KALÇA EKLEMĠ BĠYOMEKANĠĞĠ

Kalça biyomekaniği, kalçanın mekanik yapısı ve bozukluklarının mekanik bilimin kuralları içerisinde incelenmesidir (18). Kalçanın biyomekaniği araĢtırılırken, bir bütün olarak kalça eklemi inceleneceği gibi, bu bütünü oluĢturan kıkırdak, spongiöz ve kortikal kemik, bağ ve kapsül gibi elemanların mekanik özelliklerinin ayrı ayrı ve birlikte değerlendirilmesi gerekir. Çünkü bu dokuların tek tek biyomekanik özellikleri ile femur üst ucu veya asetabulum gibi bir ünitede birlikte bulunmaları halinde gösterdikleri biyomekanik özellikler birbirinden farklıdır (19).

Kalça biyomekaniği iki fazda incelenir (19, 20).

1) Her iki ayak yere basarken, ayakta durma pozisyonunda (Statik denge) (ġekil 15)

2) Tek ayak üzerinde duruĢ pozisyonunda, yürüyüĢün stans fazında, yere temas pozisyonunda (dinamik denge) (ġekil 15)

27

ġekil 15: Kalça eklemini etkileyen kuvvetler A: Statik denge B: Dinamik denge (2)

Yürüme döngüsü sırasında bileĢke kuvvetleri femur baĢının anterosuperiorundaki küçük alana yoğunlaĢır. Döngünün değiĢik zamanlarında femur baĢının yük altında kaldığı anatomik bölgeler değiĢkenlik gösterir. Topuk yere değdiği anda anterosuperomedial, parmaklar yerden kaldırıldığı anda ise posterosuperolateral bölge yük altında kalır. Ayakta dururken statik konumda her iki kalçaya eĢit yük gelir. Yürümenin yaylanma fazında sol bacak yerden kaldırıldığında, sol tarafın ağırlığı da gövde ağırlığına eklenecek ve gövdenin ortasından geçen ağırlık merkezi (K) sola kayacaktır. Dengeyi sağlamak için abduktor kaslar pelvisi B noktasından aĢağı doğru çekerler (M). Sağ femur baĢına gelen yük bu iki kuvvetin toplamıdır (M+K=R). O noktası femur baĢının orta noktası olmak üzere kaldıraç kanununa göre pelvisin dengede kalabilmesi için OBxM=OCxK olmalıdır (ġekil 15). OC uzunluğu OB uzunluğunun üç katı kabul edilse bile bir birim K kuvvetini dengelemek için üç birimlik M kuvvetine gereksinim vardır. R=M+K olduğundan bileĢke kuvvet dört birimdir (ġekil 15).

Yürüme sırasında pelvisin dengede tutulabilmesi için abduktor kaslar vücut

28

ağırlığının üç katı kadar bir kuvveti karĢılarlar ve bir kalçaya vücut ağırlığının dört katı kadar yük biner (2,22,23,24).

Proksimal femura yansıyan yükler kompresif ve tensil trabeküler yapı tarafından dağıtılır. Fizyolojik konumda kompresif kuvvetler femur boynunun inferiorunda yoğunlaĢırken, superiorda gerilme görülmez. Uygun olmayan durumlarda boynun superiorunda gerilme, inferiorunda kompresyon kuvvetleri artar (2). Ġntertrokanterik kırıkların etkilediği bölge kortikal ve sıkı spongiyoz kemikten oluĢur. Trabeküllerin karmaĢık mimarisi, kemik yapının Ģekli ve homojen olmayan dağılımı nedeniyle kırık hattı en az direnç gösteren yol boyunca ilerler. Kemik tarafından emilen enerji kırığın basit veya parçalı oluĢunu belirler.

Osteoporoz varlığında makaslama, kompresyon ve tensil kuvvetlerin yoğunlaĢtığı kalça bölgesinde, bu kuvvetleri emecek kemik doku azaldığı için parçalı kırık görülme ihtimali daha fazladır. Ġntertrokanterik kırıklar daha büyük zorlamalarla olduğundan femur boynu kırıklarına göre osteoporozun daha belirgin olduğu ileri yaĢlarda görülür (2,25). Kas kuvvetleri kalça ekleminin biyomekaniğinde önemli yer tutar. Yürürken veya ayakta dururken femur boynunda oluĢan makaslama kuvvetlerini gluteus medius karĢılar. Kas güçlerindeki göreceli azalma yorgunluk kırığına yatkınlık oluĢturur (25).

Trokanterik bölgeye yapıĢan değiĢik yönlerdeki kuvvetli kaslar nedeniyle bu bölge kırıkları deplase olmaya eğilimlidir (26,27) (ġekil 16). Osteoporoz nedeniyle oluĢan, medial desteğin kaybolduğu parçalı kırıklar, yapıĢan kuvvetli kasların kasılmasıyla çoğu kez stabil değillerdir (26,27).

29

ġekil 16: Deforme edici kas kuvvetleri. 1:BaĢ parçası 2: Diafiz 3:T.minör 4:T.majör (27)

Kalça eklemi yük taĢıyan bir bölgedir. Tek ayak üzerinde dururken aynı kalçaya etki eden yüklerin toplamı vücut ağırlğının üç katından fazladır.

Tırmanma, koĢma, atlama gibi hareketler sırasında bu yük 10 kata kadar çıkabilir (22,23,24,26,27). Bu etkiler altında intertrokanterik kırıklarda anatomik redüksiyonu sağlamak ve rijid tespit yöntemleri ile onu devam ettirmek zordur(26).

Kinematik Özellikler:

Femur baĢında iki farklı merkez vardır.

1. Rotasyon Merkezi

Rotasyon merkezi büyük trokanterin üstünden geçen çizginin femur baĢını kestiği noktadadır. Rotasyon merkezinin doğru yerde olması tam bir mekanik denge için gereklidir. Rotasyon merkezinin yer değiĢtirmesi sürtünme yan etkilerine yol açar. Ağrı olur, asetabulum yıpranır, baĢ yerinden çıkabilir (2,19,22,28,29).

2. Stres Merkezi

Hareketin herhangi bir anında en fazla stres altında olan noktadır. Stres merkeziküresel, normal bir kalçada hareketle bağlantılı olarak büyük bir alan içinde yer değiĢtirir. (2,23)

Sabit yük altında farklı oranda elastik modülü olan materyallerin kontraksiyonları da farklı olur. Elastik modül arttıkça kontraksiyon azalır (19).

30

Paslanmaz çeliğin elastik modülüsü 1000, kortikal kemiğinki 100 spongioz kemiğinki de 1 olursa, sabit yük altında çelik kortikal kemikten 10, spongioz kemikten 100 defa daha az kontrakte olacaktır. Hiçbir inorganik materyalin kemikle aynı elastik modülüteye sahip olamayacağı açıktır. Buradan yola çıkarak kemiğe uygulanan tüm implantların mikro boyutlarda da olsa hareketli olduğu anlaĢılabilir (19,30,31)

Biyomekanik denklemlere baĢka bir örnek de protez femur baĢının boyun uzunluğudur. Boyun uzunluğu arttıkça kuvvet kolu artacağından sapın dayandığı kalkar bölgesindeki kemik basıncı artar. Ancak bu durum dengeleyici abdüktör mekanizmanın zayıflaması ile daha da belirgin hale gelir (23,29).

Basıncın uygulandığı alan azaldıkça bölgedeki aĢındırıcı kuvvet de artar.

YaĢlı hastalarda kortikal kemik miktarındaki azalma ve dayanak korteksin incelmesi yüzey alanını azaltır, aĢınma hızlı ve kuvvetli olur (32). ĠĢte bu nedenle yaĢlı hastalarda aĢındırmayı azaltmak adına protez sement ile uygulanır. Sement protezin kemiğe olan temas yüzeyini arttırıp kuvveti dağıtmaktadır. Makaslama kuvvetleri ve hareketi 200 kat azaltmaktadır. Bu daha az aĢınma demektir (29,33,34,35,36).