedrag van de patella nog niet helemaal in overeenstemming met de werkelijkheid. Zowel in dit laatste model, als in de voorgaande cirkelmodellen, is er sprake van een slippende beweging van de patella over het femur. Het contactpunt op het femur verplaatst naar distaal terwijl het contactpunt op de patella ongewijzigd blijft. in werkelijkheid is er echter sprake van een geheel ander gedrag van het contactpunt. Verplaatsing van het contactpunt op de patella. Goodfellow (3,4) was in 1976 een van de eersten die met kniepreparaten en kleuringstechnieken onderzoek deed naar de contacten tussen patella en femur bij het buigen van de knie. Figuur 8 en 9 tonen zijn bevindingen. Het contactpunt op de patella verloopt naar craniaal tussen 0 en 90 knieflexie. Daarna verloopt het contact over het mediale en laterale facet van de patella naar distaal. Hinterwimmer (5) komt, gebruikmakend van mri onderzoek, tot vergelijkbare resultaten. Helaas beperkt hij zich in zijn artikel tot een weergave van de gevonden contactgebieden op het femur (figuur 10). Figuur 8. Schematische weergave van de proefopstelling en de resul- taten ten van het onderzoek van Goodfellow. (Overgenomen uit Goodfellow (3)) Figuur 9a t/m c. Contactgebieden van patella en femur bij diverse kniehoeken. a. 20 knieflexie b. 90 knieflexie c. 135 knieflexie (Overgenomen uit Goodfellow (3)) De verplaatsingsrichting van het contactpunt op patella en femur is gedurende de eerste 90 knieflexie dus tegengesteld gericht. Op de patella verloopt het contact naar craniaal, maar op het femur naar distaal. In navolging van Oonk (6) noemen wij dit heterolateraal contact.

6 Figuur 10a t/m c. Contactgebieden van de patella op het femur vol- gens Hinterwimmer (5) De verhouding tussen verplaatsing en kanteling wordt, zoals hierboven al uiteen werd gezet, bepaald door de afstand van het draaipunt tot het contactpunt. Het daarbij optredende verplaatsingsgedrag van het contactpunt hangt af van de ligging van het draaipunt ten opzichte van de kromtemiddelpunten van kop en kom (6). Met behulp van het eerder gebruikte cirkelmodel wordt dit verduidelijkt (figuur 11). Figuur 11a t/m d. a. Rotatie van de patella over 60 om het centrum van de cirkel. b. Rotatie van de patella over 60 om een centrode die verder van het contactpunt ligt dan in situatie a. c. Begin en eindstand bij rotatie om het mid- delpunt van de cirkel. d. Begin en eindstand bij rotatie om de cen- trode van situatie b. In figuur 11 wordt het effect van het verplaatsen van het draaipunt van de patella weergegeven. In figuur 11a slipt de patella, net als in model 3, om het middelpunt van de cirkel. In figuur 11b is het draaipunt van de patella wat verder van het contactpunt afgebracht. Het draaipunt van de patella valt nu niet langer samen met het kromtemiddelpunt van de cirkel. Ook onder dergelijke omstandigheden blijft het echter wel noodzakelijk dat het draaipunt steeds op een lijn ligt die het contactpunt tussen patella en femur verbindt met het kromtemiddelpunt. Aangezien het contactpunt tijdens de kanteling continu zal verplaatsen, dient ook het draaipunt continu te verplaatsen naar die nieuwe loodlijn die behoort bij het nieuwe contactpunt. Bij rotatie om het middelpunt van de cirkel (11a) is dit verplaatsen van het draaipunt niet nodig aangezien automatisch alle loodlijnen op de cirkel door dit middelpunt verlopen. In figuur 11b is een serie momentane draaipunten weergegeven. De verzameling van deze draaipunten is de centrode. De patella kantelt zowel in figuur 11a als 11b over 60. De verplaatsing die optreedt bij deze kanteling is in situatie 11b echter groter. Dit is het gevolg van de toegenomen afstand van het draaipunt tot het contactpunt In figuur 11b en c worden de begin- en de eindpositie van de patella getoond bij de verschillende draaipunten. Merk op dat het contactpunt tussen patella en femur in situatie c (slippen) op de patella niet wijzigt en op het femur naar distaal verplaatst. Bij rotatie om de centrode van figuur 11d is er sprake van een contactpuntverplaatsing naar craniaal op de patella, en, net als in situatie c, naar distaal op het femur. In figuur 12a t/m c is het model uitgebreid met een tibia die roteert om het centrum van de cirkel. De patella draait, net als in figuur 11b en d, om de weergegeven centrode. Aangezien de draaipunten van de patella in dit model verder van het contactpunt liggen dan het draaipunt van de tibia zal er bij een gelijke verplaatsing langs het profiel, net als in de werkelijke knie, sprake zijn van een achterblijvende kanteling van de patella. In figuur 8 gaat 80 knieflexie gepaard met 60 flexie van de patella en het contactpunt op de patella vertoont de gewenste verplaatsing naar craniaal.

7 Figuur 12a t/m c. Bepaling van de kanteling van patella en tibia. Sturing van de patella In dit tijdschrift is reeds meerdere malen uiteengezet dat het dicteren van het draaipunt in een gewricht geregeld wordt door de interactie van de profielvormen met passieve, ligamentaire structuren (7). In het geval van de patella lijken de retinaculae (laterale en mediale) de kandidaten bij uitstek om deze taak te vervullen (figuur 13). Het retinaculum heeft zijn origo op het femur op de beide epicondylen. In deze gebieden bevinden zich ook de aanhechtingen van de collaterale kniebanden. Deze laatste aanhechtingen vormen de draaipunten voor de tibia ten opzichte van het femur. Indien de patella roteert om de aanhechtingen van het retinaculum in het femur, voldoet de lokalisatie van beide rotatie-assen aan de eis dat het draaipunt van de tibia dichter bij het bijbehorende contactpunt ligt dan de rotatie-as van de patella. De patella kan daarmee bij knieflexie qua kanteling achterblijven ten opzichte van de tibia en toch op een constante afstand van de tibia blijven. Indien de kromtemiddelpunten (evolute) van het femurprofiel tussen het contactpunt van de patella en de aanhechtingen van het retinaculum op het femur liggen, is ook het heterolaterale gedrag van het contactpunt te verklaren. De kinematica van het patellofemorale gewricht in het sagittale vlak lijkt daarmee voor de eerste 90 knieflexie te begrijpen. De noodzaak van een retinaculum, bij het voorschrijven van het bewegingsgedrag van de patella, staat echter door de resultaten van de modelstudies van van Eijden (2) ter discussie. Figuur 13a en b. Schematische weergave van de retinaculae van de patella. (overgenomen uit Dahhan (1)) Op basis van diverse metingen aan 10 kniepreparaten vervaardigde hij een tweedimensionaal model van het kniegewricht (figuur 14). Het femur wordt in het model gefixeerd verondersteld. De m. quadriceps bestaat uit een koord met variabele lengte. Bij een bepaalde flexiehoek van de knie (een vaste positie van de tuberositas tibiae (T)) en een vaste lengte van de patellapees, zijn er nog diverse posities van de patella op het femur mogelijk (figuur 14b). Op het moment echter dat de m. quadriceps aanspant, ontstaat er op basis van statische evenwichtseisen een zodanige positie van de patella dat de werklijnen van de drie krachten die werken op de patella door één punt gaan. Deze krachten zijn: de quadricepskracht, de kracht in de patellapees en de reactiekracht van het femur op de patella (figuur 14c). Op basis van deze evenwichtseisen kan voor elke flexiehoek van de knie een bijbehorende patella-positie worden berekend. De verschillende posities van T in figuur 15 corresponderen met de weergeven flexiehoeken van de knie. De patella blijkt onder invloed van uitsluitend het bovengenoemde krachtenspel een verplaatsingsgedrag te vertonen dat veel overeenkomst vertoont met het gedrag dat door Goodfellow aan preparaten werd gemeten. Op basis van uitsluitend het heersende krachtenspel (dus zonder een retinaculum in het model) beweegt de patella heterolateraal gedurende de eerste 90 waarna het contact homolateraal verloopt bij verdere kniebuiging.

8 Figuur 14 Modelmatige voorsteling van het patellofemorale ge- wricht volgens van Eijden (overgenomen uit van Eijden (2) ) Qm = Quadriceps T = Tuberositas Pl = Ligament Patellae C = contactpunt van de patella met het femur Fq =spankracht in de quadriceps Fp = reactiekracht van het femur op de patella Fpl = Spankracht in de patellapees Figuur 15 Contactpunt tussen patella en femur bij di- verse flexiestanden van de knie. Tot 90 flexie is er heterolateraal contact, daarna verloopt het contact homoloateraal (overgenomen uit van Eijden (2) ) Een ander relevant aspect van het gedrag van de patella wordt beschreven door Hinterwimmer (5). Met behulp van mri onderzocht hij de relatie tussen de knieflexie en de patellakanteling bij flexiehoeken van 0, 30 en 90. Bij het onderzoek werden mensen zonder knieklachten vergeleken met patiënten met milde kniearthrose en varus deformatie. De positie van de patella werd bij elke kniehoek onder twee verschillende condities gemeten. Bij de eerste meting was er sprake van ontspannen kniestrekkers, bij de tweede meting (bij een identieke kniehoek) werd de proefpersoon gedwongen de kniestrekkers aan te spannen door een uitwendig flecterend moment van 10 Nm dat op het onderbeen werd aangebracht. De trekkracht in de patellapees en de m. quadriceps bleken, zowel bij de contolegroep als de patiëntengroep een significante standsverandering van de patella op te leveren. Ten opzichte van de niet bekrachtigde situatie kantelt de patella iets achterover (tabel 1). Dit fenomeen blijkt ook zonder mri apparatuur aantoonbaar.

9 Tabel 1 Het effect van contractie van de kniestrekkers op de kanteling van de pa- p tella la bij kniehoeken van 0, 30 en 90 volgens Hinterwimmer (5) Verdere verklaring in de tekst. In figuur 16 is met behulp van dubbelzijdig tape een stokje op de patella geplakt. In figuur a is de quadriceps ontspannen. In figuur b zijn de extensoren aangespannen (als reactie op een manuele weerstand). Getracht is om de kniehoek niet te wijzigen. Bij dit eenvoudige experiment vonden wij een afname van de vooroverkanteling van de patella van ongeveer 4. De standsverandering die de patella ondergaat als gevolg van de aangebrachte bekrachtiging bij een ongewijzigde kniehoek, kan uitsluitend plaatsvinden om de draaipunten die we met behulp van de voorgaande modelmatige analyses herleid hebben, indien de patellapees bij de ontspannen knie niet strak staat. Figuur 16a en b. Kanteling van de patella onder invloed van het aanspannen van de m. quadriceps. a. Ontspannen kniestrekkers b. Aangespannen kniestrekkers Een en ander wordt verduidelijkt in figuur 17. In figuur 17b is de ontspannen knie 30 gebogen terwijl de patellapees gestrekt staat. In figuur 17c is een reductie van de patellakanteling van 4 weergegeven die onder invloed van het aanspannen van de kniestrekkers bij een ongewijzigde kniehoek zou kunnen ontstaan. De afname van de kanteling van de patella is hierbij uitgevoerd om de rotatie-as die ook in de modellen van figuur 12 is gebruikt. De patella verplaatst bij de kanteling tevens naar proximaal hetgeen zou worden verhinderd door de reeds gestrekte patellapees. Indien de patellapees bij de ontspannen gebogen knie niet gestrekt zou staan (figuur 17d) is een dergelijke verplaatsing van de patella wel uitvoerbaar (figuur 17e).

10 Figuur 17a t/m e. a t/m c: Indien de patellapees strak staat is een afname van de vooroverkanteling van de patella bij een onge- wijzigde kniehoek niet mogelijk om de reguliere centrode. d en e: Indien de patellapees slap staat kan de patellakanteling bij een ongewijzigde kniehoek wel op die ma- nier plaatsvinden. Een andere mogelijke verklaring voor de gevonden kanteling van de patella bij een ongewijzigde kniehoek hangt samen met de bi-convexe bouw van het gewricht. (figuur 18). Het feit dat de patella bij een sagittaal aanzicht een convexe kromming vertoont, wordt vaak over het hoofd gezien. Bij bestudering van röntgenfoto s (zoals die van figuur 1) zien we natuurlijk geen kraakbeen. Figuur 18 Het patellofemorale gewricht is in een sagittale coupe biconvex. (afbeelding afkomstig van: ml) Aangezien het grensvlak tussen het subchondrale bot en het kraakbaan concaaf verloopt wordt veel gedacht dat dit ook wel voor het kraakbeenprofiel zal gelden. MRI afbeeldingen of coupes van een preparaat zijn een veel betrouwbaarder bron om profielvormen vast te stellen. We beschouwen in figuur 19 opnieuw een model waarin de knie in een ontspannen toestand 30 gebogen is terwijl we uitgaan van een gestrekte positie van de patellapees. (figuur 19a). In figuur 19b wordt een trekkracht van de m. quadriceps (Fq) aangebracht die een spankracht (Fp) in de patellapees en een reactiekracht van het femur op de patella (Fr) doet ontstaan. De patella zal, onder invloed van deze krachten naar een positie willen kantelen waarin de drie krachten die op de patella werken door één punt gaan. De hierbij optredende rotatie van de patella vindt plaats om momentane draaipunten die steeds gelegen zullen zijn op het snijpunt van de momentane loodlijn op het profiel en de werklijn van de spankracht in de patellapees. In figuur 19b is dit snijpunt met een witte stip weergegeven. De werklijn van de quadricepskracht verloopt niet door dit punt en oefent

11 Figuur 19a t/m c. Kanteling van de patella bij een strak gespannen patellapees en een onge- wijzigde kniehoek, vindt plaats om een draaipunt dat ligt op het snijpunt van de momentane loodlijn en de werklijn van de patellapees. Fq = Spankracht in de quadriceps Fp = Spankracht in de patellapees Fr = Reactiekracht van het femur op de patella derhalve een achteroverkantelend moment uit op de patella. In figuur 19c is de eindpositie weergegeven. De drie krachten gaan nu door het momentane draaipunt van de patella. De standsveranderingen van de patella, die ontstaan bij het aanbrengen van deze bekrachtiging (in een ongewijzigde flexiehoek van de knie), vereisen (bij een strak staande patellapees) draaipunten die geen deel uitmaken van de centrode die behoort bij de baan van de patella tijdens het buigen van de knie. De flexie-as van de patella moet binnen deze optie dus van plaats kunnen wijzigen. Voor gewrichten, waarin een convex profiel articuleert met een concaaf profiel, is dit onmogelijk, bi-convexe gewrichten daarentegen hebben deze functiemogelijkheid wel. In figuur 20a is een uiterst simpel model van een gewricht weergegeven. De beide cirkelvormige profielen zijn met behulp van een niet verlengbaar touw (voorstellend een ligament) aan elkaar verbonden. Het touw is in het centrum van de cirkel bevestigd. In dit model is er slechts één localisatie voor het draaipunt mogelijk. De kop kan in het convex-concave gewricht niet anders dan draaien om zijn centrum (figuur 20b). Indien de kop om de andere aanhechtingsplaats van het touw zou willen draaien is dit onmogelijk. De kop zou dan door de kom moeten dringen (figuur 20c). Een bi-convex gewricht kan wel om beide aanhechtingsplaatsen van zijn ligamenten roteren (figuur 20 d tm f) en bezit daarmee een extra vrijheidsgraad in het sagittale vlak. Figuur 20a t/m f. Vrijheidsgraden van een convex-concaaf concaaf ge- kromd gewricht (a t/m c) vergeleken met een bi-convex gewricht (d t/m f). Verdere verklaring in de tekst. Discussie Zowel de resultaten van Hinterwimmer als die van ons eigen onderzoek zijn te verklaren door het ontplooien van de patellapees. Deze resultaten zijn dus niet direct bewijzend voor het bestaan van een tweede vrijheidsgraad voor de patella. Toch lijkt het ons wel aannemelijk dat dit het geval is. Ten eerste is de bouw van het gewricht daarmee in overeenstemming (bi-convex) en ten tweede lijken er wel functionele voordelen verbonden te zijn aan een dergelijk systeem. De tweede vrijheidsgraad dient daarbij een ander doel dan zich laat demonstreren door het aan- en ontspannen van de m. quadriceps bij een vaste kniehoek. Een functio-

12 neel veel belangrijker effect van de besproken tweede vrijheidsgraad is het vermogen van de patella om bij een reeds aangebrachte belasting op de knie te reageren op kleine wisselingen in de heersende resulterende krachtrichting van de kniestrekkers. dergelijke wijzigingen in de trekrichting kunnen bijvoorbeeld ontstaan door het al dan niet inschakelen van de poly-articulaire m. rectus femoris. Op deze wijze worden hoge spanningen in het bandapparaat van de patella (het retinaculum) voorkomen die zouden kunnen ontstaan indien de patella deze vrijheidsgraad niet zou bezitten. Het hier bedoelde mechanisme wordt verduidelijkt in figuur 21. Figuur 21a en b. Conflict tussen de draaipuntseisen. (verdere verklaring in de tekst) Fq = Spankracht in de quadriceps Fp = Spankracht in de patellapees Fr = Reactiekracht van het femur op de patella L1 en L2 zijn delen van het retinaculum In figuur 21a is er sprake van evenwicht. De werklijnen van de krachten op de patella gaan door één punt. In verband hiermee is er geen spanning in de ligamenten (L1 en L2) noodzakelijk. De ligamenten bezitten een zodanige configuratie dat zij een rotatie van de patella opdringen om een draaipunt (r) dat ligt op het verlengde van hun werklijnen. In figuur 21b is de trekrichting van de m.quadriceps gewijzigd. Fq wil de patella kantelen. Het ligamentaire stelsel van de patella laten een kanteling om het hierbij noodzakelijke draaipunt echter niet toe. Het ligamentaire stelsel dringt immers het draaipunt r op aan de patella. In het ligament L2 zal een spankracht ontstaan die de patella in zijn oorspronkelijke positie houdt. Onder dergelijke omstandigheden dreigt de patella als het ware vast te lopen op het femur en wordt het actief strekken van de knie bemoeilijkt. Dergelijke problemen doen zich niet voor in het bi-convexe patello-femorale gewricht met twee vrijheidsgraden. Dit systeem kan zich gemakkelijk aanpassen aan fluctuaties in de heersende krachtrichting. De vraag blijft dan natuurlijk welke rol het retinaculum hierbij speelt. De modellen van van Eijden lijken een retinaculum overbodig te maken. In deze modellen is er echter nooit sprake van een buiging van de knie zonder contractie van de kniestrekkers. Ook onder niet bekrachtigde omstandigheden lijkt het wenselijk om de patella alvast voor te positioneren in een stand die weinig afwijkt van de positie die zal worden opgedrongen zodra de (qua richting nog niet geheel bekende) bekrachtiging wel wordt aangebracht. Indien de patella eerst flinke verplaatsingen zou moet maken voordat deze positie bereikt wordt, komt dat de controle op het kniegewricht niet ten goede. Voorbij 90 knieflexie wijzigt de profielvorm van de patella. Bij dergelijke flexiestanden verloopt het contact op de patella via het laterale en mediale facet. Deze delen van de patella zijn niet convex maar concaaf gekromd. De tweede vrijheidsgraad voor de patella is daar dus ook niet beschikbaar. In het licht van het bovenstaande betekent dit dat de patella, voorbij 90 flexie, niet kan reageren op fluctuaties in de heersende trekrichting van de m.quadriceps. De noodzaak daartoe ontbreekt echter ook omdat de pees van de m.quadriceps contact gaat maken met de facies patellaris van het femur. De pees ligt dus als het ware over een katrol. kleine veranderingen in de trekrichting van de kniestrekkers hebben dan geen invloed meer op de trekrichting op de patella. Met behulp van figuur 22 wordt dit toegelicht. In figuur 22a is een wijziging van de trekrichting van de kniestrekkers direct van invloed op de trekrichting aan de patella. In figuur 22b kan de trekrichting van de strekkers wijzigen, zonder dat

13 dit effect heeft op de krachtrichting op de patella. Deze richting blijft steeds in de richting van de raaklijn aan het femurprofiel op het punt waar het contact van de pees met het femur eindigt. De noodzaak om een tweede vrijheidsgraad te bezitten om daarmee te kunnen reageren op wisselende krachtinwerkingen komt dan ook te vervallen. Figuur 22a en b. Zodra de quadricepspees contact gaat maken met het femur (b) hebben (binnen bepaalde grenzen) wijzigingen w van de resulterende trekrichting van de kniestrekkers geen invloed meer op de richting van de spankracht die op de patella wordt overgedragen. Voorbij 90 flexie van de knie wijzigt dus niet alleen de verplaatsingsrichting van het contactpunt, maar tevens het aantal vrijheidsgraden van het gewricht. Bij de meer gebogen posities van de knie volstaat (in het sagittale vlak) slechts één vrijheidsgraad, Kanteling en verplaatsing kunnen daarbij dus wel dwingend gedicteerd worden door het ligamentaire systeem. Indien er onverhoopt toch wijzigingen ontstaan in de bekrachtiging van de patella is het systeem bij deze flexiehoeken wel minder adaptief. Functiestoringen van het kniegewricht (bedoeld wordt de verbinding femur-tibia) maken bijvoorbeeld dat de positie van de tibia ten opzichte van het femur bij een bepaalde mate van knieflexie wijzigt. In de meer gestrekte knieposities zal de patella, door de tweede vrijheidsgraad die het systeem daar bezit, zich aan kunnen passen aan deze gewijzigde functie-eisen. Bij grotere flexiehoeken ontbreekt dit vermogen en leidt de gestoorde positie van de tibia tot verhoogde spanningen in het retinaculum. De hoogte van deze spanning in het retinaculum is direct gekoppeld aan de grootte van het te leveren kniemoment. Dergelijke spanningen in het retinaculum lijken een betere verklaring voor de patellofemorale pijnklachten bij patiënten met een chondromalacie dan (te) hoge druk op het niet geinnerveerde kraakbeen. LITERATUUR 1. Dahhan p., Delepine G., Larde D. The Femoropatellar joint Anatomia Clinica (1983) 3: Eijden van T.M.G.J., Kouwenhoven E., Verburg J., Weijs W.A. A mathematical model of the patellofemoral joint J. Biomechanics vol 19. No 3 pp , 229, Goodfellow J.D., Hungerford S., Zindel M. Patello-femoral joint mechanics and pathology 1. Functional anatomy of the patello-femoral joint. Journal of bone and joint surgery 58-B, no. 3 august Goodfellow J.D., Hungerford S., Zindel M. Patello-femoral joint mechanics and pathology 2. Chondromalacia patellae Journal of bone and joint surgery 58-B, no. 3 august 1976

14 5. Hinterwimmer S., von Eisenhart-Rothe et al. Patella kinematics and patello-femoral contact areas in patients with genu varum and mild osteoarthritis. ritis. Clinical Biomechanics 19 (2004) Oonk H.H.N. Osteo- en Arthrokinematica Uitgeverij Henric Graaff van ijssel (1988) 7. Riezebos et.al. Het functiegestoorde gewricht Versus, Tijdschrift voor fysiotherapie 1997 (4).