Auteur(s): K. Bunnig, A. Hendriks Titel: Springen en spierrekken Jaargang: 7 Jaartal: 1989 Nummer: 5 Oorspronkelijke paginanummers:

Transcriptie

1 Auteur(s): K. Bunnig, A. Hendriks Titel: Springen en spierrekken Jaargang: 7 Jaartal: 1989 Nummer: 5 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 Tuberositas tibiae transplantatie (het effect op de quadriceps femoris) K. Bunnig A. Hendriks Inleiding Uit de praktijk blijkt dat patiënten na een tuberositas tibiae transplantatie in het dagelijks leven vooral moeilijkheden hebben met fietsen, traplopen en sporten. De vraag is nu of een veranderde werklijn van de M. quadriceps femoris op de knie tot een krachtsvermindering op de knie zou kunnen leiden, die aanleiding geeft tot deze ADL problemen. In dit artikel zal dan ook worden gekeken naar het effect van een tuberositas tibiae transplantatie, naar mediaal en distaal, op de te leveren kracht van de M. quadriceps femoris op de knie in stand op een been in verschillende flexiestanden. Aan de hand van een model worden metingen verricht van de lengte van de momentsarm vanaf het steunpunt tussen femur en tibia tot het lig. patellae in verschillende flexiestanden van de knie tijdens stand op een been. Naar aanleiding van een biomechanische analyse worden de gevolgen bekeken van de gevonden waarden van de momentsarm van voor en na een tuberositas tibiae transplantatie, die van belang zijn voor het effect van de M. quadriceps femoris op de knie. De belangrijkste conclusies zijn: De momentsarm, vanaf het steunpunt tussen femur en tibia tot het lig. patellae, neemt na de operatie af. De M. quadriceps femoris van het geopereerde been moet hierdoor in 47 flexie (bij stand op een been), 21% meer kracht leveren, in vergelijking met het niet geopereerde been, om dezelfde stand te kunnen handhaven. Het model Met behulp van een model wordt de momentsarm van een "gezonde" knie vergeleken met die van een knie na een tuberositas tibiae transplantatie. Bij het opstellen van dit model is uitgegaan van een röntgenfoto, lateraal aanzicht, uit Röntgenbilder van Robert Janker (1). Deze röntgenfoto is overgenomen op stevig karton. Het femur, de tibia en de patella met het lig. patellae zijn uitgeknipt. De tuberositas tibiae fungeert als draaipunt voor het lig. patellae (die vast blijft zitten aan de patella, omdat hieraan door de operatie niets is veranderd). Om het lig. patellae te kunnen laten draaien is deze via een drukknopje verbonden met de tuberositas tibiae. De verplaatsing na de operatie in het model is 0,5 cm naar mediaal en 0,5 cm naar distaal (in werkelijkheid 1 cm naar mediaal en 1 cm naar distaal). Vervolgens zijn de contactarealen op femur en tibia bepaald uit The Knee by D.E. Hastings (2). Hierin staan röntgenopnamen van dezelfde knie van maximale extensie tot maximale flexie. Het steunpunt in maximale extensie en in maximale flexie is in verhouding overgenomen op het model. De afstand tussen beide maxima is verdeeld over tien gelijke stukken op het femur en de tibia. Op de tibia zijn de punten 1, 2, 3...enz. genoemd en op het femur 1', 2', 3'...enz. Punt 1 moet in contact komen met 1', punt 2 met 2', 3 met 3'...enz. (figuur 1). Enkele beperkingen van het model 1. Het model is tweedimensionaal. In een driedimensionaal beeld zou beter te zien zijn welke bewegingen het femur en de patella ten opzichte van elkaar en de tibia maken. 2. In het model is geen rekening gehouden met de bewegingen die de patella ten opzichte van het femur maakt bij verdere flexie. 3. De patella beweegt in het model ten opzichte van het laterale of het mediale femurcondyl, terwijl in werkelijkheid de patella tevens articuleert met de intercondylaire groeve.

3 4. De momentsarm van het lig. patellae tot het steunpunt tussen femur en tibia neemt waarschijnlijk wel af in werkelijkheid. Naarmate de knie meer flexie maakt, verdwijnt de patella in de intercondylaire groeve, omdat de groeve dieper is aan het eind van de flexiebeweging. Hierdoor zou de arm dus afnemen. Daar de meetfouten de 0,5 mm niet overschrijden, is hiermee geen rekening gehouden bij het trekken van de conclusies. 5. Er is geen hoekstandsverandering mogelijk tussen de patella en het lig. patellae. Figuur 1. Zie tekst (niet alle punten zijn weergegeven) Bepaling flexiehoek De flexiehoek is bepaald door punt 1 op de tibia contact te laten maken met punt 1 op het femur en vervolgens de hoek op te meten die femur en tibia dan maken. Ditzelfde geldt voor 2 en 2', 3 en 3'...enz. Dit geeft de volgende hoekstanden te zien: 1 1 = = = = = = = = = = 135

4 Figuur 2. Zie tekst. Verklaring figuur 2 Fn: normaalkracht als reactiekracht op de zwaartekracht. De zwaartekracht grijpt aan in het algemeen lichaamszwaartepunt en valt binnen het steunvlak van de voet. Bij een lichaamsgewicht van 510 N, bedraagt Fn dus 510 N en is tegengesteld gericht. a: momentsarm van Fn. α: scherpe hoek tussen boven- en onderbeen. ½ α: hoek tussen onderbeen en vertikaal. A : tuberositas tibiae in normale positie, dus voor de operatie. A': tuberositas tibiae in de positie na de operatie. B : lig. patellae in de normale positie. B': lig. patellae in de positie na de operatie (qua lengte gelijk aan die van voor de operatie). C : plaats van de patella in de normale positie. C': plaats van de patella na de operatie (qua vorm en grootte gelijk aan die van voor de operatie). N.B. door de verplaatsing van de tuberositas tibiae naar mediaal en distaal gaat de patella meer met de mediale condyl articuleren. FQ: trekkracht van de M. quadriceps femoris voor de operatie. FQ': trekkracht van de M. quadriceps femoris na de operatie. b : momentsarm vanaf het steunpunt tot de werklijn van FQ (lig. patellae B).

5 b': momentsarm vanaf het steunpunt tot de werklijn van FQ' (lig. patellae B'). De gestippelde lijnen geven de posities aan na de operatie. Bepaling a (momentsarm van Fn bij gezonde knie) De momentsarm (a), vanaf de werklijn van de normaalkracht (= reactiekracht van de zwaartekracht) tot het steunpunt tussen femur en tibia, wordt groter naarmate de flexiehoek van de knie scherper wordt. De M. quadriceps femoris moet meer kracht leveren als er sprake is van meer flexie tijdens stand op een been. De momentsarm (a) kan als volgt uitgerekend worden: a = L sin( 1 2 α ) L is hierin de lengte van het onderbeen. Uit de literatuur (3) blijkt dat de lengte van het onderbeen gelijk is aan 28% van de totale lichaamslengte. We gaan uit van een lichaamslengte van 1.68 m. Dan blijkt dat de lengte van het onderbeen gelijk is aan 47 cm. De hoek α, is de flexiehoek die femur en tibia met elkaar maken. Als de flexiehoek in de formule ingevuld wordt, worden de volgende resultaten verkregen: Grafiek 1. Zie tekst. Kontaktpunt α ( ) a (cm) , , , , , , , , ,4 (waarden behorende bij grafiek 1) Bepaling b (momentsarm F Q - lig. patellae bij een gezonde knie) De momentsarm (b) vanaf de werklijn van de kracht van de m. quadriceps femoris (lig. patellae) tot het steunpunt tussen femur en tibia is als volgt bepaald: De tibia is vastgezet. Het femur moet telkens in contact komen met de tibia en wel punt 1 met 1', 2 met 2'...enz. De patella articuleert met het femur, maar er blijft iedere keer 3 mm. ruimte tussen de patella en het femur. Deze ruimte wordt opgevuld door het corpus adiposum infrapatellare. Als punt 1 met 1' in contact is en de patella 3 mm van het laterale condyl van het femur afstaat, wordt er een loodlijn tussen het lig. patellae en het raakpunt 1-1' getrokken (figuur 3). Deze afstand wordt gemeten.

6 Figuur 3. Zie tekst (niet alle punten zijn weergegeven). Ditzelfde wordt gedaan met 2-2', 3-3', enz. De volgende waarden voor b worden verkregen: Grafiek 2. Zie tekst flexiehoek α ( ) momentsarm b (mm) (waarden behorende bij grafiek 2)

7 Uit de meetgegevens blijkt dat tot 47 flexie de momentsarm b, 16% in waarde toeneemt en bij toenemende flexie konstant blijft. Bepaling b (momentsarm F Q - lig. patellae na operatie) De tibia is van boven af gezien driehoekig van vorm. Dit houdt in dat als de tuberositas tibiae naar mediaal verplaatst wordt, het lig. patellae meer naar dorsaal ligt. Tevens articuleert de patella nu meer met het mediale dan met het laterale femurcondyl. Het mediale condyl van het femur is gemiddeld 1 cm kleiner van omvang. Dit gegeven is van belang bij het verplaatsen van de tuberositas tibiae. De momentsarm (b') van het lig. patellae tot de raaklijn van 1-1' wordt op dezelfde wijze bepaald als b (figuur 4). Dit levert de volgende waarden op: flexiehoek α ( ) momentsarm b (mm) (waarden behorende bij grafiek 2) Figuur 4. Zie tekst (niet alle punten zijn weergegeven).

8 Bepaling momentsarm Fn Voor Fn werd de waarde van 510 N genomen. Dit is dus de uitwendige belasting van de voet bij het staan op een been met een lichaamsgewicht van 510 N. Het moment van Fn volgt uit de formule. M = Fn a (waarin = L sin( 1 2 α ) a ) Na berekening werden de volgende waarden gevonden Grafiek 3. Zie tekst. flexiehoek α ( ) moment Fn (Nm) , , , , , , , , ,34 (waarden behorende bij grafiek 3) Bepaling Fq Waar er sprake is van evenwicht, kan de kracht van de M. quadriceps femoris vervolgens met behulp van de momentenstelling berekend worden: Fn a = Fq b zodat Fq = Fn a b Dit leidt tot de volgende waarden:

9 flexiehoek α ( ) Fq (N) (waarden behorende bij grafiek 4) Bepaling Fq' Dit gebeurt weer op dezelfde wijze als bij de bepaling van F(q). Fn a = Fq' b' Grafiek 4. Zie tekst. flexiehoek α ( ) Fq (N) (waarden behorende bij grafiek 4)

10 Percentageverschil Het procentuele verschil tussen voor evenwicht noodzakelijke spankracht in de M. quadriceps femoris bedraagt: Fq' Fq 100% Fq' Grafiek 5. Zie tekst. flexiehoek α ( ) % verschil in Fq en Fq (waarden behorende bij grafiek 5) Rekenvoorbeeld Bepaling van Fq en Fq' tijdens stand op een been in 31 flexie. Er is evenwicht dus geldt: Fn a = Fq b 510 0,126 = Fq 0,056 64,26 = Fq 0,056 waaruit volgt waaruit volgt 64,26 Fq = waaruit volgt 0,056 Fq = 1148 N Dit is de kracht die de M. quadriceps femoris tijdens stand op een been met de knie in 31 flexie voor de operatie moet leveren om deze stand te handhaven. Hetzelfde wordt nu gedaan voor de situatie na de operatie, waarbij de tuberositas tibiae 0,5 cm mediaal en 0,5 cm distaal verplaatst is:

11 Fn a = Fq' b' 510 0,126 = Fq ' 0,046 waaruit volgt 64,26 = Fq ' 0,046 waaruit volgt Fq'= 1397 N Dit is de kracht die de M. quadriceps femoris tijdens stand op een been met de knie in 31 flexie na de operatie moet leveren om deze stand te handhaven. Het verschil bedraagt = 249 N. In procenten is dit: 18%. De M. quadriceps femoris moet dus na de operatie 18% meer kracht leveren om de stand van 31 flexie tijdens stand op een been te handhaven. Konklusie Naar aanleiding van de bovenstaande gegevens blijkt dat de te leveren kracht van de M. quadriceps om een stand te handhaven sterk moet toenemen (afhankelijk van de flexiehoek, variërend van 0 tot 21%). LITERATUUR 1. Janker, R. Rontgenbilder Atlas der normieten Aufnahmen, Rontgenaufnahmetechnik Berlin - Heidelberg - New York, Springer-Verlag Hastings, D.E. (edited by) The Knee, ligament and articular cartilage injuries. Berlin - Heidelberg - New York, Springer-Verlach Kapandji, I.A. Bewegingsleer, deel 2, de onderste extremiteit. Utrecht - Antwerpen, Bonn, Scheltema en Holkema Oonk, Harry H.N. Osteo- en arthrokinematika. Weert, Henric Graaff van IJssel 1988.