Diz Biyomekaniği

Biyomekanik, kuvvetlerin ve bunların insan vücuduna etkilerinin incelenmesidir. Dizin anatomik yapısı ve oryantasyonu, geometrisini belirtir (Şekil 5.1.). Hareket sınırları ve kinematik ise diz geometrisi tarafından belirlenir [65].

Femur ve tibia dizde sesamoid patella cismi ile dengeli üç kompartımanlı bir eklem oluşturmak üzere bağlanır. Diz sagital planda fleksiyon ve ekstansiyon, frontal planda ve fleksiyondayken abduksiyon ve adduksiyon, transvers planda ve fleksiyonda iken iç ve dış rotasyon hareketi yapabilir. Rotasyonun ve lateral hareketlerin (Abduksiyon ve Adduksiyon) sınırlı olduğu diz ekleminde temel hareket fleksiyon ve ekstansiyon yönündedir [65]. (Şekil 5.2) Diz sagital planda 0-160 derece veya daha fazla fleksiyon hareketine bir miktar varus- valgus hareketine imkan verir. 5-10 derece hiperekstansiyon mümkündür. Diz tam ekstansiyonda iken, rotasyon mümkün değildir. 0-90 derece arası fleksiyon ile orantılı olarak rotasyon hareketi de artar. Rotasyon hareketi 5-25 derece arasında değişir. Tüm durumlarda internal rotasyon, eksternalden daha fazladır. Dizin tam ekstansiyonda iken rotasyon yapamamasının nedeni, yumuşak dokuların gerginliği ve tibia tüberkülünün femur interkondiler oluğunun içine tam oturmasıdır. Sagital planda diz fleksiyonda iken tibianın anteroposterior planda hareketi 3-5 mm’dir. Diz ekstansiyonda iken varus ve valgus stresi uygulanırsa, kişiden kişiye değişmekle beraber maksimum 6-8 derecelik açılma olabilir. Hiperekstansiyonda lateral hareket mümkün değildir. Frontal plandaki abduksiyon ve adduksiyon harekete diz 30 derece fleksiyonda iken maksimuma ulaşırken, 30 dereceden sonra tekrar azalır [65].

Şekil 5.2. Diz ekleminin hareket eksenleri. Horizontal eksende (XX’) fleksiyon ve extansiyon, vertikal

eksende (YY’) aksiyel rotasyon ve ZZ’ ekseninde abdüksiyon ve addüksiyon hareketleri yapılmaktadır.

Şekil 5.3. Diz Eklemi ve Ligamentleri

Diz eklemini önden koruyan ve kuadrisps kasına kuvvet kolu oluşturan patellanın yanı sıra diz ekleminin stabilitesi, hemen hemen tamamen bağlar, menisküsler, eklem kapsülü ve çevre kaslar tarafından sağlanmaktadır (Şekil 5.3) Bu eklemde hareketin yanı sıra özellikle

yürüyüş esnasında oluşan fonksiyonel yüklerin aksiyel yönde aktarılması söz konusudur. Bu nedenle diz ekleminin biyomekaniği, kalça, ayak bileği ve ayak eklemleri ile bir bütün içerisinde değerlendirilmelidir. Diz biyomekaniğinde yumuşak dokular özellikle de kollateral ligamentler ve çapraz bağların ayrı bir önemi vardır. Normal hareket bu dokuların yeterli gerginliği ile mümkündür. Bu bağlar gevşek olduğu zaman zorlayıcı güçler yan çıkıklara neden olabilir. Duruş esnasında nötral dizilimdeki diz, aksiyel yüke karşı medio-lateral burkulmalara karşı koyar. Bu durumda bizlere stabilitede uyumlu yük taşıyan yüzeylerin geometrisinin önemli bir rol oynadığını gösterir [65].

Kantitatif olarak eklem kıkırdağı üzerine binen güçler, vücut ağırlığından değil, eklemi stabilize etmek veya hareket ettirmek için gereken kas kontraksiyonundan doğmaktadır. Normal kişilerin kas kasılmalarındaki ufak bir inkoordinasyon, artmış impulsif güçlerin doğmasına neden olur. İşte bu nöromüsküler kontroldeki mikro inkoordinasyonunun osteoartrit için belirgin bir risk faktörü oluşturduğu öne sürülmüştür [65].

Medial ve lateral femur kondillerinin şekilleri farklıdır. Lateral kondil anteroposterior ve transvers planda daha düzdür. Medial kondil laterale göre hafif öndedir. Lateral femoral kondil eğriliğindeki azalmanın, medial femoral kondilden daha fazla olması ve lateral tibial paltonun medialden daha fazla arkaya eğimli olması nedeni ile dış yan bağ, iç yan bağdan daha gevşek olur. Bu da tibianın, femura göre aktif rotasyonu için önemlidir. Aktif rotasyon femurla tibianın anatomisi ve diz bağlarının gerginliği ile kontrol edilir [65].

Kompleks fleksiyon ve ekstansiyon hareketi; yuvarlanma ve kayma hareketinin bileşimidir. Yuvarlanma hareketi, fleksiyonun ilk 20 derecesinde görülürken, 20 dereceden sonraki hareket kayma ile oluşur. Hareket sırasında femur ve tibia arasındaki temas noktası değişkendir. Bu devamlı değişen rotasyon merkezlerinin planı çıkartıldığında, femur kondillerinde “J” şeklinde bir eğim ortaya çıkar. Buna anlık hareket merkezleri (instant center) denir. Bu nedenle fleksiyonun her derecesinde, yuvarlanma ve kayma hareketi arasındaki oran farklıdır (Şekil 5.4). Bu oran erken fleksiyonda 1/2, fleksiyonun sonunda ise ¼’tür [65].

Doğal olarak tibianın femur üzerinden dışa kayması, femurun lateral kondilinine medial kondilden daha fazla stres getirmektedir. Medial kondil laterale oranla daha çok öne hareket ettiğinden, rotasyonun vertikal aksı medial kondile daha yakındır. Rotasyon hareketi sırasında medial kondil lateralden daha küçük bir daire çizer [65].

Her iki menisküste tam ekstansiyonda hafifçe ileri, fleksiyonda ise geriye doğru hareket ederler. Medial menisküs laterale göre daha hareketlidir. Menisküsler fleksiyon ve ekstansiyon hareketi sırasında femur kondilleri ile rotasyon hareketi sırasında da tibia ile beraber hareket ederler. Lateralde popliteal kas ve medialde semimembranöz kasları, menisküsleri posteriora çekerek sıkışmalarını önlerler [65].

Şekil 5.4. A. Dizin fleksiyon-ekstansiyon hareketleriyle değişen dönme merkezleri

B. Dizin 200_{’ye kadar yuvarlanma (medialde 15}0_{, laterlade ise 20}0_{’ye kadar)}

sonrasında kaymanında eşlik ettiği fleksiyon hareketi

Medial kondilin eklem yüzeyi de hafifçe ileride durur. Bu nedenle diz tam ekstansiyona gelirken, femur iç rotasyon yapar ve bu rotasyon hareketi medial kondilin eklem yüzeyi tibia ile tam temas edene kadar devam eder. Lateral kondilin posterior parçası ileri ve laterale hareket ederek, dizi tam ekstansiyonda kilitler. Fleksiyon başlarken femurun yaptığı eksternal rotasyon hareketi ile diz açılır. Dizin kilitlenme ve açılmasını sağlayan rotasyon hareketinin ekseninin medial kondile yakın olmasından dolayı bu hareketi en fazla arka çapraz bağ etkiler [65].

Diz eklemi ayak yere temas ettiği veya diğer tüm hareket fazlarında yükü karşılamak zorundadır. Normal yürüme esnasında tibio-femoral ekleme binen yük miktarı, vücut ağırlığının ortalama 3 katı iken, patello-femoral ekleme binen yük miktarı vücut ağırlığının 0.7–2 katı arasında değişmektedir. Diz eklemine binen bu yük miktarı özellikle merdiven inerken, yokuş aşağı yürürken, sandalyeden kalkarken, koşarken, ağırlık kaldırırken vücut ağırlığının 24 katına kadar çıkabilmektedir. Koltuk değnekleri kullanılarak, dize binen yük azaltılabilir. Yer tepki kuvveti ayağın yere temas eden bölgesine göre de yön değiştirebilmektedir. Topuk teması esnasında dizin arka kısmına yönelen yük, yürüyüşün yürüyüşün orta duruş fazında öne doğru yer değiştirir. Fonksiyonel yük tarafından oluşturulan açılsa kuvvetin yönü ve şiddeti dizdeki dönme merkezine göre farklılık gösterir. Yine bu dönme merkezi sayesinde ekleme aktarılan yük hemen hemen diktir [65].

Ön-arka planda, sağlıklı bir kişi göz önüne alındığında dizin en fazla yükü karşıladığı, tek ayağın yerde kaldığı pozisyonlarda bile, yer reaksiyon kuvveti medial kompartıman üzerinde hakim olmasına karşın, kuvvet lateralde, kas gücü ile dengelenir. Gelen yükün her iki platoya aktarılması sağlanır. Patello-femoral ekleme gelen yük ise, kuadriseps kasının yukarı ve

arkaya çekmesi ile patellar tendonun aşağı ve arkaya çekmesi neticesinde olur. En yüksek değere diz fleksiyondayken ulaşır. Fleksiyon esnasında femoral olukta patellanın yüklenmesi üç noktalı bir yük dağılım gösterir. Bu esnada kompresif güçler, femurun distal kondiler yüzlerinden dağılırken, tibia plato yüzleri tarafından da desteklenir. Bu mekanizma femurun distal kemik yapısından kaynaklanır [65].