Capitolul 1 Anatomie,fiziologie, Patologii Membru Inferior [303797]

Universitatea POLITEHNICA Timișoara

Facultatea de Mecanică

LUCRARE DE DIPLOMĂ

COORDONATOR: STUDENT: [anonimizat].dr.ing. TOTOREAN Alin Cimpoieș Carla Cristina

2020

Universitatea POLITEHNICA Timișoara

Facultatea de Mecanică

SPECIALIZAREA INGINERIE MEDICALĂ

EVALUAREA BIOMECANICĂ A UNUI PACIENT: [anonimizat]. STUDIU DE CAZ

COORDONATOR: STUDENT: [anonimizat].dr.ing. TOTOREAN Alin Cimpoieș Carla Cristina

2020

Capitolul 1. [anonimizat], patologie la nivelul membrului inferior

Studiul anatomiei și fiziologiei membrului inferior

Scheletul uman natural e alcătuit din diferite oase legate între ele prin intermediul articulațiilor și ligamentelor. [anonimizat], 208 oase la adult și se împarte într-o porțiune axială și una apendiculară. Craniul, [anonimizat], în timp ce porțiunea apendiculară e reprezentată de scheletul membrelor superioare respectiv inferioare.

Sistemul osos al membrului inferior

Membrul inferior/ membrul pelvin (Membrum inferius) reprezintă o regiune anatomică ce se găsește în partea inferioară a trunchiului, servind, [anonimizat] . (Tabel 1.1)

Membrul inferior e alcătuit din oase ce se divid în două mari categorii:

centura membrului inferior: [anonimizat] (Fig.1.1-a);

scheletul membrului inferior liber: femurul (la coapsă), patela (rotula), tibia și fibula (la gambă) (Fig.1.1 – b) [anonimizat] (la picior) și oasele degetelor (tarsiene, metatarsiene) (Fig.1.1 – c).

[anonimizat]. Acesta se compune din (Fig.1.2):

2 epifize (în regiunea proximală și distală),

o diafiză (regiunea centrală),

2 metafize (între epifize și diafiză).

[anonimizat]. Zonele de interes ale femurului sunt reprezentate de corpul femural și cele două epifize.

[anonimizat] 3 fețe și 3 margini și cu o concavitate posterioară. (Tabel 1.1) Structura internă a femurului e [anonimizat], față de diafiză formată din țesut osos compact. [anonimizat], se găsește canalul medular, o cavitate cilindrică ce găzduiește măduva osoasă. Pereții canalului au o grosime de 4-5 mm, ajungând la 9-10 mm la nivelul liniei aspre. În partea inferioară a femurului se găsesc doi condili: condilul intern respectiv extern. [anonimizat]. Articularea cu oasele gambei se realizează prin intermediul suprafețelor condililor.

[anonimizat]: [anonimizat], trohanterul mare și trohanterul mic.

Capul femural ( de formă sferică) se articulează cu zona acetabulară formând articulația șoldului.

Colul femural unește capul femurului cu restul osului.

Marele trohanter continuă în sus corpul femural, fiind o proeminență cu formă patrulateră.

Micul trohanter reprezintă inserția mușchiului iliopsoas.

La nivel inferior, epifiza conține cei doi condili: medial și lateral. Cel medial coboară mai jos și e mai îngust față de cel lateral. Aceștia prezintă trei fețe: cutanată, intercondiliană și articulară. Pe toată suprafața lor sunt acoperiți de un strat gros de 2-3 mm cu un cartilaj hialin. De-a lungul feței patelare (intercondiliană) alunecă patela.

Patela se regăsește și sub numele de rotulă (Fig.1.3) și e localizată între femur și tibie-fibulă, în porțiunea anterioară a genunchiului. Este un os nepereche, scurt. Are formă de triunghi, orientată cu baza în sus și vârful în jos, care dă inserție ligamentului rotulian. E situată în tendonul mușchiului cvadriceps. Prezintă 2 fețe și 2 margini. (Tabel 1.1)

Tibia și fibula (Fig.1.4 ) sunt două oase lungi. Acestea alcătuiesc scheletul gambei. Atât tibia cât și fibula prezintă caracteristicile de bază ale oaselor lungi, și anume sunt alcătuite din 2 epifize, o diafiză, respectiv 2 metafize. Acestea sunt oase pereche, cu orientare vertical.

Corpul tibiei e în formă de S, având două curburi: superioară (convexă medial) și inferioară (concavă medial). Tibia prezintă 3 fețe și 3 margini. (Tabel 1). E mai pronunțată în regiunea inferioară a marginii mediale.

Fibula e un os lung, pereche. Face parte din categoria oaselor subțiri. Aceasta prezintă 3 fețe și 3 margini, precum și 2 extremități. (Tabel 1.1).

Oasele piciorului (Fig.1.5) sunt cele mai numeroase din întreg scheletul membrului inferior. Piciorul conține 26 de oase, cuprinzând: tarsul (7 oase), corespunzător zonei călcâiului, metatarsul (5 oase) și falangele (14 oase) (oasele degetelor). Degetul mare al piciorului poartă numele și de haluce. (Tabel 1.1).

Musculatura membrului inferior

Activitatea membrului inferior e susținută de musculatura acestuia. Sistemul muscular al membrului inferior e compus din mușchii șoldului, coapsei, gambei și mușchii piciorului, în funcție de topografie.

Mușchii șoldului sunt reprezentați de mușchii gluteali, alcătuind musculatura feselor: mare, mijlociu și mic. (Fig.1.6)

La nivelul coapsei (fig.1.7), mușchii sunt grupați în loja anteromedială, loja posterioară, respectiv laterală. Din loja anterioară fac parte mușchiul croitor (cel mai lung mușchi din corpul uman) și mușchiul cvadriceps, așezat topografic sub mușchiul croitor. La nivelul lojei mediale se regăsesc cei 3 mușchi adductori – marele adductor, adductorul scurt și adductorul lung- și mușchiul drept medial. La nivelul lojei posterioare se întâlnesc mușchii biceps femural, semitendinos și semimembranos.

Musculatura gambei (fig. 1.8) e formată din:

– mușchiul tibial anterior și mușchii extensori ai degetelor – în partea anterioară;

– mușchii peronieri scurt și lung – în partea laterală;

– mușchiul gastrocnemian și mușchiul solear care împreună formează tricepsul sural (plan superficial), respectiv mușchiul tibial posterior și mușchii flexori ai degetelor – în partea posterioară.

Piciorul (Fig. 1.9) prezintă în structura sa musculară mușchii flexori și extensori ai degetelor care sunt dispuși atât pe fața plantară cât și și pe cea dorsală.

Fiziologia și biomecanica membrului inferior

Mișcările sunt descrise plecând dintr-o poziție de echilibru, numită poziție anatomică, în care corpul este în ortostatism, cu membrele inferioare lipite, paralele și membrele superioare de-a lungul corpului, palmele privind în afară. (Fig. 1.10)

La nivelul aparatului locomotor se disting mai multe tipuri de mișcări printre care: flexia, extensia, abducția, adducția, rotația internă și rotația externă. (Fig. 1.11, Fig. 1.12)

Flexia reprezintă o mișcare prin intermediul căreia 2 segmente anatomice legate printr-o articulație se apropie, micșorând astfel unghiul dintre ele.

Extensia este mișcarea opusă flexiei. Unghiul dintre elemente se mărește, tinde spre 180°, iar segmentele se îndepărtează.

Adbucția reprezintă mișcarea de îndepartare a unui membru sau a unui segment anatomic de corp sau de axa sa longitudinală.

Adducția este mișcarea inversă abducției. Prin aceasta membrul sau segmentul se apropie de trunchi sau de axa longitudinală.

Rotația internă sau medială reprezintă mișcarea de rotație a unui membru sau segment înspre corp în jurul axei longitudinale.

Rotația externă sau laterală este inversă rotației interne și se realizează înspre în afară în jurul axei longitudinale.

Solicitările ce apar la nivelul femurului duc la comprimarea acestuia între două cavități: zona cotiloidă a bazinului și zona platourilor tibiale. Linia care unește centrul capului femural (din articulația coxofemurală) cu centrul genunchiului reprezintă linia de acțiune a solicitării la compresiune și poartă numele de axă mecanică. La o încărcare excentrică a femurului acesta e supus unor solicitări atât de compresiune cât și de încovoiere. La nivelul colului femural se transmit solicitări puternice în timpul mersului. Acesta rezistă solicitărilor datorită formei și structurii sale, astfel că acesta formează un unghi de 125-130° cu diafiza.

Datorită faptului că unul dintre condili (cel medial) coboară mai jos decât celălalt, se formează un unghi obtuz (170-175°) cu deschidere laterală între coapsă și gambă. Acest unghi e mai accentuat la femei față de bărbați. Există anumite excepții în care condilul medial coboară mult prea mult rezultând o deformare denumită Genu Valgum caracterizată de următoarele:

femurul cu oblicitate mai mare;

genunchi cu proiecție medială;

unghi lateral sub 145°.

Atunci când unghiul dintre coapsă și gambă este deschis medial, situație inversă primei excepții, deformarea poartă numele de Genu Varum.

Rotula e instabilă, mai ales lateral, deoarece tendonul cvadricepsului (prin contracția mușchiului cvadriceps) realizează o tracțiune în axul diafizei femurului (în sus, oblică) în timp ce axul regiunii femurale pe care se aplică rotula e vertical. În extensie activă și în flexie ușoară, când patela are un contact mai slab, instabilitatea e maximă atunci când tibia este în rotație externă. Instabilitatea se accentuează deoarece în acest caz și tendonul rotulian devine în egală măsură oblic spre exterior. Lateral rotula este stabilizată în principal prin acțiunea mușchiului vast medial, fiind ghidată de acesta spre interior. Se observă astfel că articulația genunchiului este expusă unor forțe puternice, în deosebi de partea externă. Aceasta explică apariția artrozelor femurorotuliene ce pot împiedica alunecarea corespunzătoare a rotulei precum și extensia activă a genunchiului.

Articulația genunchiului (femuro-patelo-tibială) are un rol important atât în ortostatism cât și locomoție și susținerea greutății. Greutatea corpului e susținută în poziție de stabilizare (în extensia genunchiului), dar și în anumite grade de flexie. Această articulație are un singur grad de libertate, adică permite o singură mișcare ( aceasta fiind în plan sagital), și anume mișcarea de flexie-extensie. Cu o amplitudine mult mai redusă, se pot produce și o serie de mișcări secundare: rotație medială, rotație laterală, respectiv înclinare marginală, medială și laterală.

În ceea ce privește flexia la nivelul articulației femuro-patelo-tibială, aceasta poate fi activă sau pasivă. Pornind din extensia completă a genunchiului, dacă șoldul e în extensie, flexia activă ajunge la 120°, iar dacă șoldul e flexat până la 140°. În mod pasiv, flexia gambei poate atinge 160°. Până la unghiul de 70°, mișcările nu se combină cu alte tipuri de mișcări, iar peste amplitudinea de 70° acestea se pot combina cu mișcări de rotație internă a gambei.

Extensia se realizează în jurul axului transversal. Realizată în articulația menisco-tibială, aceasta poate atinge maximul la 180°.

Mișcările de rotație (laterală, medială) au o amplitudine mică la nivelul articulației genunchiului. Acestea sunt doar asociate principalelor mișcări (flexie – extensie). Executarea lor are loc în jurul unui ax vertical, ce trece prin centrul zonei intercondiliene tibiale. Astfel, flexiei i se asociază rotația internă, în timp ce extensiei îi corespunde rotația externă. O extensie de 180° e posibilă numai însoțită de rotația tibiei cu 2° până la 5° extern.

La nivelul articulației gleznei, biomecanica acesteia e una complexă. Între suprafețele tibiei și fibulei și suprafața superioară a talusului au loc mișcări în toate cele 3 plane anatomice:

plan frontal: inversia și eversia

plan sagital: dorsiflexie și flexie plantară

plan transversal: abducție și adducție.

Din punct de vedere al terminologiei, mișcările din planul transversal sunt denumite ca rotație internă și rotație externă, conform Societății Internaționale de Biomecanică.

Tot la nivelul articulației gleznei se intâlnesc și mișcările compuse, în toate cele 3 plane:

pronația = dorsiflexie + eversie + abducție

supinația = flexie plantară + inversie + adducție (Fig. 1.17)

dorsiflexia (Fig. 1.14) se caracterizează prin apropierea feței dorsale a picorului de gambă. Această mișcare are o amplitudine normală cuprinsă între 10° si 20°.

Flexia plantară (Fig. 1.14) este opusul dorsiflexiei și anume mișcarea prin care fața dorsală a piciorului se departează de gambă. O flexie plantară normală e cuprinsă între 25° și 35°.

Rotația externă sau adducția (Fig. 1.16) reprezintă rotirea piciorului în plan transversal spre exterior (în lateral). Intervalul normal e cuprins între 8° și 10°.

Rotația internă sau abducția (Fig. 1.16) , opusă rotației externe, reprezintă rotirea piciorului în plan transversal spre interior (medial), având un interval normal între 16° și 20°.

Eversia (Fig. 1.15) este acea mișcare prin care piciorul se îndepartează de planul sagital al corpului, fiind o rotație negativă, cu un interval normal cuprins între 25° -30°.

Inversia (Fig. 1.15) e opusul eversie, adică piciorul se apropie de planul sagital (rotație pozitivă) cu o valoare a unghiului cuprinsă între 35°- 45°.

1.2. Patologii asociate membrului inferior

Membrul inferior este un segment anatomic extrem de important atât pentru susținerea greutății și a posturii corpului cât și pentru deplasare. Este însă bine cunoscut faptul că la acest nivel apar diverse afecțiuni sau traumatisme care impiedică îndeplinirea funcțiilor sale. Aceste afecțiuni la nivelul membrului inferior fac parte din cadrul patologiilor osteoarticulare. Acestea, la rândul lor, se pot separa în patologii osteologice respectiv articulare.

1.2.1. Patologiile osteologice

Bolile oaselor sunt acele patologii care afectează scheletul determinând creșterea fragilității acestora și predispoziția către fracturi.

Osteopenia e definită ca scăderea densității osoase sub nivelul normal, însă nu atât de mult pentru a fi clasificată ca osteoporoză, persoanele cu osteopenie având risc de fractură mult mai redus față de cele cu osteoporoză. Principalii factori care favorizează apariția osteopeniei sunt cantitățile insuficiente de estrogen și creșterea activității osteoclastelor, celule ce determină distrugerea osului.

Osteoporoza (Fig. 1.18) este o boală a sistemului osos în care oasele își pierd densitatea și devin mai slabe, mai fragile și mult mai predispuse la fracturi. Această patologie afectează totalitatea oaselor corpului, dar cu precădere oasele șoldului, coloanei vertebrale sau ale articulațiilor. Un stil de viață dezechilibrat, consumul ridicat de alcool, fumatul, o dietă săracă în Ca și vitamina D precum și sedentarismul sunt, de asemenea, factorii favorizanți ai osteoporozei. Acest diagnostic  este pus pe baza unui examen DEXA, prin intermediul căruia se stabilește densitatea osoasă.

Boala Paget (Fig. 1.19) reprezintă o boală cronică a scheletului ce se caracterizează printr-o structură osoasă anormală localizată/generalizată, ce se manifestă prin durere și deformare osoasă ce duce la rezistență osoasă scazută și fracturi spontane pe os patologic sau fracturi survenite în urma unor traumatisme mici.

Displazia fibroasă e o afecțiune cronică caracterizată prin activitatea unor celule care încep să formeze un tip anormal de țesut fibros. În timp, acest țesut fibros slăbește osul normal, provocând durere, deformare sau fracturare.

Osteogeneza imperfectă  e cunoscută sub denumirea de boala oaselor fragile. Această patologie are cauză genetică, organismul fiind incapabil de a întări oasele. Prin urmare, oasele se rup ușor fără o cauză anume.

Traumatismele desemnează avarierea organismului din cauza unui eveniment extern, cum ar fi cel al unei coliziuni. Rănirile apărute în urma unui traumatism sunt foarte frecvente, în special în cazul unui accident de mașină sau al căderii de la înălțime, și pot cauza deteriorări atât ale oaselor, cât și ale țesuturilor moi. În cazul membrelor, acestea pot să fi deplasate forțat într-o poziție nefirească sau pot fi deformate/deteriorate din cauza accidentului, caz în care este vorba despre fracturi ale oaselor. În ceea ce privește membrul inferior, există risc de fractură atât la oasele lungi ale membrului inferior (femur, tibie, fibulă) cât și la oasele scurte ale piciorului.

Fracturile (Fig. 1.20) constau în întreruperea continuității osului. Acestea se clasifică după mai multe criterii:

În funcție de agentul traumatizant :

– fracturi directe: în care agentul traumatizant acționează la locul de producere a fracturii (de obicei fracturi transversale);

– fracturi indirecte: fractura apare la o anumită distanță față de locul de acțiune al agentului vulnerant (fracturi produse prin flexie, extensie forțată, compresiune sau torsiune).

În funcție de lezarea învelișului cutanat:

– fracturi închise – cu păstrarea integrității învelișului cutanat, tegumentele din jurul focarului de fractură fiind intacte ;

– fracturi deschise – cu plagă tegumentară, în care agentul traumatizant acționează la locul de producere a fracturii (cel mai adesea sunt fracturi transversale).

În funcție de traiectul fracturii:

– transversală;

– lineară ;

– oblică, ce poate fi:

simplă;

cu deplasare;

spiroidă (produsă printr-un mecanism indirect de torsiune);

– fractură segmentară (3 fragmente);

– cominutivă (plurifragmentară), dacă fractura are mai mult de 3 fragmente.

În funcție de posibilitățile de deplasare ulterioară a fragmentelor fracturate:

– fracturi stabile – sunt fracturile care după imobilizare nu mai prezintă risc de deplasare;

– fracturi instabile – sunt acele fracturi care prezintă un risc important de deplasare secundară.

În funcție de structura osului fracturat:

– fractură pe os sănătos;

– fractură pe os patologic (ex. Osteoporoză).

În ceea ce privește simptomele și semnele de apariție ale unei fracturi, acestea depind atât de vârsta pacientului și starea sa generală precum și de severitatea traumei. În producerea fracturilor intervin doi factori foarte importanți:

rezistența osoasă;

energia de impact.

Patologiile asociate, cum ar fi: osteoporoza, infectiile, tumorile, pot determina o scădere a rezistenței osoase, fiind necesară o energie de impact mult mai mică pentru producerea fracturilor. Fracturile de stres apărute la sportivii de performanță necesită evenimente tip traumă repetitive, de intensitate mică, care slăbesc rezistența osului și conduc la apariția fracturii.

1.2.2. Patologiile articulare

Articulațiile au un rol esențial în poziția ortostatică și în locomoție. Prin intermediul lor, sistemul locomotor își îndeplinește funcțiile de bază, asigurând atât sprijinul, cât și mobilitatea. La nivelul articular pot apărea însă o serie de patologii. Din spectrul patologiilor articulare fac parte bolile reumatice. Acestea sunt afecțiuni dureroase, însoțite cel mai adesea de inflamație și tumefiere. Unele boli reumatice sunt rezultatul uzurii articulațiilor (osteoartrita). Altele, precum artrita reumatoidă, apar atunci când sistemul imunitar devine hiperactiv și atacă articulația, cauzând dureri, inflamație și deteriorare ireversibilă.

Una din cele mai frecvente patologii articulare este artroza, patologie cauzată de uzura excesivă a articulației, datorate unei suprasolicitări a acesteia.

La nivelul membrului inferior, în funcție de localizare, întâlnim două tipuri de artroză: coxartroza, la nivelul articulație coxofemurală și gonartroza, la nivelul articulației genunchiului.

În cazul coxartrozei (Fig. 1.21), articulatia se distruge treptat, din ce în ce mai mult, formându-se depuneri osoase de-a lungul marginilor, particulele de abraziune provocând dureri repetate. Rezultatul pierderii cartilajului este obținerea unei rigidități mărite a articulației. Degradarea este lentă, progresiv ireversibilă la nivelul cartilajului articular al șoldului. Astfel, în ceea ce priveste functionarea mecanică, aceasta va fi diminuată gradual până la distrugerea completă a articulației.

Cea mai mare și mai importantă articulație a membrului inferior se află la nivelul genunchiului, aceasta fiind foarte solicitată. Artroza apărută la nivelul acestei articulații se găsește sub denumirea de gonartroză (Fig. 1.22). Boala se constituie în timp îndelungat, fiind o consecință a uzurii cartilajelor care își pierd progresiv și ireversibil elasticitatea și rezistența la șocurile mecanice din timpul mersului. La început e localizată la nivelul compartimentului femuro-patelar, dar va difuza cu timpul la întreaga articulație. Cartilajul hialin din cadrul acestei articulații este compus din 95% apă și matrice cartilaginoasă extracelulară și 5% condrocite. În timpul unei funcționări normale, când asupra sa se exercită o forță de presiune, cartilajul hialin eliberează apa pe care o conține în spațiul intraarticular, iar când acea presiune încetează, cartilajul hialin reabsoarbe apa pe care acesta a eliberat-o, se rehidratează și absoarbe substanțele nutritive necesare. În timpul unei funcționări inadecvate, când articulația este supusă la eforturi mari (supraponderea, obezitatea, traumatismele) încep procesele de degradare. Se ajunge ca la nivelul cartilajulul să apară în final discontinuități, eroziuni, neregularități pe suprafață, care vor avansa continuu și vor conduce la pierderea completă a cartilajului. Tratamentul gonartrozei este unul complex, însă dacă articulația e supusă continuu la stres semnificativ se va recurge la intervenție chirurgicală cu protezarea articulației genunchiului.

1.3. Metode de investigare

În cazul patologiilor membrului inferior, fie de natură osoasă, fie de natură articulară, se aplică diverse metode de a investiga respectiva patologie, în funcție de necesitățile pacientului, de stadiul de gravitate a problemei, dar și de natura patologiei. Dezvolatarea considerabilă a aparaturii madicale destinate imagisticii a permis o lărgire a sferei radiologiei clasice, adăugând succesiv: ultrasonografia, metoda Doppler, CT, RMN/IRM, SPET, PET, radiografia digitalizată precum și radiologia intervențională. Examinarea radiografică este utilizată în cazul patologiilor membrului inferior pentru stabilirea unui diagnostic cât mai corect.

1.3.1. Radiografia clasică- Aparatul Roentgen

Metoda tradițională de investigare radiologică este realizată cu ajutorul aparatului Roentgen. Acesta utilizează razele X. Razele X utilizate în medicină au o lungime de undă cuprinză între 0,06 și 8 Å (unde, ). Având lungimi de undă foarte mici, razele X câștigă cea mai importantă proprietate, absolut necesară formării imaginilor radiologice, și anume penetrabilitatea mare. Aparatul Roentgen este compus din: tubul emițător de raze X, transformatoare (adaptează diferența de potențial al curentului electric alternativ) , chenotroane (-ventile, supape- previn trecerea curentului în sens invers), ecran (partea aparatului unde se formează imaginile radiografice), masă de comandă (prevazută cu voltmetru și ampermetru; cu rol în reglarea intensității radiației X), stativ (masă verticală ce conține ecranul și diverse accesorii;poate fi prevăzut cu camera de fotografiat), cabluri (fac legătura între transformator și tubul radiologic) etc. Pentru a putea produce radiații X folositoare pentru a obține imagini medicale, sursa acestora trebuie să îndeplinească următoarele criterii:

Să poată produce o cantitate suficientă de radiație într-un interval de timp scurt;

Să permită utilizatorului modificarea energiei radieției;

Să producă raze X într-o manieră reproductibilă;

Să îndeplinească standardele de securitate și economice impuse.

Razele X sunt produse în tuburi speciale (Fig. 1.23), fiind rezultatul interacțiunii dintre electronii accelerați și o țintă. În interiorul tubului există un filament încălzit de un curent electric, acesta având ca scop producerea de electroni (curentul de tub). Aceștia sunt respinși de catod și accelerați spre anod (ținta cu sarcină pozitivă). În momentul în care electronii lovesc ținta se produc raxele X. Acestea sunt restricționate de colimatoare pentru a forma un fascicul util.

În urma unui examen radiologic clasic se pot investiga atât fracturile cât și artrozele, întrucât se poate determina cât de apropiate sunt epifizele într-o articulație sau dacă acestea sunt în contact. Imaginea radiologică se formează având la bază proprietățile razelor X de propagare în linie dreaptă, de pătrundere și absorbție de către organe și țesuturi, de producere a luminescenței ecranului fluorescent sau fosforescent, de impresionare filmul radiografic. Un lucru important e faptul că la filmul radiografic reprezentarea este inversă celei de pe ecran și anume zonele luminoase apar negre (radiotransparente), iar zonele întunecate albe (radioopace). În ceea ce privește forma și poziția unor segmente anatomice normale și patologice, pentru a obține date cât mai apropiate de realitate, se efectuează două radiografii în incidențe perpendiculare una pe alta, față și profil. (Fig. 1.24, Fig. 1.25)

Fiind o metodă ce utilizează radiația X, dăunătoare organismului în cantități mari, dar prezentând totodată interes din punct de vedere imagistic, radiografia clasică prezintă o serie de avantaje și dezavantaje. (Tabel 1.2)

1.3.2. Imagistică prin Rezonanță Magnetică

O altă metodă de investigare imagistică o reprezintă RMN-ul (Rezonanță Magnetică Nucleară), denumită și IRM (Imagistică prin Rezonanță Magnetică). Această metodă este neirandiantă și neinvazivă și permite vizualizarea multiplanară a organelor și țesuturilor corpului uman, asigurând un contrast excelent între diferitele tipuri de țesuturi.

Această metodă se realizează în cel puțin 3 planuri (Fig. 1.27) și are la bază mișcarea de spin, fenomen de rotație al protonilor în jurul propriei axe. (Fig. 1.26) În repaus, protonii au mișcări orientate anarhic, însă în momentul în care aceștia sunt supuși unui câmp magnetic extern, de intensitate mare, ei se orientează și se aliniază, având axul paralel sau antiparalel cu direcția câmpului. Dacă asupra protonilor va acționa un alt câmp extern, aceștia își vor pierde alinierea și orientarea pentru că tind să ajungă în poziția lor de echilibru. Astfel, protonii vor avea o stare de oscilație, o mișcare de rotație (asemenea unui titirez) pe parcursul căreia vor emite semnalul de rezonanță care va fi detectat de bobinele aparatului.

În ceea ce privește vizibilitatea, cel mai bun semnal recepționat este cel din zona cu cel mai mare număr de protoni, adică din zonele bogate în atomi de H legați de apă sau grăsimi. Astfel, aceste zone dense în protoni vor apărea albe, în timp ce zonele sărace în H vor avea diverse nuanțe de gri. Fluidele aflate în mișcare vor transmite semnale foarte slabe datorită mișcărilor protonilor. Plamânul, fiind plin cu aer, va fi redat în negru la fel ca osul, care conține doar 15% apă, acestea fiind câteva exemple, în funcție de secvențele utilizate, fiecare zonă anatomică având variabilitate diferită.

La nivelul sistemului musculo-scheletal, examinarea RMN este foarte utilă în descrierea articulațiilor (Fig 1.27) Această procedură oferă detalii legate de mușchi, tendoane, ligamente, cartilaje de la nivelul articulațiilor. RMN-ul se poate realiza cu sau fără substanță de contranst injectată venos sau intraarticular, substața de contrast folosindu-se în cazul suspectării infecțiilor, inflamațiilor (ex: artrita inflamatorie), tumorilor. Procedura se realizează pentru a evidenția starea meniscului, a cartilajelor distruse dar și în cazul fracturilor osoase, când radiografia nu e concludentă. RMN-ul s-a dovedit foarte util în depistarea artrozei (coxartroză, gonartroză), oferind informații suplimentare despre țesuturi. Achiziția de imagini se poate face în orice plan.

Fiind implicat un câmp magnetic de intensitate mare, această metodă imagistică prezintă o serie de contraindicații (Tabel 1.3) pe care atât medicii cât și pacienții trebuie să le aibă în vedere.

1.3.3. Imagistica prin tomografie computerizată

O altă metodă de evaluare a osului, a fracturilor și a altor patologii este Tomografia Computerizată (CT). Aceasta permite o vizualizare superioară a contrastului și a secțiunilor anatomice, avantaje inaccesibile radiografiei clasice.

La baza funcționării CT-ului stă principiul detecției radiațiilor X prin intermediul detectoarelor de radiație. Acestea execută o mișcare (translație și rotație) sincronă cu fasciculul de radiație, în părți opuse ale pacientului. Ultima generație de scannere prezintă un șir circular fix de detectoare (minim 600 detectoare) și un tub care execută mișcare de rotație. În calea razelor spre detectoare se găsește zona ce se dorește a fi examinată. Acea zonă prezintă diferite tipuri de țesut, de grosimi și densități diferite. Fiecare țesut, în funcție de compoziția și densitatea sa, are atribuit un coeficient de atenuare care influențează cantitatea de radiație ce ajunge la detectoare. Imaginile CT vor fi obținute numai de la razele X perpendiculare pe detectoare, având diverse nuanțe de gri ce corespund coeficienților de atenuare. Imaginile vor fi constituite din puncte întunecate, la nivelul structurilor radiotransparente și puncte mai luminoase corespunzătoare structurilor radioopace.

Pe parcursul examinării, pacientul va fi deplasat continuu prin gantry, iar fasciculul va descrie o traiectorie spirală. (Fig. 1.28) Pentru o mai bună vizualizare în diferse spații anatomice se poate administra substanță de contrast. Seturile de măsurători se transmit unui calculator prevăzut cu un software de reconstrucție. Imaginile sunt achiziționate ca o succesiune de plane paralele care pot fi interpretate împreună sub forma unei distribuții tridimensionale, achizițiile făcându-se în secțiuni axale ale pacinetului.

La nivelul sistemului musculo-scheletal și articular cu ajutorul CT-ului se pot vizualiza fracturile complexe, dislocațiile, leziunile ligamentelor precum și alte patologii specifice articulațiilor. Având o rezoluție ce se poate seta în funcție de echipament și capacitatea de reconstrucție 3D, inclusiv atribuire de culori, pot fi detectate și cele mai mici fisuri. (Fig. 1.29)

1.4. Metode de tratament

De-a lungul vieții, aparatul locomotor se confruntă cu numeroase afecțiuni din speța patologiilor congenitale și dobândite, de natură traumatică și netraumatică, afecțiuni care au nevoie de depistare, diagnostic, tratament și recuperare de o acuratețe înaltă. Astfel, vorbind despre aparatul locomotor, mai exact de tratamentul și recuperarea membrului inferior, accentul se pune pe: metodele de combatere a durerii, tehnici de recuperare a fracturilor, reabilitarea daunelor create de patologiile articulare (ex: artroze), tehnicile de relaxare și recuperarea tonusului muscular, redarea mobilității articulare. În funcție de gravitatea problemei, medicul specialist stabilește planul de tratament corespunzător fiecărui pacient în parte. În cazul în care tratamentele nechirurgicale sau minim invazive nu sunt eficace pentru tratarea afecțiunilor, se recurge la tratamentul chirurgical, medicul alegând metoda optimă și specifică afecțiunii.

1.4.1. Tehnica de protezare a genunchiului

În cazul gonartrozei (artroza localizată la nivelul articulației genunchiului), boala debutează cu uzura cartilajului articular care are ca rezultat anomalii în creșterea țesutului din articulație, rezultând deformarea acesteia. Odată cu aceste degenerări, cartilajul nu își va mai putea îndeplini funcțiile, își va pierde elasticitatea și se va deteriora. În momentul în care deteriorarea este considerabilă, apare durerea, ceea ce determină pacientul să reducă mișcarea, până la imobilizarea completă a articulației. Dacă tratamentul medicamentos oferit de medic nu dă rezultate și nu aduce o îmbunătățire considerabilă, se va recurge la tratamentul chirurgical. Acesta constă în protezarea genunchiului.

Protezele de genunchi se disting prin particularitățile parametrilor lor. Există astfel proteze parțiale de genunchi sau unicompartimentale și proteze totale sau tricompartimentale. În cazul protezelor parțiale se înlocuiește numai segmentul articular afectat de artroză, cu condiția ca ligamentele încrucișate să fie intacte și să nu existe riscul de extindere a artrozei. Protezele totale sunt cele mai folosite proteze de genunchi, acestea putând trata o paletă largă de afecțiuni ale genunchiului. În acest caz articulația genunchiului e înlocuită complet. (Fig. 1.30)

O înlocuire totală a genunchiului, numită artroplastie totală a genunchiului este o intervenție chirurgicală care înlocuiește articulația gonartrozică cu o piesă de schimb artificială din metal și plastic numită generic “proteză”. Înlocuirea tipică a articulației genunchiului constă în suplinirea capetelor femurului cu o componentă femurală metalică, iar tibia cu o componentă tibială metalică. Între acestea este introdusă o inserție de polimer ultrarezistent care prezintă un pinten care are rolul de a împiedica luxația la îndoirea genunchiului (preia rolul ligamentelor încrucișate posterior, înlăturate chirurgical). (Fig. 1.31)

Protezele de genunchi pot fi de două tipuri și anume: blocate (stabilizate complet) și neblocate (nestabilizate). Protezele blocate permit o singură mișcare (doar în plan sagital), iar cele neblocate lasă genunchiului libertate totală de mișcare (cazul în care ligamentele încrucișate posterior sunt păstrate). Biomecanica le deosebește, protezele blocate având tijele de inserție în canalul medular zăvorâte cu șuruburi transversale. În acest caz, mersul va avea aspect nenatural. Protezele neblocate pot fi cimentate sau necimentate. Ambele tipuri de proteze pot fi fixe sau mobile. Protezele fixe au inserția de polietilenă atașată rigid de componenta tibială, iar cele mobile permit microrotații pe platoul tibial.

În timpul ciclului de mers, proteza articulației genunchiului (Fig. 1.32) este supusă încărcării și obosealii, iar inserția de plastic are rolul de a reduce tensiunile și de a favoriza alunecarea între componenta femurală și cea tibială. Materialul din care e realizată componenta de inserție e de cele mai multe ori Polietilena, aceasta având proprietăți mecanice ridicate: rezistență la șoc, rezistență la impact, rezistență la uzură. Pentru componentele femurală și tibială sunt utilizate diverse combinații de materiale, aliaje de Titan, oțel inoxidabil, aliaj de Cobalt, Crom și Molibden ( ex.: Ti6Al4V, CoCrMo, 316L). Aceste materiale sunt alese cu grijă, fiind rezistente fenomenelor de oboseală și uzură și oferind speranță mare de viață protezei.

Tehnica de implantare prezintă mai mulți pași succesivi. După o poziționare corectă a pacientului și pregătirea instrumentarului, operația debutează printr-o incizie de aproximativ 15-20 cm în zona anterioară a genunchiului. (Fig. 1.33) Patela va fi luxată lateral pentru o expunere bună a articulației.

În pasul următor se va utiliza un motor cu lama oscilantă cu ajutorul căruia va fi tăiată fața articulară a genunchiului după forma componentei ce va fi implantată. (Fig. 1.34-a) Se va cimenta componenta femurală (Fig. 1.34-b), urmând rezecarea platoului tibial în același mod (Fig. 1.34-c), iar apoi cimentarea componentei tibiale (Fig. 1.34-d).

Se va poziționa componenta polietilenică pe componenta tibială și se verifică funcționalitatea montajului. (Fig. 1.35)

Postoperator, pentru o perioadă de 3-5 zile, pacientul va fi imobilizat la pat, iar ulterior acestei scurte perioade se recomandă începerea recuperării medicale, ce contă în kinetoterapie prin contracții izometrice ale musculaturii coapsei pentru o redare rapidă și sigură a flexiei și exensiei.

1.4.2. Reducerea fracturilor la nivelul tibiei

Sub presiunea unor numeroși factori, fracturile reprezintă o adevărată provocare pentru chirurgii ortopezi. Deoarece aparatul locomotor suportă încărcări și forțe mari, fracturile sunt instabile, acestea instalându-se fie pe oasele osteoporotice, patologice, fie în zonele cu tensiuni musculare importante. În cazul traumatismelor, fracturile se datorează forțelor exterioare, accidentele fiind una din cele mai întâlnite cazuri de întrerupere a continuității unui os. În cazul traumatismelor și suprasolicitărilor, cel mai frecvent os lung fracturat e reprezentat de tibie, al doilea cel mai lung os din organismul uman. Astfel, reducerea fracturilor tibiale se realizează chirurgical.

Intervenția chirurgicală de reducere a fracturilor la nivel tibial se realizează:

în cazul fracturilor de platou tibial:

fracturi deschise;

fracturi asociate cu un sindrom de compartiment;

fracturi asociate cu o leziune vasculară.

În cazul fracturilor de diafiză tibială:

Fracturi instabile;

Fracturi deschise.

În cazul fracturilor de pilon tibial:

Fracturi cu deplasare, fără a fi cominutivă;

Fracturi cominutive.

În cazul fracturilor de maleolă tibială:

Fracturi cu deplasare.

Una din procedurile chirurgicale efectuate în cazul fracturilor de platou tibial constă în reducerea deschisă (realizată după ce va fi deschis focarul). Fixarea se poate realiza prin intermediul șuruburilor și plăcuțelor de fixare. (Fig. 1.36) Poziția plăcii e determinată de tipul fracturii și poate avea forma literei ”T” sau literei ”L”, având capacitatea de a se adapta anatomiei tibiale. Există cazuri în care se folosesc două plăcuțe de fixare sau chiar un fixator extern (cazul fracturilor cominutive).

Folosite încă din vremea celui de-al Doilea Război Mondial, tijele centromedulare au capacitatea de a reduce multe tipuri de fracturi, printre care și cele tibiale. Aceste tije au evoluat de-a lungul anilor atât din punct de vedere al formei cât și din punct de vedere al materialelor.

Fracturile deschise de diafiză tibială sunt stabilizate cu un dispozitiv intern sau cu fixatorul extern, iar fracturile instabile necesită o fixare internă cu o tijă centromedulară, zăvorâtă sau nezăvorâtă, cu alezaj sau fără. Tija centromedulară autoblocantă e utilizată în tehnica în care focarul de fractură e închis. În acest caz, controlul tehnicii se realizeză radioscopic.

Având același scop ca și tija centromedulară autoblocantă, tija centromedulară zăvorâtă (Fig. 1.41) e utilizată în reducerea fracturilor. Aceasta poate fi goală sau plină pe interior și prezintă în regiunea proximală și cea distală orificii poziționate în planuri diferite, prin care se introduc șuruburile, stabilizând fracturile. În cazul tibiei, datorită zăvorârii multiplanare, se poate realiza o blocare antirotațională a fragmentelor. Zăvorârea se poate realiza cu ajutorul a două tipuri de montaje: static și dinamic. Montajul dinamic se realizază numai la extremitatea mai apropiată de focarul de fracturare. Diferența în cazul montajului static e că zăvorârea se face atât în zona distală cât și în cea proximală. Acest tip de montaj permite mobilizarea rapidă, dar nu și încărcarea. Un montaj static poate fi dinamizat la 6-12 săptămâni. Ambele tipuri de tije se implantează cu alezare de canal medular. Tijele centromedulare pline pe interior au diametre cuprinse între 8 și 10 mm iar cele goale între 9 și 12 mm. Ca și formă, au o secțiune circulară și nu prezintă caneluri în exterior. Tijele cu diametrul de 8 mm au lungimi cuprinse între 240-360 mm, în timp ce tijele centromedulare cu diametre de 9 și 10 mm au lungimi de 270 până la 420 mm. Tijele cu diametre de 11 și 12 mm au lungimi cuprinse între 270-390 mm.

Tehnica chirurgicală debutează cu poziționarea pacientului în decubit dorsal,astfel încât fractura să poată fi monitorizată utilizând raze X, în poziție de flexie a genunchiului. (Fig. 1.37)

După ce pacientul e poziționat și câmpul operator și instrumentalul (Fig. 1.42) sunt pregătite, următorul pas e de a realiza o incizie la nivelul tendonului patelar, urmând crearea accesului la cavitatea medulară ce va fi deschisă utilizând un burghiu. (Fig. 1.38)

În pasul următor se va poziționa instrumentul de deschidere pentru platoul tibial. Utilizând un ghidaj, se va ajunge până la capatul distal al tibiei și vor alinia fragmentele osoase. Cu ajutorul instrumentalului de specialitate, se va aleza canalul medular folosind freze cu diametru progresiv. Tija implantată va trebui să aibă un diametru cu 1mm mai mic decât diametrul ultimei freze folosite. Se va curăța zona, iar mai apoi va fi introdusă tija centromedulară (Fig. 1.39) utilizând mânerul pentru manipulare, ciocanul, impactorul.

În ceea ce privește zăvorârea, prin intermediul unui ghid și cu ajutorul burghielor, se vor realiza găuri de dimensiunea șuruburilor. Vor fi utilizate șurubelnițe și șuruburi specifice, de lungimi și diametre corespunzătoare. Intervenția se finalizează cu verificările montajului. (Fig. 1.40)

Rezultatele osteosintezei cu tije blocate sunt superioare osteosintezei cu alte tehnici. În cazul utilizării tijelor neblocate, zilele de spitalizare sunt mai multe în comparație cu tijele blocate și complicații postoperatorii au o frecvență de apariție de 4 ori mai mare decât în cazul tijelor blocate. În ceea ce privește consolidarea fracturii, sunt la fel de eficace, însă tijele neblocate necesită un timp de recuperare mai îndelungat. Tijele neblocate sunt de evitat din punct de vedere topografic în treimea distală a diafizei.

Pentru o bună osteosinteză, tijele trebuie să aibă o lungime și o grosime suficientă pentru a imobiliza fractura, iar montajul trebuie să prezinte fermitate dar, totodată, un grad de elasticitate. Materialele din care sunt confecționate atât tijele cât și accesoriile trebuie să fie biocompatibile (ex.: Oțel inoxidabil, Titan, aliaje de Titan, Aliaje Mg2Ag).

Capitolul 2. Biomecanica membrului inferior. Metode experimentale de analiză

Pentru a studia pacienții care prezintă patologii la nivelul membrului inferior și pentru a stabili corelații între parametri dinaintea, în timpul și după recuperarea pacientului e necesară descrierea mersului și a parametrilor normali din timpul mersului.

Mersul reprezită mișcarea ciclică prin care se aduce un picior înaintea celuilalt, menținând echilibrul corpului și totodată servind deplasării. Reprezintă o componentă importantă deoarece ajută la interacțiunea omului cu mediul.

2.1. Fazele mersului

Mersul uman este unul biped și e reprezentat de repetatea succesivă a unui ciclu de mers. Un ciclu de mers reprezintă unitatea de măsură a mersului. Acesta începe în momentul în care piciorul atinge solul cu călcâiul și se încheie cu următorul punct de contact cu solul al aceluiași picior. Un ciclu de mers prezintă, în principal, două mari faze și anume: faza de sprijin și faza de balans.

Faza de sprijin se divide la rândul ei în: sprijin unilateral și sprijin bilateral. Sprijinul unilateral reprezintă perioada în care corpul uman e menținut în echilibru prin intermediul unui singur picior aflat în contact cu solul, numit picior de sprijin. Sprijinul unilateral are o durată de aproximativ 5 ori mai mare în comparație cu sprijinul bilateral, în care greutatea corpului e susținută de ambele picioare. Această perioadă se mai numește și dublu sprijin, iar faptul că ambele picioare se află pe sol, se va permite transferul greutății corpului de pe un picior pe altul. Suportul bilateral introduce un parametru extrem de important și anume pasul. Distanța dintre contactul cu solul al unui picior urmată de sprijinul prin călcâi al celuilalt picior reprezintă pasul simplu. O succesiune de 2 pași simpli duce la introducerea altui parametru: pasul dublu.

Faza de balans e reprezentată de acea perioadă în care piciorul pierde contactul cu solul și oscilează în sensul pregătirii unui nou contact cu solul. În timpul acestei faze, piciorul ce se află în mișcare poartă numele de picior oscilant.

Un ciclu de mers complet e reprezentat procentual de 60-62% fază de sprijin, respectiv 38-40% faza de balans. Sprijinul bilateral are o pondere de aproximativ 20-24% din ciclul de mers. (Fig. 2.1)

La rândul lor, fazele ciclului de mers sunt divizate în 8 subfaze (Fig. 2.2), 5 care corespund perioadei de sprijin și alte 3 care își găsesc corespondentul în perioada de oscilație. Prima subfază se asociază astfel cu un contact inițial al piciorului cu solul (contact inițial). Îi urmează perioada de încărcare numită și sprijin dublu. Subfaza ce îi antecede perioadei de încărcare e reprezentată de sprijinul intermediar, imediat urmat de sprijinul final. Desprinderea de pe sol reprezintă partea a doua a sprijinului dublu. Ulterior acestei etape se introduce balansul inițial. Acesta e urmat de balansul intermediar și imediat după de cel final.

Contactul inițial (0%) (Fig. 2.3) este subfaza care începe ciclul de mers. Astfel, călcâiul va intra în contact cu solul, inițializând ciclul. Din punct de vedere biomecanic, articulația coxofemurală execută o mișcare de flexie, articulația genunchiului e în extensie, în timp ce glezna execută dorsiflexie, scopul fiind lungirea membrului. Bazinul realizează adducție orizontală față de piciorul de susținere, iar centrul de greutate al corpului coboară în cel mai jos punct.

Perioada de încărcare (Fig. 2.4) are o pondere cuprinsă între 0-10% dintr-un ciclu de mers. Aceasta e inițiată de contactul complet cu solul a regiunii plantare și se încheie în momentul începerii balansului pentru piciorul opus. Întreaga greutate a corpului va fi transferată pe piciorul aflat în contact cu solul. Sprijinul unilateral îi succede acestei perioade, astfel toată greutatea corpului va fi susținută de piciorul de sprijin, centrul de greutate mutându-se astfel încât corpul să fie în echilibru. Parametrii biomecanici la nivelul articulațiilor se schimbă, astfel că articulația șoldului va executa o mișcare de flexie, genunchiul va fi și el flexat, iar glezna va executa dorsiflexie dependentă de viteza de deplasare.

Perioada de sprijin intermediar (Fig. 2.5) are o pondere cuprinsă între 10-30% dintr-un ciclu de mers. Aceasta ilustrează prima jumătate a sprijinului unilateral. Începe odată cu balansul piciorului aflat în mișcare și se încheie în momentul în care piciorul de sprijin e aliniat perfect cu dreapta suport a corpului uman, reprezentată de greutate. Din punct de vedere biomecanic șoldul și genunchiul vor executa o mișcare de extensie în timp ce glezna va fi în dorsiflexie. Centrul de greutate al corpului se situează ușor lateral, spre piciorul de sprijin, menținând astfel echilibrul corpului. Pe parcursul acestei perioade, corpul prezintă înălțimea sa maximă.

Sprijinul final (Fig. 2.6) se regăsește în intervalul 30-50% din ciclul de mers și reprezintă a 2-a jumătate a sprijinului unilateral. Punctul de start e reprezentat de încheierea sprijinului intermediar, iar punctul de final al acestei subfaze e reprezentat de momentul în care călcâiul piciorului de balans atinge solul. Astfel, sprijinul nu se mai realizează pe toată talpa, ci doar prin degetele aflate în contact cu solul, iar articulația gleznei va fi plasată în cea mai de sus poziție. Din punct de vedere biomecanic, șoldul execută o mișcare de extensie, articulația genunchiului rămâne nemodificată, iar glezna realizează dorsiflexie. Centrul de greutate se va găsi înaintea piciorului de sprijin.

În continuare, urmează desprinderea piciorului de pe sol (Fig. 2.7), cu o pondere cuprinsă între 50-60% din ciclul de mers. Această subfază debutează cu primul contact cu solul al piciorului de balans, care va deveni picior de sprijin și se încheie când piciorul de sprijin inițial va pierde contactul cu solul, transformându-se în actualul picior de balans. Pe parcursul acestei subfaze, greutatea corpului va fi transferată de pe un picior pe altul. Mișcările caracteristice articulațiilor sunt: extensie la nivelul șoldului, flexie în articulația genunchiului, dorsiflexie la nivelul gleznei, iar degetele se găsesc în hiperextensie.

Faza de balans debutează cu o subfază de balans inițial (Fig. 2.8) cuprins între 60 și 70% din ciclul de mers. Subfaza e inițiată de desprinderea de sol a piciorului și ține până când piciorul de sprijin și cel de pabans sunt în poziție opusă. Tendința piciorului de balans e de a executa o mișcare orientată înainte, mușchii șoldului favorizând accelerarea piciorului. De-a lungul acestei perioade, greutatea corpului va fi susținută în totalitate de piciorul de sprijin. Biomecanic, atât articulația șoldului cât și cea a genunchiului execută o mișcare de flexie, iar glezna se va regăsi în dorsiflexie parțială. În acest moment, lungimea corpului va fi minimă.

Mișcarea începută se va continua pe parcursul balansului intermediar (2.9), până în momentul în care tibia va fi în poziție verticală, iar piciorul oscilant va ajunge în fața corpului. Această subfază se încadrează în intervalul 70-85% din ciclul de mers. Mișcarea e coordonată de flexia șoldului, ca reacțiune a greutății corpului genunchiul va executa o mișcare de extensie, iar articulația gleznei își va menține dorsiflexia spre o poziție neutră.

Perioada balansului final (2.10), regăsită între 85-100% dintr-un ciclu de mers, se va încheia în punctul de contact cu solul al piciorului de balans. La acest nivel bazinul va executa o rotație maximă, favorizând contactul călcâiului, șoldul își va menține flexia, genunchiul prin extensia sa va avansa membrul inferior, iar glezna își va păstra dorsiflexia spre poziția neutră.

Analiza mersului din punct de vedere biomecanic se realizează punând în evidență pasul dublu. Acesta va fi divizat în faze și subfaze servind la descrierea studiului. (Fig. 2.11) Astfel, pasul dublu reprezintă o unitate funcțională pentru locomoția bipedă. Pe parcursul pasului dublu, fiecare picior va prelua greutatea corpului succesiv. E cunoscut faptul că faza de sprijin are o durată mai mare decât cea de oscilație, iar în timpul deplasării bipede piciorul de sprijin va executa o presiune resimțită de sol. Această presiune poate fi analizată prin măsurarea distribuției plantare pe o platformă dotată cu senzori specifici de presiune.

2.2. Parametri ciclului de mers

Analizând ciclul de mers, observațional și clinic, cu echipament de laborator, vor fi redate informații despre anumiți parametri specifici: temporari, spațiali, cinematici și dinamici.

În ceea ce privește parametri spațiali (2.12), există o serie de caracteristici:

Pasul dublu – măsurat de la călcâi, reprezintă distanța dintre două rezemări succesive ale aceluiași picior.

Pasul simplu – realizat în sprijin bilateral, se măsoară de la călcâiul piciorului aflat în contact cu solul și primul contact cu solul al celuilalt picior (de regulă prin călcâi).

Lungimea unui pas simplu [m]– e un parametru dependent de lungimea membrelor inferioare și e influențat de forța de impulsie. În general, pașii aceleiași persoane nu sunt perfect egali între ei, depinzând și de gradul de dezvoltare musculară a membrului inferior. În medie, un pas simplu are o lungime de aproximativ 0,63 m la persoanele de sex masculin și 0,50 m la cele de sex feminin. Studiile arată că pasul realizat când piciorul stâng e cel de sprijin are o lungime relativ mai mare.

Lungimea pasului simplu normalizată [%] – reprezintă lungimea pasului simplu normalizată cu înălțimea subiectului.

Lungimea unui pas dublu (lungimea unui ciclu de mers) [m]- este egală cu suma lungimilor a 2 pași simpli succesivi.

Unghiul pasului [°]– are în medie o valoare de aproximativ 15° și reprezintă unghiul format de axa piciorului și linia de mers.

Lățimea/Lărgimea pasului [m] – este distanța dintre piciorul drept și cel stâng, măsurată în plan transversal, la nivelul călcâielor. Are o valoare medie de 5-6 cm.

Urma piciorului la sol – de regulă sunt depărtate cu 12-13 cm față de linia de deplasare, vârfurile falangelor fiind orientate ușor înspre afară.

Vorbind despre parametri temporali, aceștia sunt caracterizați de:

Durata ciclului de mers [s] – se măsoară în secunde și reprezintă un interval de timp în care se execută un pas dublu.

Durata unui pas simplu [s] – măsurată în secunde, este perioada de timp dintre atingerea solului a călcâiului unui picior și imediata atingere a solului celuilalt picior.

Simetria [%] – durata pasului simplu ca pondere dintr-un ciclu de mers.

Durata fazei de sprijin unilateral [%] – reprezintă ponderea din ciclul de mers al timpului în care piciorul de sprijin susține greutatea corpului, de la atingerea solului cu călcâiul până la desprinderea degetelor acestuia de pe sol.

Durata fazei de balans [%] – procent din ciclul de mers: timp în care piciorul de balans se desprinde de pe sol și atinge din nou solul cu călcâiul.

Durata fazei de sprijin bilateral [%] – durata de susținere a greutății corpului pe ambele picioare, ca procent din ciclul de mers.

Frecvența (cadența sau ritmul) – se exprimă prin numărul de pași într-o unitate de timp (ex.: pași/min).

Viteza – are ca unitate de măsură și reprezintă produsul dintre lungimea pasului simplu și frecvență. Există trei categorii pentru a descrie viteza: scăzută, liberă, respectiv ridicată. Viteza liberă e acea viteză cu care un individ cu mers normal se deplasează. Cea scăzută, are o valoare redusă față de viteza liberă și e specifică persoanelor cu diverse patologii ale membrelor inferioare. Viteza ridicată e valoarea maximă a vitezei de deplasare pe care o persoană cu o anumită dizabilitate o poate atinge. În cazul persoanelor normale, valoarea vitezei ridicate poate crește până la 44%.

Viteza normalizată [%] – reprezintă viteza ca pondere din înălțimea subiectului.

Din punct de vedere al fiziologiei articulațiilor, parametri cinematici au o plajă de valori mai extinsă față de invervalele de valori utilizate în ciclul mersului. Totodată, acești parametri sunt influentați de anumiți factori, cum ar fi: vârsta, sexul, gradul de antrenament al fiecărei persoane, în continuare fiind prezentate valori medii.

La nivelul articulației coxo-femurale, mișcările specifice sunt:

Extensia și flexia – cu mișcări mai ample cu 20°-30° când genunchiul e flexat;

Flexia activă se va face de la poziția neutră (de start) 0° la 90° când genunchiul e întins, ajungând la 125° cu genunchiul flexat;

Flexia pasivă poate atinge 145°-150°;

Extensia activă este de 15°-20° cu genunchiul întins, iar cu el flexat nu se depășesc 10°;

Extensia pasivă poate atinge 30°;

Abducția și adducția:

Abducția are o amplitudine medie de 45°;

Adducția poate lua o valoare maximă de 30°;

Rotația:

Rotația internă (medială) are o amplitutine de 35°-45°, cu o valoare mai mare în cazul rotației pasive.

Rotația externă (laterală) are aceeași valoare maximă (45°) ca și cea internă.

Articulația genunchiului prezintă intervale medii normale de valori pentru următoarele tipuri de mișcări:

Flexie: intervalul pornește de la 0° și ajunge la 120°-140° când șoldul e întins, respectiv flexat, iar în flexie pasivă poate ajunge la 160°;

Extensia propriu-zisă e nulă;

Rotația internă: apare în timpul flexiei, când se depășesc 70°. Aceasta poate fi observată prin devierea internă a piciorului cu 20°-30° în timpul flexiei, cea pasivă ajunge la 30°-35°;

Rotația externă: apare când se revine prin extensie, la poziția de 0° (neutră). Rotația pasivă poate ajunge la 40°-50°;

Abducție și adducție: intervalul 0°-3°, respectiv 0°-8°(pasiv).

Segmentul ce delimitează zona plantară prezintă mișcări specifice cu intervale de valori, după cum urmează:

Dorsiflexie plantară: valorile normale sunt cuprinse între 20°-25°;

Flexia plantară: are o amplitudine mai mare decât dorsiflexia, ajungând până la 45°.

Eversie (rotație negativă) și inversie (rotație pozitivă) : 0°-90° (pasiv).

Rotație externă (adducție) și rotație internă (abducție) au o amplitudine medie totală cuprinsă între 35°-40°.

Vorbind despre forțele de reacțiune, în timpul unui ciclu de mers, atât normal cât și patologic, acestea se modifică odată cu fazele mersului. Forțele sunt transmise prin intermediul tălpii. Acești parametri sunt de mare interes în evaluarea biomecanică a ciclului de mers. Reacțiunile solului pot fi monitorizate atât static, cât și dinamic.

Parametri cinematici ai ciclului de mers (Tabel 2.1) sunt reprezentați de unghiurile de la nivelul articulațiilor, în funcție de mișcările realizate de fiecare segment al membrului inferior. (Fig. 2.13)

În timpul ciclului de mers, odată cu modificările unghiurilor din articulații, se modifică și unghiul de înclinație al pelvisului (Fig. 2.14). Acest unghi definește oblicitatea pelvisului și e de mare importanță în analiza biomecanică a membrului inferior, dinamic, în timpul mersului. Acest unghi poate atinge o valoare de 5°, la sfârșitul sprijinului bipodal și poate varia după această perioadă, până la începerea perioadei de balans cu aproximativ 7°, având o poziție neutră în timpul balansului intermediar.

Analizând segmentele anatomice implicate cel mai frecvent în ciclul de mers, mai ales în cazul patologiilor de tip gonartroză și fracturi tibiale survenite în urma unui traumatism, putem evidenția anumite curbe specifice mișcărilor de interes de la nivelul articulației genunchiului, respectiv gleznei.

De interes pentru analiza biomecanică a mersului pacienților ortopedici sunt curbele specifice mișcărilor de flexie, extensie și rotație, precum și oblicitatea pelvisului. Vorbind despre un subiect cu patologii la nivelul articulației genunchiului, respectiv tibiei, e important să se cunoască parametri normali și intervalul de valori medii pentru articulația genunchiului (Fig. 2.15, Fig. 2.16), articulația gleznei (Fig. 2.17, Fig. 2.18), respectiv oblicitatea pelvisului (Fig. 2.19). În acel domeniu ar trebui să se regăsească rezultatele unei analize biomecanice a unei persoane sănătoase, aceste date servind drept o comparație concludentă pentru a stabili starea pacientului patologic.

2.3. Metode experimentale de evaluare biomecanică

Evaluarea biomecanică a mersului se realizează cu scopul de a stabili tratamentul corespunzător de reabilitare precum și pentru a studia evoluția mobilității în timpul tratamentului, respectiv după încheierea planului de recuperare. Astfel, prin intermediul unor sisteme bine dezvotate pot fi măsurați parametri de interes pentru fiecare subiect în vederea atingerii scopului dorit.

2.3.1. Sistemul Zebris CMS-HS

Pentru o evaluare corectă și rapidă a mersului se poate utiliza Sistemul Zebris CMS-HS, un instrument noninvaziv, foarte util. Acest sistem permite analiza tridimensională prin intermediul traiectoriilor markerilor poziționați pe corpul subiectului. Astfel, se pot determina parametri spațiali și temporali ai mersului. În ceea ce privește metoda de măsurare, aceasta are la bază determinarea coordonatelor spațiale ale emițătoarelor cu ultrasunete, măsurând timpul de emisie-recepție al undei, timp în care unda va fi transmisă de emițătoare și recepționată de microfoanele senzorilor de măsurare, situate pe corpul uman. Această metodă e simplă, rapidă și nu afectează în niciun fel pacienții. Sistemul folosit pentru analiza mișcării, Zebris CMS-HS, cuprinde o serie de componente specifice, și anume: unitatea centrală, conectată la un calculator; emițători de ultrasunete, în număr de doi; un adaptor pentru cabluri, care va interconecta receptorii; markerii, amplasați corespunzător în zonele articulare ale subiectului; pointer-ul, utilizat pentru poziționarea punctelor și calibrare; software-ul Zebris WinGait, utilizat ca legătură între operatorul uman și sistem. (Fig. 2.20)

Unitatea centrală (Fig. 2.21) prezintă 8 canale digitale de intrare, iar legarea acesteia la calculator se va realiza printr-un port paralel. Unitatea centrală a Sistemului CMS_HS prezintă avantajul conectării directe, în același timp, a doi senzori de măsurare, spre deosebire de Sistemul CMS-HSL, care poate conecta doar unul singur.

Pentru acest tip de analiză biomecanică se vor folosi două emițătoare de ultrasunete (Fig. 2.22), reprezentând unitățile de măsurare. Acestea sunt utilizate pentru a înregistra în același timp ambele membre inferioare. Poziționarea lor se poate realiza foarte ușor, fiind dispuse fiecare pe câte un trepied reglabil în înălțime, prevăzut cu roți. Pentru o achiziție corectă și clară a datelor, înălțimea acestora nu trebuie să depășească zona articulației coxofemurale, orientarea fiind înspre acea zonă, și totodată, e important ca între emițători și markeri să nu fie interpus niciun alt corp. Acești emițători vor fi conectați la unitatea centrală prin intermediul unui cablu și vor emite ultrasunete în banda de frecvență 40 ± 1 kHz.

Un alt accesoriu important este adaptorul (Fig. 2.23). Acesta se conectează printr-un cablu la unitatea centrală, iar la acesta se vor conecta (Fig. 2.24) prin cabluri markerii specifici, asigurând astfel legătura permanentă unitate centrală-markeri. Adaptorul va fi poziționat pe corpul subiectului, în regiunea lombară.

Markerii (Fig. 2.25) utilizați în cadrul acestui sistem sunt reprezentați de microfoane cu rol de a recepționa ultrasunetele trimise de emițător. Spectrul de recepție al acestor markeri e între 40 ± 5 kHz. Poziționarea acestora e foarte importantă (Fig. 2.26) , fiind situați la nivelul coapsei (Fig. 2.25-b) piciorului stâng, respectiv drept , cât mai aproape de articulația coxofemurală și la nivel plantar (Fig. 2.25-c), stâng-drept, în cât mai aprope de articulația gleznei. În interiorul fiecărui marker se găsesc câte 3 microfoane ultrasonice, poziționate sub un unghi de 120° unul față de celălalt. După poziționarea corectă a markerilor, aceștia vor fi conectați cu adaptorul.

Pointer-ul sau palpatorul (Fig. 2.27) este componenta care are ca rol principal evidențierea punctelor importante de pe membrul inferior, dar și descrierea punctelor pentru calibrarea planului orizontal. Conține și el două microfoane integrate ce recepționează ultrasunetele de la emițători. Vârful acestuia e prevăzut cu o bilă și are structură metalică. (Fig. 2.28) Și acesta se va lega prin intermediul unui cablu la unitatea centrală.

Software-ul Zebris WinGait include o bază de date în care se pot introduce sau accesa informații despre proiect și/sau pacient. După introducerea completă a datelor necesare (exemplu: numele proiectului, numele pacientului, sexul, data nașterii, cod etc.), se va putea rula programul de măsurare propriu-zis. (Fig. 2.29) După finalizarea măsurătorilor realizate în timp real, parametrii sunt automat analizați de sistem, putând furniza informații specifice și interactive operatorului. (Fig. 2.30) Acest soft include opțiunea de a exporta datele înregistrate.

2.3.2. Protocol de înregistrare a datelor folosind sistemul Zebris CMS-HS

Pentru a înregistra o serie de date specifice unui subiect, utilizând sistemul Zebris, e necesară parcurgerea unor etape precise, prin înșiruirea cărora se conturează un protocol de măsurare.

În prima etapă se vor poziționa markerii pe membrele inferioare ale subiectului ce se dorește a fi investigat, după cum urmează: unul pe fața exterioară a coapsei, în vecinătatea articulației coxofemurale și altul la nivelul plantei, în apropierea articulației gleznei. Urmează poziționarea adaptorului, acesta fiind situat în zona ultimelor vertebre lombare ale subiectului. După poziționarea corespunzătoare, markerii se vor conecta cu adaptorul.

Următoarea etapă constă în poziționarea emițătorilor de o parte și de alta a zonei de exercițiu, la o înălțime corespunzătoare șoldului subiectului. După poziționare, aceștia se vor conecta atât la unitatea centrală, cât și la adaptor.

În următoarea etapă se va deschide programul de bază WinGait, iar pentru analiza ciclului de mers, după crearea unui proiect și introducerea în baza de date a pacientului, se va selecta varianta Standard de analiză, cea cu 12 markeri.

După alegerea tipului de analiză, urmează faza de calibrare a echipamentului. Acest lucru se realizează prin marcarea a 4 puncte pe sol, astfel încât acestea să descrie un poligon. Calibrarea se execută folosind pointer-ul. După încheierea acestei etape și validarea ei, urmează descrierea punctelor anatomice de interes.

Utilizând palpatorul, se vor marca puncte în zonele anatomice (Fig. 2.31), după cum urmează: primul punct va fi în zona articulației coxofemurale, al 2-lea punct în zona laterală a articulației genunchiului, la nivelul condilului lateral, al 3-lea punct în zona medial-internă a articulației genunchiului, la nivelul condilului medial, al 4-lea punct în zona externă a articulației gleznei, marcând maleola laterală, al 5-lea punct va fi marcat în zona medială a articulației gleznei, la maleola medială, al 6-lea punct va descrie extremitatea călcâiului, osul calcaneu, iar al 7-lea punct se va marca la nivelul zonei distale a falangei halucelui. Se va realiza marcarea punctelor menționate mai întâi pentru membrul stâng, iar apoi se va aplica aceeași procedură pentru membrul drept.

După marcarea punctelor de interes și validare, se va calibra subiectul analizat, fiind poziționat ortostatic, între cele două emițătoare.

Înainte de începerea propriu-zisă a analizei, se va efectua un număr minim de înregistrări pentru ca subiectul să se acomodeze cu aparatura și cu toate condițiile de înregistrare.

Urmează achiziția propriu-zisă a datelor. Aceasta se realizează în timp real, subiectul având sarcina de a executa un număr minim de 3 înregistrări care să fie validate. Fiecare înregistrare e obigatoriu să descrie un minim de 2 cicluri de mers.

2.3.3. Sistemul Zebris FDM

O altă metodă de evaluare biomecanică extrem de utilă este analiza distribuției presiunii plantare, utilizând platforma Zebris FDM (Force Distribution Measurement). Această evaluare se poate realiza atât în regim static, cât și dinamic. Reprezintă o metodă noninvazivă, sigură, precum sistemul Zebris CMS-HS. Prin intermediul acestui sistem se va determina presiunea pe întreaga suprafață a tălpii prin intermediul unor senzori capacitivi de forță. Aceștia sunt dispuși în număr de 11648 senzori de 1 într-o matrice ce are o suprafață de 208×56 .

Componentele sistemului sunt: platforma propriu-zisă (Fig. 2.32), ale cărei dimensiuni sunt 218x62x2,5 (Lxlxh) și calculatorul cu software-ul specific instalat. Platforma și calculatorul sunt legate între ele printr-un port USB standard. Programul utilizat este Zebris WinFDM. Software-ul va procesa datele și va furniza un raport cu imagini sugestive și o serie de parametri spațio-temporali. Se pot măsura forțe cu valori de la 1 la 120 N/. Forțele măsurate sunt variații ale reacțiunii suprafeței de sprijin, la contactul talpă-platformă.

2.3.4. Protocolul de înregistrare a datelor folosind platforma ZebrisFDM

Pentru o înregistare corespunzătoare cerințelor, se vor parcurge o serie de etape ce vor constitui protocolul de înregistrare a datelor folosind platforma Zebris FDM.

Spre deosebire de sistemul Zebris CMS-HS, care utilizează o serie de accesorii și componente pentru evaluare, Zebris FDM e simplificat, utilizând doar soft-ul și platforma. Astfel, nu necesită montarea și calibrarea altor dispozitive, iar prima etapă a protocolului începe prin accesarea programului WinFDM. Se va proceda similar ca în cazul programului WinGait cu înregistrarea unui nou proiect și introducerea pacientului/subiectului în baza de date. Diferența se va face la alegerea tipului de analiză (2.33), opțiunea FDM Only fiind cea utilizată în cazul folosirii platformei, fără alte componente suplimentare.

Următoarea etapă presupune calibrarea echipamentului. Aceasta se va realiza automat din program, prin confirmare, apăsând tasta Enter în momentul în care programul cere acest lucru. Singura condiție pentru o calibrare corespunzătoare e ca platforma să fie liberă, adică subiectul să nu se afle pe suprafața de măsurare.

După ce echipamentul e calibrat, se poate începe achiziția propriu-zisă de date. Aceasta se poate realiza atât static (Stance Analysis) cât și dinamic (Gait Analysis). Pentru înregistrările în regim static (Fig. 2.34), subiectul trebuie să stea în poziție ortostatică, nemișcat, în regiunea centrală a platformei. În regim dinamic (Fig. 2.35), subiectul trebuie să execute cicluri de mers pe întreaga lungime a platformei. Pentru oricare tip de analiză sunt necesare minim 3 înregistrări succesive.

Datele culese în timp real vor fi salvate în baza de date a sistemului, iar în ultima etapă, exportarea lor va fi disponibilă în aceleași condiții ca în cazul Zebris CMS-HS.

Astfel, aceste instrumente de măsură, prin aportul lor, simplifică întregul proces de culegere de date, având totodată o precizie foarte mare. Joacă un rol extrem de important în biomecanică, dar și în recuperarea pacientului, furnizând informații utile. Pachetele de programe utilizate în cadrul acestor sisteme sunt extrem de practice, fiind proiectate în scopul procesării datelor analizei în timp real, dar și în scopul prezentării acestor date experimentale pentru vizualizarea mișcării. În ansamblu, sistemele reprezintă o soluție reală la probleme practice concrete.

Capitolul 3. Evaluarea biomecanică a unui pacient cu artroplastie totală de genunchi și fractură de tibie redusă chirurgical prin implantare de tijă centromedulară zăvorâtă

3.1. Date pacient

Pacient sex: M

Vârsta: 61 ani

Diagnostic: ….

Proceduri de tratament: artroplastie totală genunchi stâng (data), implantare tijă centromedulară zăvorâtă tibie dreaptă pentru reducere chirurgicală fractură

Plan de recuperare post-artoplastie totală genunchi stâng: ….

Investigații radiologice:

3.2. Prelucrarea datelor obținute experimental

În urma analizei biomecanice realizată utilizând Sistemul Zebris au fost obținute seturi de date brute care, pentru a putea fi utilizate ca suport pentru compararea cu valorile unui subiect sănătos sau cu alte valori achiziționate, prezintă necesitatea unor prelucrări statistice ulterioare. Astfel, pentru a putea aduce datele la o formă utilizabilă, s-au parcurs o serie de pași, utilizând programul Excel din pachetul Microsoft Office precum și extensia NumXL.

Prima etapă în prelucrarea datelor a fost delimitarea înregistrărilor și a ciclurilor de mers din întregul set de date pentru fiecare zi de achiziție în parte. Acest lucru a fost realizat urmărind alura graficului pentru unghiurile de flexie-extensie genunchi, prin comparație cu graficele conforme literaturii de specialitate. (Fig. 3.3, Fig. 3.4, Fig. 3.5)

De interes pentru analiza biomecanică finală sunt atât fiecare ciclu în parte, dar și media lor. Pentru a putea reprezenta ciclurile de mers pe același grafic, dar și pentru a le putea media corect, acestea au fost raportat la un șir de date de la 0 la 100, reprezentând procente dintr-un ciclu de mers. Deoarece fiecare ciclu de mers avea un număr diferit de valori datorat duratei diferite, iar incrementul nu corespundea fiecăruia, a fost necesară realizarea unei interpolări. Așadar, pentru a putea face referire la același număr de valori pentru fiecare ciclu, a fost utilizată funcția Interpolate, (Fig. 3.6) disponibilă prin extensia NumXL. Raportarea s-a făcut la un șir de date de la 0 la 100 cu incrementul 1.

Următoarea etapă a permis medierea ciclurilor corespunzătoare fiecărei înregistrări, respectiv fiecărei zile în care s-a realizat analiza. Medierea a fost făcută utilizând funcția AVERAGE. (Fig. 3.7)

Pasul următor a constat în reprezentarea grafică a mediei și ciclurilor de mers pentru fiecare zi de înregistrare. (Fig. 3.8) Pentru a vizualiza grafic variabilitatea setului de date față de valoarea medie, a fost folosită reprezentarea grafică a mediei, introducând bare de erori în funcție de deviația standard. (Fig. 3.9) Pentru a calcula deviația standard a fost folosită funcția STDEV. (Fig. 3.10)

Delimitările inițiale ale ciclurilor de mers pentru unghiul de flexie-extensie genunchi au fost raportate la fiecare tip de mișcare analizat. Toți pașii prezentați pentru mișcarea de flexie-extensie de la nivelul genunchiului au fost repetați atât pentru flexia-dorsiflexia gleznei cât și pentru rotația piciorului. Aceste etape au fost parcurse atât pentru ziua 1 cât și pentru ziua 10.

Ultima etapă a constat în prezentarea comparativă a mediei pentru fiecare zi cu valorile normale conform literaturii de specialitate. (Fig. 3.11, Fig. 3.12)

Toate etapele de prelucrare și reprezentare a datelor efectuate pentru membrul stâng au fost repetate în același mod pentru membrul drept, obținându-se astfel date relevante pentru concluzionarea stării de îmbunătățire a pacientului pe parcursul unei perioade de 10 zile de recuperare.

3.3. Investigarea experimentală – variația parametrilor cinematici de la nivelul articulației genunchiului și a gleznei măsurați pe durata ciclului de mers

Analizând segmentele anatomice implicate cel mai frecvent în ciclul de mers, în cazul patologiilor de tip gonartroză și fracturi tibiale survenite în urma unui traumatism, putem evidenția anumite curbe specifice mișcărilor de interes de la nivelul pelvisului precum și la nivelul articulației genunchiului, respectiv gleznei. De interes pentru analiza biomecanică a mersului pacienților ortopedici sunt curbele specifice mișcărilor de flexie-extensie la nivelul genunchiului, flexie-dorsiflexie și rotație la nivelul piciorului și oblicitatea pelvisului. Valorile normale pentru aceste tipuri de mișcări sunt evidențiate în figurile: Fig. 3.13, Fig. 3.14, Fig. 3.15, respectiv Fig. 3.16.

Evaluarea biomecanică a subiectului s-a realizat utilizând sistemul Zebris CMS-HS și platforma Zebris FDM. În urma acestei evaluări s-au obținut o serie de rezultate specifice ce au fost ulterior prelucrate și comparate atât între ele cât și cu valorile normale. Înregistrările s-au realizat la un interval de timp de 10 zile, în 29 ianuarie 2020, respectiv 07 februarie 2020.

Rezultatele analizei biomecanice a subiectului, folosind sistemul Zebris CMS-HS, vor fi prezentate succesiv și comparativ în cele ce urmează, cu mențiunea că ziua 1 reprezintă data de 29 ianuarie 2020, iar ziua 10 data de 07 februarie 2020.

Ziua 1: 29 ianuarie 2020

Ziau 10: 07 februarie 2020

3.3.1. UNGHIUL DE FLEXIE-EXTENSIE GENUNCHI

Pentru ziua 1, referitor la genunchiul stâng, s-au analizat 4 înregistrări din care s-au evidențiat 7 cicluri de mers. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele: Fig. 3.17, Fig. 3.18.

Pentru ziua 10 de recuperare, pentru genunchiul stâng, s-au analizat 8 înregistrări din care s-au evidențiat 11 cicluri de mers. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele: Fig. 3.19, Fig. 3.20.

În urma prelucrărilor datelor, pentru genunchiul stâng, s-au realizat comparații sugestive în ceea ce privește perioada de 10 zile de recuperare cu valorile unghiurilor de flexie-extensie conform literaturii de specialitate, dar și cu valoarea medie normală a unghiurile de flexie-extensie, conform literaturii. (Fig. 3.21, Fig. 3.22)

Valorile medii normale ale unghiurilor de flexie-extensie au un punct maxim de 64,5°, conform literaturii. În ziua 1, valoarea maximă a unghiului de flexie pentru genunchiul stâng a fost de 50,20°, iar în ziua 10 de 61,17°. Astfel, din ziua 1 până în ziua 10 s-a înregistrat o creștere a unghiului de flexie cu 10,97°, adică 76,71%. În ziua 10, valoarea maximă a unghiului de flexie a fost de 61,17° care trebuie să crească, pentru a ajunge la valoarea medie normală, cu 3,33°, adică cu 23,29%. Astfel, pe o perioadă de 10 zile de recuperare, recuperarea unghiului de flexie-extensie pentru genunchiul stâng a avut un randament de 76,71%.

Valoarea punctului de maxim al unghiului de flexie pentru genunchiul stâng variază în sens pozitiv cu 7 procente din ciclul de mers în ziua 1, respectiv 6 procente în ziua 10, adică în ziua 1 punctul de maxim e deplasat cu 9,33% în sens pozitiv, respectiv cu 8% în ziua 10, față de valoarea normală.

În același mod, s-a realizat analiza biomecanică și pentru membrul drept. S-au obținut astfel o serie de rezultate specifice ce au fost ulterior prelucrate și comparate atât între ele cât și cu valorile normale, ca în cazul membrului stâng.

Pentru ziua 1, pentru genunchiul drept, s-au analizat 4 înregistrări din care s-au evidențiat 7 cicluri de mers. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele:Fig. 3.23, Fig. 3.24.

Pentru ziua 10, pentru genunchiul drept, s-au analizat 8 înregistrări din care s-au evidențiat 10 cicluri de mers. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele:Fig. 3.25, Fig. 3.26.

În urma prelucrărilor datelor, pentru genunchiul drept , s-au realizat comparații sugestive în ceea ce privește perioada de 10 zile de recuperare cu valorile unghiurilor de flexie-extensie conform literaturii de specialitate, dar și cu valoarea medie normală a unghiurile de flexie-extensie, conform literaturii. (Fig. 3.27, Fig. 3.28)

Valorile medii normale ale unghiurilor de flexie-extensie au un punct maxim de 64,50°, conform literaturii. În ziua 1, valoarea maximă a unghiului de flexie pentru genunchiul drept a fost de -3,81°, iar în ziua 10 de 8,58°. Astfel, din ziua 1 până în ziua 10 s-a înregistrat o creștere a unghiului de flexie cu 12,39°, adică 18,13%. În ziua 10, valoarea maximă a unghiului de flexie a fost de 8,64° care trebuie să crească, pentru a ajunge la valoarea medie normală, cu 55,92°, adică cu 81,87%. Astfel, pe o perioadă de 10 zile de recuperare, recuperarea unghiului de flexie-extensie pentru genunchiul drept a avut un randament de 18,13%.

Valoarea punctului de maxim al unghiului de flexie pentru genunchiul drept variază în sens negativ cu 6 procente din ciclul de mers în ziua 1, respectiv 3 procente în ziua 10, adică în ziua 1 punctul de maxim e deplasat cu 8% în sens negativ, respectiv cu 4% în sens negativ în ziua 10, față de valoarea normală.

3.3.2. UNGHIUL DE FLEXIE-DORSIFLEXIE GLEZNĂ

Pentru ziua 1, la nivelul gleznei stângi, făcând corelație cu ciclurile de mers înregistrate pentru genunchi, s-au analizat aceleași 4 înregistrări cu 7 cicluri de mers, dar urmărind unghiurile de flexie-dorsiflexie plantară. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele: Fig. 3.29, Fig. 3.30.

Pentru ziua 10, pentru glezna stângă, s-au analizat 8 înregistrări cu 11 cicluri de mers. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele: Fig. 3.31, Fig. 3.32.

În urma prelucrărilor datelor, pentru glezna stângă , s-au realizat comparații sugestive în ceea ce privește perioada de 10 zile de recuperare cu valorile unghiurilor de flexie-dorsiflexie conform literaturii de specialitate, dar și cu valoarea medie normală a unghiurile de flexie-dorsiflexie, conform literaturii. (Fig. 3.33, Fig. 3.34)

Valorile medii normale ale unghiurilor de flexie-dorsiflexie au un punct maxim de 15,15°, conform literaturii. În ziua 1, valoarea maximă a unghiului de flexie pentru glezna stângă a fost de 19,69°, iar în ziua 10 de 19,36°. Astfel, din ziua 1 până în ziua 10 s-a înregistrat o scădere a unghiului de flexie cu 0,34°, adică cu 7,39%. În ziua 10, valoarea maximă a unghiului a fost de 19,36° care trebuie să scadă, pentru a ajunge la valoarea medie normală, cu 4,21°, adică cu 92,61%. Astfel, pe o perioadă de 10 zile de recuperare, recuperarea unghiului de flexie-dorsiflexie pentru glezna stângă a avut un randament de 7,39%.

Valoarea punctului de maxim al unghiului de flexie variază în sens pozitiv cu 15 procente din ciclul de mers în ziua 1, respectiv 18 procente în ziau 10, adică în ziau 1 punctul de maxim e deplasat cu 31,25% în sens pozitiv, respectiv cu 37,5% în ziua 10, față de valoarea normală.

Pentru ziua 1, la nivelul gleznei drepte, făcând corelație cu ciclurile de mers înregistrate pentru genunchiul drept, s-au analizat aceleași 4 înregistrări cu 7 cicluri de mers, dar urmărind unghiurile de flexie-dorsiflexie plantară. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele: Fig. 3.35, Fig. 3.36.

Pentru ziua 10, pentru glezna dreaptă, s-au analizat 8 înregistrări cu 10 cicluri de mers. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele: Fig. 3.37, Fig. 3.38.

În urma prelucrărilor datelor, pentru glezna dreaptă , s-au realizat comparații sugestive în ceea ce privește perioada de 10 zile de recuperare cu valorile unghiurilor de flexie-dorsiflexie conform literaturii de specialitate, dar și cu valoarea medie normală a unghiurile de flexie-dorsiflexie, conform literaturii. (Fig. 3.39, Fig. 3.40)

Valorile medii normale ale unghiurilor de flexie-dorsiflexie au un punct maxim de 15,15°, conform literaturii. În ziua 1, valoarea maximă a unghiului de flexie pentru glezna dreaptă a fost de -2,63°, iar în ziua 10 de 6,99°. Astfel, din ziua 1 până în ziua 10 s-a înregistrat o creștere a unghiului de flexie cu 9,62°, adică cu 54,10%. În ziua 10, valoarea maximă a unghiului a fost de 6,99° care trebuie să crească, pentru a ajunge la valoarea medie normală, cu 8,16°, adică cu 45,90%. Astfel, pe o perioadă de 10 zile de recuperare, recuperarea unghiului de flexie-dorsiflexie pentru glezna dreaptă a avut un randament de 54,10%.

Valoarea punctului de maxim al unghiului de flexie variază în sens negativ cu 1 procent din ciclul de mers în ziua 1, respectiv 0 procente în ziua 10, adică în ziua 1 punctul de maxim e deplasat cu 2,0833% în sens negativ, respectiv nu prezintă nicio deplasare în ziua 10, față de valoarea normală.

3.3.3. Unghiul de rotație a piciorului

Pentru ziua 1, la nivelul piciorului stâng, făcând corelație cu ciclurile de mers înregistrate pentru genunchi, s-au analizat aceleași 4 înregistrări cu 7 cicluri de mers, dar urmărind unghiurile de rotație a piciorului. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele: Fig. 3.41, Fig. 3.42.

Pentru ziua 10, pentru piciorul stâng, s-au analizat 8 înregistrări cu 11 cicluri de mers. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele:Fig. 3.43, Fig. 3.44.

În urma prelucrărilor datelor, pentru piciorul stâng , s-au realizat comparații sugestive în ceea ce privește perioada de 10 zile de recuperare cu valorile unghiurilor de rotație conform literaturii de specialitate, dar și cu valoarea medie normală a unghiurile de rotație, conform literaturii. (Fig. 3.45, Fig. 3.46)

Pentru ziua 1, la nivelul piciorului drept, făcând corelație cu ciclurile de mers înregistrate pentru genunchi, s-au analizat aceleași 4 înregistrări cu 7 cicluri de mers, dar urmărind unghiurile de rotație a piciorului. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele:Fig. 3.47, Fig. 3.48.

Pentru ziua 10, pentru piciorul drept, s-au analizat 8 înregistrări cu 10 cicluri de mers. În urma prelurării datelor s-au obținut următoarele:Fig. 3.49, Fig. 3.50.

În urma prelucrărilor datelor, pentru piciorul drept , s-au realizat comparații sugestive în ceea ce privește perioada de 10 zile de recuperare cu valorile unghiurilor de rotație conform literaturii de specialitate, dar și cu valoarea medie normală a unghiurile de rotație, conform literaturii. (Fig. 3.51, Fig. 3.52)

3.3.4. Distribuția plantară în regim static

În a 2-a parte a analizei biomecanice s-au comparat rezultatele evaluării utilizând platforma Zebris FMD. Astfel, din acea analiză se poate observa că în regim static, în ziua 1, piciorul stâng era încărcat 39%, în timp ce piciorul drept suporta o încărcare mai mare, de 61%, preponderent în zona călcâiului. (Fig. 3.53)

După 10 zile de recuperare înregistrarea a fost refăcută, observându-se o îmbunătățire a distribuției plantare cu 2%. Piciorul stâng era încărcat 41%, în timp ce piciorul drept susținea 59% încărcări. (Fig. 3.54)

Se observă că, pe parcursul recuperării s-a evidențiat atât o creștere a simetriei distribuției plantare la nivelul ambelor picioare cu 2%, dar și din punct de vedere al simetriei fiecărui picior, astfel că, dacă în ziua 1 pacientul avea încărcarea mai mare în zona călcâiului, aceasta s-a diminuat ușor, tinzând spre simetrie în ziua 10.

3.2.5. Durata ciclului de mers

Analizând timpul în care s-au executat ciclurile de mers, se observă că, în ceea ce privește ciclul de mers început cu membrul stâng, în ziua 1, un ciclu de mers avea o durată medie de 1,97 secunde, iar pe parcursul recuperării, timpul s-a scurtat cu 0,2 secunde, ajungând ca în ziua 10 un ciclu de mers să dureze 1,73 secunde.

Analizând ciclurile de mers începute cu membrul drept, timpul în care s-au executat ciclurile de mers, se observă că, în ceea ce privește ciclul de mers început cu membrul drept, în ziua 1, un ciclu de mers avea o durată medie de 1,93 secunde, iar pe parcursul recuperării, timpul s-a scurtat cu 0,15 secunde, ajungând ca în ziua 10 un ciclu de mers să dureze 1,78 secunde.

Astfel, aplicând o mediere între duratele medii ale ciclurilor de mers, se observă o creștere cu 0,19 secunde în ziua 10, când durata medie a ciclului de mers era de 1,76 secunde față de ziua 1 de recuperare, când un ciclu de mers dura în medie 1,95 secunde.

Capitolul 4. Concluzii și contribuții personale

Membrele inferioare constituie o parte deosebit de importantă din structura corpului uman, atât în ortostatism cât și în locomoție. În situația în care survine degradarea din cauze patologice sau traumatice, perioada de recuperare poate fi monitorizată cu succes prin intermediul analizei biomecanie.

Pentru o evaluare corectă, se poate folosi în mod eficient sistemul Zebris CMS-HS și platforma Zebris FDM, care măsoară cantitativ parametri de interes pentru analiză, cum ar fi: unghiurile de flexie-extensie, flexie-dorsiflexie, rotație , respectiv presiune plantară.

Rezultatele obținute în urma analizei mersului și a distribuției presiunii plantare au contribuit la concluzionarea eficienței tehnicilor de recuperare aplicate în cazul pacientului cu artroplastie totală de genunchi și fractură de tibie.

Astfel, analizând comparativ valorile din ziua 1 respectiv din ziua 10, pacientul a dobândit o creștere a mobilității articulare în perioada de recuperare. Unghiul de flexie-extensie de la nivelul genunchiului stâng, a crescut cu 76,71% față de starea inițială a pacientului, respectiv la nivelul genunchiului drept, unghiul de flexie-extensie a crescut cu 18,13% față de valoarea inițială. Unghiul de flexie-dorsiflexie de la nivelul gleznei stângi s-a apropiat de valoarea medie normală cu 7,39%, respectiv unghiul de flexie-dorsiflexie de la nivelul gleznei drepte a avut un randament de recuperare de 54,10%. Concluzionând procentajul, din ziua 1 până în ziua 10 s-a evidențiat progresul pacientului.

Comparând alura graficului valorilor măsurate pentru flexie-extensie cu graficul valorilor normale, cel mai bine se observă lipsa de mobilitate la nivel articular în zona de sprijin, până la punctul de inflexiune, unde piciorul trece din faza de sprijin în faza de balans. Tot la nivelul graficelor comparative se observă prelungirea sau reducerea duratei fazei de sprijin prin variația punctului maxim raportat la valoarea maximă a mediei normale.

În urma prelucrării datelor achiziționate s-au mai putut observa anomalii referitoare la graficele unghiurilor de rotație, datorate stării patologice a pacientului.

Analizând comparativ distribuția presiunii plantare pentru ziua 1 respectiv ziua 10, se poate observa o îmbunătățire cu 2% a distribuției presiunii față de starea inițială a pacientului. Din punct de vedere al simetriei, se observă o îmbunătățire în ziua 10, când presiunea tinde să se distribuie și spre falange față de ziua 1, când presiunea se concentra în zona călcâiului.

În ceea ce privește durata de realizare a unui ciclu de mers, se pot observa modificări de la ziua 1 la ziua 10, timpul în care se execută un ciclu de mers scăzând cu 0,19 secunde față de situația inițială a pacientului în care executa un ciclu de mers, în medie, în 0,95 secunde.

În concluzie, evaluarea biomecanică efectuată asupra pacientului folosind sistemul Zebris a avut rezultate utile și de interes în analizarea perioadei de recuperare.

Contribuțiile personale din cadrul lucrării de diplomă sunt:

Sinteza bibliografică a anatomiei și fiziologiei membrului inferior.

Sinteza bibliografică a patologiilor asociate membrului inferior, a metodelor de invetigație specifice precum și a tehnicilor de tratament de interes pentru tema abordată.

Studiul bibliografic asupra biomecanicii membrului inferior și a tipului de mișcări efectuate în timpul ciclului de mers.

Extragerea din literatura de specialitate a valorilor medii normale ale unghiurilor specifice mișcărilor de flexie-extensie, flexie-dorsiflexie, rotație și oblicitate a pelvisului utilizate ulterior în analiza comparativă a rezultatelor.

Analiza experimentală a mersului unui pacient proteza totală de genunchi și tijă centromedulară zăvorâtă utilizând sistemul Zebris CMS-HS.

Analiza experimentală în regim static și dinamic a pacientului utilizând platforma Zebris FDM.

Prelucrarea statistică a datelor obținute experimental.

Reprezentarea variațiilor unghiurilor specifice mișcărilor de flexie-extensie de la nivelul genunchilor, flexie-dorsiflexie de la nivelul gleznelor și rotație la nivel plantar pe durata unui ciclu de mers.

Realizarea comparațiilor între valorile normale și valorile măsurate, precum și între valorile din prima zi și din ziua 10 din punct de vedere grafic și procentual atât pentru unghiurile din articulații cât și pentru presiunea plantară.