9524124874

Modelowanie tarcia w endoprotezie stawu kolanowego 1

R. Będziński w pracy [11] wyróżnia trzy rodzaje implantów stawu kolanowego: konstrukcje zawiasowe, kłykciowe i mieszane.

Stosowanie odpowiedniego typu endoprotezy zależne jest od stopnia uszkodzenia chrząstki stawowej oraz sprawności więzadeł. W przypadku zaawansowanych zmian destrukcyjnych struktur kostnych stawu, którym towarzyszą duże zniekształcenia stawu (szprotawość, koślawość) oraz niestabilność kolana stosuje się protezy całkowicie związane, lub częściowo związane [11]. Dzięki elementom ustalającym poprawiają one stabilność kolana. Endoprotezy kłykciowe (częściowo związane) pozwalają na rotację stawu oraz w lepszym stopniu odtwarzają kinematykę stawu [11]. Stosowanie tego typu rozwiązań jest związane ze stopniem uszkodzenia układu więzadłowo-mięśnowego pacjenta w obrębie stawu kolanowego.

W przypadku uszkodzenia na skutek choroby bądź urazu jedynie powierzchni stawowych kłykcia, stosuje się endoprotezy saneczkowe. Zastępują one jedynie powierzchnie stawowe uszkodzonego biołożyska.

2.1.2 Biomechanika stawu kolanowego

Staw kolanowy jest jednym z najbardziej obciążonych mechanicznie organów człowieka. Przegub jakim jest staw kolanowy realizuje funkcję przenoszenia obciążeń pomiędzy trzema członami: kością udową, kością piszczelową oraz kością strzałkową. Złożona budowa kolana pozwala na przenoszenie znacznych obciążeń w różnych kierunkach.

Siły, którymi obciążany jest ten narząd mogą przekraczać kilkakrotnie ciężar całego ciała. Na wartości sił przenoszonych przez biołożysko jakim jest staw kolanowy wpływają poza masą elementów ciała, między innymi wartości kątów pomiędzy poszczególnymi osiami głównymi elementów strukturalnych kończyny oraz wartości sił mięśniowych. Stabilność stawu kolanowego, w odróżnieniu od stawu biodrowego, opiera się głównie na tkankach miękkich takich jak więzadła i ścięgna [2].

Biomechanika stawu kolanowego była i jest przedmiotem wielu badań. Niektóre z zaproponowanych modeli biomechanicznych jak m.in. model Maąueta stały się dominującymi schematami obciążeń [11] stawu kolanowego. Opracowane modele biomechaniczne opisują schemat obciążeń stawu kolanowego w czasie wykonywania różnych pozycji (stanie na dwóch lub jednej nodze) lub wykonywania typowych czynności (chodzenie, wchodzenie po schodach).

Model biomechaniczny stawu kolanowego zaproponowany przez Maąueta [87], obejmuje opis sił działających na kolano zarówno w płaszczyźnie strzałkowej jak i czołowej w trakcie wykonywania przez człowieka różnych czynności (rys. 1) [11]. Badacz ten opisuje wektory sił i momentów działających na poszczególne elementy stawu z uwzględnieniem oddziaływania najważniejszych grup mięśniowych.

Jednymi z pierwszych prac opisującymi statyczne obciążenia działające na staw kolanowy były prace J. B. Morrisona [95]. Przedstawił on zagadnienie wyznaczenia sił działających na staw kolanowy oraz wyznaczył ogólną charakterystykę zmian siły obciążającej powierzchnie stawowe w funkcji fazy ruchu. Wartość maksymalnej siły działającej na staw kolanowy Morrison określił w przybliżeniu na 4-krotnie przekraczającą ciężar ciała (BW - Body Weight).

Analogiczną charakterystykę zmian obciążenia stawu kolanowego w funkcji fazy ruchu podczas chodu wyznaczyli D. Hrwitz oraz T. Andriacchi (rys. 2) [2]. Należy podkreślić duży wpływ prac prowadzonych przez tych badaczy na rozwój wiedzy na temat biomechaniki stawu kolanowego [51].