Biyomekanik ve Biyomateryaller

28 Derman Tıbbi Yayıncılık Derman Tıbbi Yayıncılık 1

Özgür Başal

Biyomekanik ve Biyomateryaller

Genel Prensiplerİnsan vücudu üzerine etki eden iç ve dış kuvvetleri ve bu kuvvetlerin meydana getir-diği etkilerini inceleyen bilim dalı biyomekaniktir. Kas iskelet sisteminin mükemmel karmaşık dizaynını inceleyen bu bilim dalı sayesinde biyomateryal tasarımları ve vü-cudumuza olan uyumu sağlanmaya çalışılmaktadır. Bölüm içerisinde değineceğimiz biyoinert, biyoaktif, biyoemilir gibi terimler de bu çalışmaların ürünüdür.Üretilen tüm biyomateryallerde doku uyumu aranır. Kemik, vücudun birincil yük ta-şıyanı ( load-bearing) olup yük iletimini sağlamada yeterince sert ve sağlam olmalı-dır. Kırık oluştuktan sonra kemiğin orjinal yük taşıma kapasitesine ulaşana kadar bi-yolojik ve mekanik faktörler devreye girer. Kırık biyomekaniği ve kaynamada 3 temel prensip vardır. Bunlar;1. Kemiğin ne zaman ve nasıl kaynayacağını belirleyen biyomekanik faktörler.2. Biyolojik çevrenin ve materyallerin kaynama üzerine etkisi.3. Oluşan biyomekanik şartların kontrolü. Aşırı kemik üretimi veya yetersiz kallus olu-şumu başarısız olunduğunu gösterir. Üretilen implantlarda (biyomateryaller) amaç, kemik sağlamlığına geometrisine ve mimarisine en uygun olanı elde etmektir.

TerminolojiBiyomekanik: İnsan hareketlerinin değerlendirilmesiKuvvet:Kütlenin hızlanmasına yol açan etki. (vektörel kavramdır) N=kg.m/sn2Newton Kanunları: Bu 3 kanun biyomekaniğin de temelidir.1. Inert (durumunu koruma): Dinlenme fazındaki cisim hareketsiz kalma eğiliminde iken hareketli bir cisim sabit hızda hareketine devam etme eğilimindedir.2. İvme (durumunu değiştirme) : Bir cismin momentumundaki değişim, cisim üzerine uygulanan itme ile orantılıdır. Güç=Kütle x ivme

Kit

ap B

ölümü

DERM

AN

DOI: 10.4328/DERMAN.3413 Received: 03.04.2015 Accepted: 03.04.2015 Published Online: 14.05.2015Corresponding Author: Özgür Başal, Orthopaedics and Traumatology Department, Süleyman Demirel University, Faculty of Medicine, 32000, Isparta, Turkey. T: +90 2462119356 GSM: +905413048338 F.: +90 2462112830 E-Mail: [email protected]

Derman Tıbbi Yayıncılık 29

Biyomekanik ve BiyomateryallerBiyomekanik ve Biyomateryaller


3. Etki-Tepki (durumunu koruma ve durumunu değiştirme arasındaki ilişki) : Her hare-ket kendisinin aksi yönünde ve eşit güçte bir reaksiyon oluşturur.Newton: Durmakta olan 1 kg kütleye uygulandığı zaman 1 saniyede 1 metre hareket kazandıracak güçtür.Momentum: Bir nesnenin kütlesi ve hızının çarpımıdır; (p = mv). Hız gibi, momentum da vektörel bir niceliktir, yani büyüklüğünün yanı sıra bir yöne de sahiptir. Bir kuvve-tin bir noktaya veya eksene göre momenti; kuvvet ile kuvvetin noktaya veya eksene olan dik uzaklığının çarpımına eşittir.

Kuvvet vektörleri: Cisim üzerine uygulanan kuvvet ve bu kuvvete tepki olarak çekme ya da itme yanıtı vektöreldir.Piazoelektrik: Kuvvet uygulamasına bağlı kristalin yapıların deformasyonu ile oluşan elektrik yükü değişimleri demektir. İç bükey(konkav) taraf ki bu plaklara uyarlanırsa kompresyon tarafıdır, elektronegatif yüke değişim olur. Dış bükey(konveks) taraf ise tensil kuvvetin etki ettiği elektropozitif yüke değişim fazlalaşır.Serbest cisim analizi ( Free Body Diagram): Duran cisim üzerine etki eden kuvvet ve momentlerin vekörel yönlerini ve bileşke kuvvet yönünü tarif eder. Ağırlık merkezi: İzole bir cismin taslağı üzerine etki eden tüm kuvvetleri gösterir. Ağırlık merkezi üzerine etkilidir.İnsan vücut ağırlık merkezi, S2’nin hemen önündedir.• Her cisme uygulanan güç, hemde cismin bu güce olan tepksisi (stres) ; a)gerilme, b)kompresyon ve c)makaslama olarak sınıflanabilir. Bükülme ve torsiyon yüklenme-leri bu güçlerin kombinasyonlarını içerir.Brittle (kırılgan): Uzunlamasına uygulanan güce karşı bütünlüğü bozulmadan önce çok az deforme olan cisimlerdir.Ductile (bükülebilen): Bütünlüğü bozulmadan önce nispeten fazla deformasyon gös-teren materyallerdir. Uzunlamasına uygulanan güce deformasyon göstererek cevap veren materyallerdir. Viskoelastisite: Sabit bir kuvvete maruz kalan malzemenin zaman içerisinde göster-diği sünme, gerilme- gevşeme yanıtıdır.Stiffness (sertlik): Yük veya kuvvet altında materyalin ne kadar şekil değiştireceğini belirten özelliktir. Mukavemetle aynı şey değildir.Compliance (uyum): Sertliğin karşıt terimidir.

Şekil 1. Newton’ un beşiği; kapalı sistemlerde momentu-mun korunumu gösterir.

Şekil 1a. Piazoelektirik yüklenme nasıl olur?

30 Derman Tıbbi Yayıncılık

Biyomekanik ve Biyomateryaller Biyomekanik ve Biyomateryaller


Strength (mukavemet): Bir materyali koparmak için gereken yük miktarıdır. Örneğin; Sertliği (young modulusa göre) aynı olan iki materyal, cam ve alüminyum 69 gpa ‘dır. Fakat alüminyumun mukavemeti camdan büyüktür.Elastik Modulusu(katsayı): Uygulanan stres ile nihai deformasyon arasındaki doğru-sal ilişkidir.

Konsantrik: Gerilme altında kasın boyunda kısalma olmasıdı.Eksantrik: Gerilme altında kas boyunda uzama olması.İzometrik: Kas boyunda değişiklik olmamasıdır.Yorgunluk( fatigue): Materyale etki eden devamlı lokal stresin oluşturduğu kırık mo-deli.

TIPTA BİYOMATERYALLERA. RESTORATIF BİYOMATERYALLER:1- Amalgam2- Kompozit Rezinler3- Simanlar4- Endodontik Tedavi Materyalleri5- Akrilik Rezinler6- Porselenler7- Metal Alaşımları

B. GREFT MATERYALLERİ:1- Otojen Greft Materyalleria. Kortikal Kemik Cipsb. Osseos Koagulumc. Kortikal ve Kansellöz Kemik Kompozitlerid. Kansellöz Kemik ve İliği2- Allojen Greft Materyalleria. Dondurulmuş kurutulmuş Iliak Kemik grefti ve İliğib. Sterilize Iliak Kemiği ve İliğic. Dondurulmuş Kurutulmuş Kemikd. Dekalsifiye Dondurulmuş Kurutulmuş Kemike. Dondurulmuş kurutulmuş fasya greftlerif. Dondurulmuş kurutulmuş dura greftlerih. Demineralize Dentinı. Kartilaj3- Xenogreftler

Tablo 1. Biyomateryallerin Young Modulus sıralaması.

1. Al2O3 (seramik)2. Co-Cr-Mo 3. Çelik4. Titanyum 5. Kortikal kemik6. Matriks polimerleri7. PMMA8. Polietilene9. Kansellöz kemik10. Tendon/ligament11. Kıkırdak




a. Kaynatılmış Sığır Kemiğib. Anorganik Kemik a.

C. İMPLANT BİYOMATERYALLERİ:1-Kalsiyum Karbonat2-Polimerlera.HTR (Hard Tissue Replacement)b.PMMA (Polimetilmetakrilat)c.Poliüretanlard.Silikonlar3- Seramiklera. Trikalsiyum fosfatb. Bifazik kalsiyum fosfatc. Hidroksilapatitd. Biyoaktif cam seramikler4- Karbon bileşikleri5- Kompozitler6- Titanyum ve Alaşımları7- Altın ve Alaşımları8- Krom-kobalt Alaşımları9- Krom-nikel Alaşımları10-Tantalyum Alaşımları11- Yönlendirilmiş Doku Rejenerasyonunda Kullanılan Membranlar12- Büyüme Faktörleri

MATERYAL -ORGANİZMA İLİŞKİSİ Materyal Özellikleri- Fiziksel- Mekanik- Elektrik Galvanik- RadyoaktifKimyasal- Kompozisyon- Elektrik Galvanik- Radyoaktif- KorozyonBiyolojik- Mikrobik- Toksik- İmünojenik- Mutajen- Kanserojen- Psikojenik

Organizma ÖzellikleriSağlam Organizma:• Nonspesifik (Enflamasyon)• Spesifik (İmmün):Humoral, Hücresel




• Dokunun proliferasyon hızı, RES hücreleriHasta Organizma:Nonspesifik (Enflamasyon), İnfeksiyon, Travma, PerfüzyonSpesifik (İmmün)Yetmezlik, Aşırı duyarlılık (Tip I,II,III ve IV) Doku Proliferasyon Hızı

A. MATERYALLERDE DAYANIKLILIKOrtopedide kullanılan materyallerin dayanıklılığını karşılaştırmak için bazı kavramla-rı bilmek gerekir. Bu temel kavramlar; 1. Yükler(Loads): Cisim üzerine etki eden yükler; shear stress(makaslayıcı kuvvetler), torsiyon(döndürücü), kompresyon(sıkıştırıcı), gerilme yönünde etki edebilirler.2. Deformasyon: Elastik ve plastik deformasyon olarak 2 ye ayrılır. Uygulanan kuvve-tin etkisiyle materyalin şeklindeki değişiklikleri tarif eder. 3. Elastisite (Elastiki deformasyon) : Kompresyon ya da gerilme kuvvetleri ortadan kalktıktan sonra materyalin istirahatteki ilk haline dönebilmesidir.4. Ekstensibilite: Uzatılabilirlik5. Stres: Kompresive ya da tensil kuvvetler karşı iç kuvvetlerin direncidir. Etkiye karşı tepki prensibinden yola çıkarsak Basınç= Kuvvet/ Alan formülünü fizik kurallarından hatırlarız. Aynı prensiple Stress= Kuvvet/ Alan olarak çevirebiliriz. Yani yüklere karşı cismin/ materyalin verdiği iç direnç ya da tepkidir. Ölçü birimi pascal(PA)= N/m2 (N= Newton) dur. Burada basıncın stresten farkı solid cisimlere dışardan uygulanan bir kuvvet biçimidir.6. Makaslayıcı Kuvvet( shear stress): Birbirine paralel olan karşı yönde iki kuvvetin cismin farklı noktalarından uygulanmasıdır.7. Strain(Gerginlik): Uygulanan kuvvete bağlı gelişen orjinal uzunluktaki değişim/ de-formasyon terminin benzer ölçeği. Uygulanan yükün zamanına bölünür. Birimi sani-ye-1 dir.8. Elastisitenin Young’s Modulusu: Materyallerin sertlik değerini temsil eder. Geril-me kuvveti altındaki maddenin deformasyona olan direncini gösterir. En önemli et-ken yük paylaşımındaki (load share) kapasitedir.

Şekil 2.1. Metallerin stress/strain eğrileri (Mechanics of materials / Ferdinand Beer ... [et al.]. — 6th ed )

E= STRESS/ STRAIN şeklinde formüle edilebilir. Belli bir gerilme kuvveti altında ma-teryal önce elastik zonu sonra plastik deformasyonun izlendiği zonu tamamlar. Plas-




tik deformasyon, kuvvet ortadan kalksa bile cismin eski halini almayacağı zondur. Eğer kuvvet uygulanmaya devam ederse en üst (ultimate) dayanma noktasına ulaşır. Eğer Stress/ strain eğrisi bu noktada devam ederse mukavemet sona erer ve kırılma gerçekleşir(breaking point).9. Shear Modulus: Shear stress/ Shear strain, Birimi= PaMateryal nedir? Hangi tipleri vardır?Izotropik Materyal: Herhangi bir yönde uygulanan kuvvete/yüke karşı aynı materyal özellikleri gösteren cisimAnizotropik Materyal: Uygulanan kuvvet yönüne göre farklı mekanik özellikler göste-ren cisim(Örn; Kemik)

ENDURANS LİMİT (DAYANIKLILIK SINIRI): Simetrik bir yüklenme siklusu içerisinde materyale uygulanan maksimum stres de-ğerleri herhangi bir değişikliğe sebep olmadan döngüyü devam ettirebildiği sınıra, o materyalin ‘Endurans Limiti’ denir. Kırılmaya olan dayanıklılığın en son noktasıdır. Materyallerin genelinde olduğu gibi ortopedik implantlarda da elektrokimyasal tep-kimeler gösterir. Bu elektrolit değişimler galvanik korozyon olarak bilinir. Korozyon bir tür aşınmadır ve kırılganlığı arttırır. Korozyonu en aza indirmek için ortopedik ma-teryallerin dizaynı ( konfigürasyonu) üzerinde çalışılmaktadır. Değişik tiplerde koroz-yon mevcutttur.

Bunlar;1. Sürtünme korozyunu: Tekrarlayan yükler altında veya titreşime maruz kalarak olu-şan metalik aşınmadır. Rotasyonla oluşması daha kolaydır.2. Uniform korozyon: Sıvıların akışkanlık hızıyla oluşturduğu erozyon.3. Pitting (oyuklaştıran) korozyon: Sürtünme ile oluşan erozyon4. Galvanik (elektrokimyasal) korozyon: Farklı elektrod potansiyelleri.5. Yorgunluk- Çatlak (Crevice) korozyonu: Eklem, menteşe, vida yerlerinde oluşur.6. Grafit korozyon: Tuzlu su veya asidik ortamda oluşan aşınma7. Konsantre hücre korozyonu: Oksijen radikallerinin elektrolitik etkiyle yüzeylerde yaptığı aşınmadır.Galvanik ve çatlak korozyona en yatkın metal çelik(316L) dir. Galvanik korozyonda en yüksek risk 316L ile Co-Cr alaşım arasında mevcuttur.Korozyonu azaltmak için implant seçerken benzer metaller kullanılmalı, implant di-zaynı geliştirilmeli, okside bir tabaka ile implant pasifize edilmelidir (örn, kromium oksitle kaplı çelik plak). Bu, implant üzerinin başka bir malzeme ile örtünmesi (coa-ting) sık uygulanan bir tekniktir.Ortopedide 3 tip alaşım implant kullanılmaktadır. Bunlar; Çelik alaşımlar, titanyum alaşımlar, cobalt alaşımlardır.• Mangenes: Kristalin stabiliteyi arttırır. Kromium, nikel, düşük karbon alaşımlar ko-rozyon oluşumunu azaltır. Kırık tespitinde kullanılan metallere ve metal artroplasti komponentlerine mangenes eklenerek kırılganlık azaltılmaktadır.• Titanyum çok yüksek düzeyde biyouyum gösterir fakat neoplaziler ile ilişkisi net-leştirilmemiştir.• Titanyum, torsiyonel ve aksiyel mukavemet açısından kemiğe en çok benzeyen metaldir.




Şekil 2.2. Düşük karbonlu çelik ve alüminyum alaşımların karşılaştırılması

Co-Cr alaşımlar titanyuma göre daha az metal debris oluşturur.

METAL OLMAYAN ORTOPEDİK MATERYALLER; Kemik ve materyal arasındaki ilişkiyi düzenlemek ve kolaylaştırmak için kullanılırlar. Daha çok artroplastilerde tercih edilmektedirler. Polietilen, UHMWPE (Ultra-high-molecular-weight polyethylene); Düşük sürtünme katsayısı, viskolelastik, abrazyona açık ve düşük elastik modulusa(E) sahip olması nedeniyle artroplastilerde eklem yüzeyi oluşturmak için kullanılırlar. Fakat sürtünme dirençlerinin düşük olması nedeniyle katastrofik korozyonlar görülmektedir.

Katastrofik polietilen aşınmasının bilinen nedenleri:• Varus diz, • İnce insört(< 6 mm), • Kötü (düz) tasarlanmış insört, • Isıl tedaviler…• Polietilende aşınmaya kusuru, çoğunlukla üçüncü bir inklüzyon ya da yabancı cisme bağlı gerçekleşmektedir.

PMMA (Kemik Çimentosu):İmplantın yük dağılımını sağlar. Yapıştırıcı değildir ama artroplastilerde metal impla-tın kemiğe sıkışmasını sağlar. Tensil ve makaslayıcı kuvvetlere kaşı zayıf, kompres-yon kuvvetlerine dayanıklıdır (kemikten daha az). Kemik stoğunun zayıf olduğu has-talarda tercih edilebilir. Düşük E(modulus) değerine sahiptir. Ameliyat esnasında kan basıncında ani düşüş olabilir. Çimentosuz implantlarda ise fiksasyon, direk kemik ve implant arasında ingrowth veya ongrowth ile gerçekleştirilmeye çalışılır.

OSTEOİNTEGRASYONU ETKİLEYEN FAKTÖRLER:• Por çapı (100-500 μm)• Başlangıç stabilitesi (<150 μm)• İmplant apozisyonu• Materyal özelliği (Tantalum, HA kaplama, büyüme faktörleri ile kaplama)• Çimento yatağındaki osteointegrasyona (kemik ve çimento arasında) rağmen fe-moral stem gevşemesi femoral implantların aseptik gevşemelerinde önemli etkenin implant -çimento arasındaki tutunma yetersizliğinden olduğunu düşündürmektedir.

SERAMİK ve SERAMOMETALİK MATERYALLER:Biyostabil, biyoaktif materyallerdir. Kırılgandır ve elastik deformasyon göstermez.




Yüksek E değeri(Modulus)ne sahiptir. Düşük esneme gerilimine sahiptir(Yield strain). Tensil direnci zayıf, kompressif direnci fazladır. Sürtünmeye karşı gösterdiği düşük direnç nedeniyle aşınma çok azdır. Kırılma diren-ciyse diğer metallerden daha azdır. 1. Biyoinert Seramikler: Alumina-seramik (Al2O3) and Zirconia seramikler (ZrO2) bu gruptadır. Artroplastilerde, protes yüzeylerinde aşınmanın yan etkilerini azaltmak için kullanılırlar.2. Biyoaktif Seramikler: Bonding Osteogenezis+, Vertebra protezlerinde, laminoplasti ve intervertebral spacer olarak kullanım (AW-GC) alanı mevcuttur. Sentetik greft ma-teryalleri olarakta kullanılırlar.HAC : Hidroksiapatit Seramikler, TCPC: Trikalsiyumfosfat Seramikler, BCPC: Bikalsi-umfosfat Seramikler3. Biyoresorbable Seramikler: İn vivo elde edilen ve kemik dokusuna eklenen mater-yallerdir.

KEMİK: Kollajen gibi organik ve hidroksiapatit gibi inorganik bileşenlerden oluşur. Anizotro-pik yapısı nedeniyle makaslama kuvvetlere en zayıf, kompresyon kuvvetlerinde ise çok güçlüdür. Kortikal kemiğin elastik modulusunu belirleyen ana etken mineral yo-ğunluğudur. Bu görevini hidroksiapatit ve kollajen yapısını etkileyerek gerçekleştirir.

KIRIK OLUŞUM BİYOMEKANİĞİAnizotropik bir materyal olan kemik, gelen yüklere karşı değişken yanıtlar verir. Tensil yüklere ve sıkıştırıcı (kompresif) yüklere verdiği cevap farklıdır. Vücudun vertikal aksı ile kemiklerin mekanik aksı arasında mükemmel bir denge vardır. Bu dengenin varus- valgus angulasyonu ile koronal planda değiştirilmesi eklemlere gelen bileşke kuvvetlerin yönünü değiştirir. Femurun sahip olduğu egzantrik (doğru-sal olmayan) yapılar; kalkar femorale, anterior boving ve femur başının sferisitesi de aksiyel yüklerin iletilmesinde önemli yapılardır.

Şekil 3. Femura ve tibiaya gelen aksial yüklerin etkisini görmektesiniz.




1. TENSİL KUVVET KIRIKLARI: Sıklıkla kaslasın çekme kuvvetiyle oluşur. Tipik olarak transverstir. Vertikal yöndeki kuvvet aksları incelenir. Materyalin cinsine göre yanıt ductile (eğilip uzama), brittle (kırılgan) olabilir. Şekil 4 de Tensil test modelini ve düşük karbonlu çelik ve aliminyum alaşımının tensil kuvvete gösterdiği yanıtı görmektesiniz. A da tensil test uygulamak için model; yük gelince elastik uzama olur. B de etki edecek kuvvetlerin yönlerini gör-mektesiniz; yük kalkınca B eski haline döner. C(a) de düşük karbonlu bir çelik mode-linde duktil tipte uzama olur ama yük kalkınca eski haline dönemez. C(b), eğer kuv-vet uygulanmaya devam ederse duktil kopma gerçekleşir. D de ise alüminyüm alaşım test modelinin brittle tipi kırılma modelini görmektesiniz. Çok az ya hiç uzama olma-dan kopma gerçekleşir.

Şekil 4. Tensil test modeli. A da tensil test uygulamak için model, B de etki edecek kuvvetlerin yönleri, C de düşük karbonlu bir çelik modelinde duktil tipte kırılma, D de ise alüminyüm alaşım test modelinin brittle tipi kırılma modeli.

Buradan hareketle tensil kuvvetlerin çelik ve alüminyüm alaşım üzerinde oluşturaca-ğı stres/strain eğrisi Şekil 2.2 deki gibi olacaktır.

KOMPRESYON KIRIKLARI: Aksial eksende kansellöz kemik üzerine karşılıklı etki eden kuvvetlerin oluşturacağı kırık tipidir. Sıklıkla yüksekten düşme sonucu oluşur ve vertabral cisim kırıkları buna en iyi örnektir.

Şekil 5. Kompresyon kırığı oluşum biyomekaniği




3. MAKASLAMA KIRIKLARI: Sıklıkla eklem çevrelerinde gördüğümüz kemik yüzeyine paralel ve zıt yönlerde etki eden kuvvetler kemik üzerinde kuvvetlere paralel olan bir kırık oluştururlar. Bu tip kı-rıklar pelvik halka yaralanmalarında iyi bilinmektedir. Asetabulumun Malgaigne ver-tikal shear kırıkları buna örnektir.

Şekil 6. Makaslama kuvvetini ve vertikal kırığı görmektesiniz.

4.BÜKÜCÜ (BENDING) KIRIKLAR: Egzantrik yüklere bağlı olarak kemiğin bir tarafında tensil kuvvet oluştururken diğer tarafında kompresif yüklenme oluşturur. Sıklıkla kelebek fragmanın eşlik ettiği kırık-lar oluşur. Örneğin yürümekte olan yayaya yandan femur cismine çarpan aracın se-bep olduğu kelebek fragmanlı femur cisim kırığı buna örnektir. Dört noktadan etki eden bükücü kuvvetler varlığında ise segmental kırıklar oluşur.

Şekil 7. Bükücü kuvvetler ve kırık modeli.

4. TORSİYON KIRIKLARI: Makaslayıcı ve tensil kuvvetlerin aynı anda longitudinal aksa etki etmeleri sonucu oluşan kırıklardır. Sıklıkla spiral kırıkla sonuçlanır.

Şekil 8. Spiral kırık modeli




BİYOMEKANİKİnsan, hayvan, bitki, organ ve hücre gibi biyolojik sistemlerin fonksiyon ve yapısı üze-rine yapılan çalışmalar biyomekaniğin konusudur. İnsan dokularının özellikleri ve me-kanik streslere dokuların yanıtı ne olacaktır sorusuyla ilgilenir. Mühendislik biliminin daha çok üzerinde durduğu bu konu tıp alanında da yeni engin fikirlere kapı açmak-tadır. Başarılı bir biyomekanik mühendisliği sayesinde yeni ve en uygun materyal ta-sarımları yapılmaya çalışılmaktadır. Rotasyon merkezi: Diz gibi bazı eklemlerin rotasyon merkezi, hareket arkı boyun-ca kavisli bir yol çizer. Eklem yüzeylerinde oluşan kinezyolojide bazı temel kavramlar vardır. Bunlar dönme, kayma, sürtünme, lubrikasyondur.

YÜRÜYÜŞ PATERNLERİNORMAL YÜRÜYÜŞ:Normal yürümenin tanımı, vücudun ritmik ve dengeli hareketleriyle yerçekimi mer-kezini bozmadan en az enerji kullanımıyla ileri ivemelenme ve yer değiştirmesidir.Yürüyüşün 3 temel unsuru:1. Vücut Ağırlığını Taşıma (Weight bearing) - STATİK STABİLİTE: Kasların düşmeyi önleyecek kuvvet/moment oluşturması (Pos-tür stabilitesi)- DİNAMİK STABİLİTE: Ayağı stabil bir yapı oluşturacak şekilde ileri atarak, kısa sü-reli instabil konumları düşmeden geçiştirmedir.2. Öne İvmelenme (Limb advancement)3. Frenleme (Shock absorption)Üst ekstremiteler yürüme esnasında ağırlık merkezini korumak için salımın hareket-leri ile yürümeye katkı sağlar. Yürüme esnasında vücudumuzun ağırlık merkezi Sakral 2. vertebranın (S2) önünden geçer.

Şekil 9. Serbest cisim diyagramı, vücudun ağırlık merkezi S2 nin önünden geçmekte.

Yürümenin 2 fazı vardır. 1. Duruş (stance) fazı: 5 aşamadan oluşur.• Topuk Vuruş• Düz Ayak• Orta Duruş• Topuğun yerden kalkışı




• Ayak parmaklarının yerden kalkışı2. Salınma(swing) fazı: 3 aşamadan oluşur.• Hızlanma• Orta Salınma• YavaşlamaYürüme siklusu her iki alt ekstremitenin birbirini takip eden bir sonraki topuk vuruşu fazıyla devam eder. Normal yürüme siklusu için iyi bir kas kuvveti, sağlam kemikler, tam bir sinir ileti sistemi gerekir. Normal yürümede değerlendirilen diğer parametre-ler; adım mesafesi, adım genişliği, aynı tarafın ardışık topuk vurma mesafesi(stride lenght), ritim, dakikada alınan mesafeye göre hız.Anormal yürüme tipleri genel olarak 4 e ayırabiliriz. Bunlar;1. Kas ve tendon yetmezliklerine bağlı yürüme bozuklukları: Gluteus Maksimus, Qu-adriceps kası, patellar tendon, aşil tendon yetersizliklerinin neden olduğu yürüme tip-leri. Gastrosoleus ve aşil yetmezliklerinde kalkaneal yürüme görülür. Kalkaneal yü-rümede duruş fazının topuk vuruşu haricindeki tüm aşamalar etkilenmiştir. Yüksek adımlama yürüyüşünde; ayak ve ayak bileği dorsifleksörler kas yetersizliği ve diğer düşük ayak nedenleri duruş fazında topuk vuruş sağlayamaz. Topuk vuruşun yapıla-mayınca hasta ayak ve bacağını yukarı kaldırarak ilerler. Topuk vuruşundan önce par-maklar yere değer.2. Kemik ve eklemlerde görülen değişikliklere bağlı yürüme bozuklukları: Sıkı diz, sıkı kalça eklemi ve bacak kısalığına bağlı olabilir. Salınma fazı boyunca kalça ve diz flek-siyonu sağlanamaz. Hasta bacağı fleksiyona alamayınca pelvisi yukarı çeker. Sıkı diz-de ayağın yerden kalkış(toe off) aşaması tamamlanamaz. Bacak kısalığının 2 cm den fazla olması durumunda karşı taraf omuz ve gövde, ağırlık merkezinin korumak için dışa- laterale yer değiştirir. 3. Sinir sistemi patolojilerine bağlı yürüme bozuklukları: Makaslama yürüyüş: Sıklıkla serebral palside kalça adduktörlerindeki spazma bağ-lı olarak ortaya çıkar. Festinant Yürüme: Parkinsonizm’ e bağlı ortaya çıkan küçük adımlama yürüyüşüdür.Taban vurma (stamping) yürüyüş: Sensorial kayıp, periferik nörit, tabes dorsalis gibi durumlarda görülür. Sensörial ataksi nedeniyle hasta ayak tabanıyla yeri döver. Ayyaş yürüyüşü(ataksi): Serebellar hasara bağlı olarak görülen motor ataksi yürüme paternidir. Motor koordinasyon sağlanamaz ve hasta yalpalar.Hemiplejik yürüme: Omuz addüksiyonda, dirsek ve el bileği fleksiyonda ve ön kol pronasyondadır. Alt ekstremite ise sirkumduksiyon hareketi gösterir. Yürümenin tüm aşamaları etkilenir. Duruş fazı son evresinde ayak parmak yerden kalkışı sağlanama-dığı için bunu çembersel hareketle telafi eder.Diplejik yürüme: Kalça ve diz eklemleri fleksiyonda, bacaklar iç rotasyondadır. Her iki alt ekstremite sirkumduksiyonal hareketlerle kısa adımlama yapar. 4. Mikst tip yürüme bozukluğu: Müsküler yetmezlik, kemik-eklem ve sinir patolojile-rini beraberinde barındırabilen yürüme bozukluğu paternidir. En iyi örneği Trenden-lenburg yürüyüşüdür.Trendelenburg yürüyüşü: Kalçanın abduktor mekanizmasını etkileyen 4 komponent vardır.- Destek noktası olarak adlandırdığımız fulcrum, femur başıdır.- Manivela : Kaldıraç kolu görevi gören femur boynudur.- Kuvvet kolu: Gluteus mediusun uyguladığı bileşke kuvvettir.- Stimulus: N. Gluteus Superior’un innervasyonu abduktor adeleye motor fonksiyon




sağlar.Bilateral abduktor mekanizmanın hasar görmesi durumunda bilateral trendelenburg yürüyüş ya da paytak yürüme paterni gelişir.

KALÇA BİYOMEKANİĞİ: Eklem tepki kuvvetleri(R), kalçada vücut ağırlığının 3 ile 6 katına ulaşabilir. Sferik bir eklem yapısında olan kalça eklemi üç planlı hareket aksına olanak verir.

Şekil 10. Femur başı orijin alınırsa abduktor kol ile olan mesafe A, vücüdun orta hattından geçen ağırlık merkezine(W) olan uzaklık B olarak ölçülürse A/B=5/12.5 e denk gelir. A/B artarsa R azalır.

Yürüme analizlerine bakıldığında Trandelenburg yürüyüşünde görülen abduktor yet-mezlik nedeniyle R azaltılmaya çalışılır. Bunu yapmak için vücut ağırlık merkezini kontralaterale kaydırır. Süperior Gluteal si-nir lezyonunda görülen bu yürüyüş biyomekaniği, sağlam kalça eklemi üzerine yük ak-tarımına dayanır. B kolunu kısaltarak R azaltılıp sağlanmış olur (Şekil 10).

Tablo 2. Kalça eklem hareket açıklıkları

Hareket Ortalama (derece) Fonksiyonel(Derece)

Fleksiyon 115 90 (120 çömelirken)

Ekstansiyon 30

Abdukisyon 50 20

Addüksiyon 30

İç Rotasyon 45 0

Dış Rotasyon 45 20




Şekil 11. X=Y. Femur boyun- şaft açısı normalde 120°-135° arasındadır. Anatomik aksın inklinasyonu midsagittal plana 9 derece ve mekanik aksa 5 to 7° dir. Etki eden kuvvetlerin bileşkesi R, midsagittal plana 16° dir.

Sourcil Sign; Superomedial asetabulumda radyografik olarak izlenen subkondral dansite artışı gözlenen alanda R (eklem tepki kuvveti) en yüksek noktaya ulaşır[1](Şekil 12).

Şekil 12. Sourcil Sign

Femur proksimal kırıklarında lag vidası ile fiksasyonda femur boyun-cisim açısı ve anterversiyon kadar tip-apex mesafesininde değerlendirilmesi gerekir. Bu tip-apex mesafesinin <25 mm olması lag vidasının cut-out failure riskini azaltır. Bunun yanın-da lag vidasının kalkara yakın yani inferior yerleşimli olması da cut-out riskini azal-tır.[2]




TRİBOLOJİ: Eklem özelliklerini ve interaktif eklem hareketlerini inceleyen bilim dalıdır. Üç ana komponenti içerir. Bunlar, Sürtünme, Aşınma ve Lubrikasyondur. Özellikle kalça pro-tezlerinin tasarımı tribolojinin ilgi alanıdır. Temas halindeki iki eklem yüzeyinin hare-ket halindeyken yük altında sürtünmesi, adezyon, abrazyon gibi etmenlerle yüzeyler-de aşınma ve eklem sıvısının yüzeyleri yağlayıcı etkisi araştırılmaktadır. Lubrikasyon, lambda (λ) oranı ile değerlendirilir. Yüksek λ değeri sürtünmeyi azaltır[3]. Tribolayer yüzeylerde spektroskopik/ elektromagnetik araştırmalar günümüzün po-püler araştırma konularıdır. Genç yaşlarda protez kullanımının artması nedeniyle daha az aşınma ve metal debris, daha az iyonize alaşımlar üzerinde çalışılmaktadır. Polarizasyon direnci ve kapasitans çalışmaları ile tribolayer yüzeylerin korozyon ki-netiklerinin araştırıldığı bir çalışmada yüksek karbonlu (HC) tribolayer yüzeylerde en düşük korozyon değerleri elde edilmiştir[4]. Günümüzde yoğun olarak kullanılan seramik- metal kalça protezlerinin seramik-seramik ve metal-metal protezlere göre daha az aşınma, debris ve iyonizasyon gös-terdiği bildirilmiştir[5]. Boyun / stem çukur (Crevasse) bileşkesinde korozyon, düşük Ph değerlerinde hexavalent cromium oluşumuna daha elverişlidir[6]. Bir diğer tartışma konusu ise femoral stem seçimi ve tasarımı ile ilgilidir. Single Mo-düler boyunlu protezlerde yüksek ve erken revizyon oranları bildirilmiştir. Straight bo-yun ve ince stem seçiminde boyuna gelen stres maksimumdur[7]. • Çimentolu kalça protezlerinde 2 mm den daha az mantolama çatlama riskini art-tırır.• TKP de küçük baş seçimi ROM ve stabilite azalmasına sebep olur.• Büyük baş seçiminde ise ROM ve stabilite artmasına karşın polietilen aşınmasında ve sürtünmede artmaya sebep olur.• Femoral stemin nötral ya da hafif valgusta konması moment kolunu ve sement stresini azaltır. Offsetin büyümesi durumunda abduktor moment kolu eklem merkezinden uzaklaşır, implant üzerinde bükülme momenti(bending) artar. Mediale konulan çimento üzerine gelen stres artar. Total kalça protezlerinde yıllık polietilen aşınma miktarı 0.1 mm dir.

DİZ BİYOMEKANİĞİVücudun en büyük sinoviyal eklemi dizdir. Dizilimin tam sağlanabilmesi için alt eks-tremite akslarının iyi bilinmesi gerekir.

Şekil 13. Alt ekstremite mekanik, vertikal ve anatomik aksları.




Dizi stabilize eden 4 ana bağ vardır. Bunlar ön ve arka çapraz bağlar, lateral ve me-dial kollateral bağlardır. Bunlardan en çok yaralananan bağ ÖÇB dir. Ön çapraz bağ dizin öne kaymasında pasif stabilizatördür ve anteromedial demeti fleksiyonda ger-gindir. Posterolateral band ise ekstansiyonda gergindir. Bu gerginlik ön çekmece tes-tinde 5- 8 mm öne kaymaya müsade eder. ÖÇB, tamamen intraartiküler bir yapı olup hiçbir kapsüler bağlantısı olmayan tek diz bağıdır. ÖÇB ortalama 38mm uzunlukta ve 11 mm çaptadır[8].

Şekil 14. Ön çapraz bağ

Diz eklemi, mobil trocho- ginglimus tipi sinovial bir eklemdir. Bu sıradışı eklem ya-pısı sayesinde kondiller üzerinde pergel hareketi yapar. Hareket esnasında rotas-yon merkezi sürekli hareket eder. Bu harekete özel olarak polisentrik (çok merkez-li) rotasyon da denir. Eğer hareket esnasında oluşan merkezler işaretlenebilirse ‘ J’ şeklinde bir kıvrım(curve) elde edilir. Hareketler aynı anda ‘rolling’(yuvarlanma) ve ‘sliding’(kayma) içerdiği için diz eklemi biyomekaniği günümüzde halen taklit edile-memiştir.

Diz eklemine gelen yükler yürürken vücut ağırlığının 3 katına, merdiven çıkarken 4 katına çıkar. Menisküsler yükün paylaştırılmasına ve aktarılmasına katkı sağlar. Menisektomi son-rası temas stresi artar ve gonartroz hızlanır.

Tablo 3. Diz Hareket Açıklıkları (ROM)


Fleksiyon 130 120(117° Çömelme)

Ekstansiyon 10 0

Abdukisyon 0 0

Addüksiyon 0 0

İç Rotasyon *35 35

Dış Rotasyon *45 45

* : diz 90 ° fleksiyondayken




Quadriceps kası; yürümenin salınım ve duruş fazlarında görev alıp diz ekstansiyonu-nu sağlar.Diz 60 derece fleksiyonda en yüksek kuvvete ulaşır. Patellofemoral eklem, dizin eks-tansiyon mekanizmasında kuadriseps kasının kuvvet kolunu büyüterek ve kas kuvve-tinin yönünü değiştirerek dizin stabilitesinde rol oynayan parçalardan biridir.Total Diz Protezi(TDP) uygulamalarında alt ekstremite aksı dikkate alınmalıdır. Fe-murun anatomik aksının mekanik aksa olan 6 derece valgus açılanması normaldir.TDP uygulamalarında bu mekanik aksın korunması çok önelidir. Dizde varus ka-bul edilemez. Dizde dizilimin sağlanması(alignment) kadar tibial posterior slopun-da(10+-4 der.) korunması diz fleksiyonu için önem arzeder.[9]

Şekil 15. Tibial keside posterior slop derecesini metafizodiyafizer açı da etkiler.

Bir çok yazar PCL nin ileri derecede artroza bağlı kontrakte olduğunu ve korunması durumunda diz haraket açıklığında kayba sebep olacağını savunmuştur. Bir tarafına arka çapraz bağı koruyan, diğer tarafına ise arka çapraz bağı kesen total diz eklem protezi uygulanan hastalar üzerinde yapılan yürüme analizi çalışmasında iki protez arasında diz hareket, moment, kas aktivitesi açısından fark bulunmamış-tır. Her iki tasarımın da yürüme ve merdiven çıkma yönünden başarılı oldukları görül-müştür[10]. Dizde valgus deformitesi bayanlarda ve kısa boylularda daha fazla gö-zükür. Sıklıkla femoral tarafta deformite belirgindir. Femur internal rotasyonda, tibia eksternal rotasyonda izlenir.[11] Tipik olarak lateral femoral kondil defektiftir. Ante-roposterior keside hafif 3- 4 derece eksternal rotasyon verilmelidir.

Tablo 4. Dizi stabilize eden yapılar.

Yönler Yapılar

Medial Superficial MCL (primer), eklem kapsülü, medial meniskus, ACL/PCL

Lateral Eklem Kapsülü, IT band, LCL (middle), lateral meniskus, ACL/PCL (90 degrees)

Anterior ACL (primer), eklem kapsülü

Posterior PCL (primer), eklem kapsülü; PCL, internal rotationla sıkılaşır

Rotasyonel Kombinasyonlar: MCL,eksternal rotasyonu ; ACL,internal rotasyonu kontrol eder




Şekil 16. Posterior kondiler kesinin transepikondiler aksla ikişkisi.

Fleksiyonda posterolateral instibilite olabilir.[12] Posterior kesi lateralde medialden daha az olmalıdır. Valgus dizde eklem çizgisi distal kesiden sonra eleve olur bu ne-denle posterior stabilize eden (PS) diz protezi tercih edilmelidir. Distal keside ise tibi-al kesi nötralken (90 derece), femoral distal keside valgus açılanmasından dolayı +5 dereceden 7- 8 dereceye çıkarmak gerekir.[13-15]

OMUZ BİYOMEKANİĞİOmuz eklemi, vücudun en sık disloke olan eklemi olması nedeniyle önemlidir. Omuz kinematiğini oluşturan 4 eklem vardır. Bu eklemler;1. Akromioklavikular Eklem2. Sternoklavikular Eklem3. Skapulotorasik Eklem ya da Artikülasyon4. Glenohumeral EklemBu eklemlerin omuz ROM larına katkısı önemlidir. Omuz koronal planda 30 derece anteriora yerleşimlidir. Abduksiyonda; Glenohumeral hareket 120 derece, Skapuloto-rasik hareket 60 derece hareket açıklığı sağlar. Glenohumeral eklem hareketleri, ro-tasyon + rolling + translasyonun kombinasyonudur. Akromiyoklaviküler Eklem; 30 de-recelik bir rotasyon hareketine sahiptir.Kolun elevasyonunda hareketin 1/3’ünü skapulotorasik eklem, 2/3’ünü glenohumeral eklem üstlenir. Bu oran sabittir ve “skapulohumeral ritm” denirOmuzun 90° abdüksiyonunda, omuzun anterior translasyonunu önleyen anterior infe-rior glenohumeral ligamandır. İlave olarak; glenoidi derinleştiren ve humerus başına karşı takoz görevi gören, inferior glenohumeral ligamentle süreklilik gösteren labru-mun da önemli stabilizasyon görevi vardır[16]. Humerus başının inklinasyon açısı; 125 ve retroversiyon açısı 25 - 30 derecedir.

İnferior glenohumeral ligament en önemli statik omuz stabilitazörüdür.




Şekil 17. Humerus Retroversiyon Açısı, Sağ Humerus Caudocranial Görünüm.

Süperior glenohumeral ligament: omuzun addüksiyonda inferiora çıkmasını engeller. Rotator manşet kasları ise dinamik stabiliteye en önemli katkıyı sağlar. Omuzun in-feriora dislokasyonu eklem içi negatif basınç ile engellenir.

DİRSEK BİYOMEKANİĞİDirsek eklemi (Articulatio cubiti) humeroradial ve humeroulnar ve proksimal radio-ulnar eklem kompleksinden oluşur. Humeroulnar eklem trochlear(ginglimus) tiptedir. Rotasyon merkezi trochlea olup eklemin asıl stabilitesini medial ve lateral kollateral bağlar sağlar. Dirsek eklemi 0-150 derece fleksiyon, 84 derece supinasyon 85 dere-ce pronasyona izin verir.

Medial kollateral ligamnetin (MCL) anterior, posterior ve transvers olarak 3 bandı vardır. MCL, tam ekstansiyonda % 30 valgus stabilitesi sağlar, 90 derede fleksiyon-da % 50 valgus stabilitesi sağlar. En önemli valgus stres stabilizatörü Anterior oblik fibrillerdir. Radius başı: Valgus stresine karşı 2. en önemli stabilizatör ise radius başıdır. 0 - 30 derece fleksiyon ve pronasyonda önemlidir.Transvers bağın diğer adı ise Cooper Ligamanıdır ve stabiliteye pek katkı sağlamaz. Lateral kollateral bağ ise 4 banddan oluşur.Bunlar, radial kollateral, anüler bağ, late-ral ulnar kollateral bağ ve aksesuar lateral kollateral bağdır. Kuadrat bağ, ulna ile anüler bağ arasında eklem kapsülünün üzerini örten ince bir fib-röz tabakadır.

Tablo 5. Dirsek Hareket Açıklıkları (ROM)


Fleksiyon 150 30-130

Ekstansiyon 0

Pronasyon 80 50

Supinasyon 85 50




Şekil 18. Taşıyıcı Açı, ulnanın uzun ekseni ile humerusun uzun ekseni arasındaki taşıyıcı açı olarak adlandırılır. Bu açı er-keklerde 7-12°, kadınlarda 13-16°’dir.

Humerusun trochlea sı ve kapitulumu (birlikte humerusun kondilini oluştururlar) ta-rafından oluşturulan ortak merkezli eksen humerusun distal bölümünün anterior kor-teksi ile aynı planda bulunur. Bu ortak eklem yüzeyi yaklaşık 5 derece içe, 6 derece valgusa yönelmiştir. Lateralden bakıldığında humerus’un distalinde, eklem yüzünün kemiğin uzun aksına göre yakla-şık 30 derece öne doğru dönük olduğu görülür.

Şekil 19. Epikondiler akslar arası açı; 30 derecedir.

Posterolateral rotasyonel instabilite, en yaygın dirsek instabilitesi modelidir. Pos-terolateral çıkık genellikle, koronoid çıkıntının doğrudan troklea humerinin altından geçtiği posterior çıkıklardan daha sık gözlenir. Akut çıkıkların ardından tamir edilen medial kollateral bağın anterior bandının cerrahi onarım sonuçlarının, ameliyat uygu-lanmayan olgulardan daha üstün olduğu gösterilememiştir[17].




Şekil 20. Dirsek momenti ve ağırlık kolunun illistrasyonu. Radial tuberosite yapışan biceps brachii kasının dirsek momen-tine olan uzaklığı ortalama 3.4 cm dir. El bileğine yerçekimi yönünde etki eden ağırlığın (G) biseps kası tarafından uygula-nan kuvvetle ( F) dengede tutulabilmesi için (Gx30 cm=Fx3.4 cm) 10 kata yakın bir kuvvet uygulaması gerekir. Dirsek ek-lemindeki moment noktasının değişmesine sebep olan patolojiler bisepse aşırı yük bindirir.

EL BİLEĞİ VE EL BİYOMEKANİĞİKarpal Kollaps: Karpal yüksekliğin 3. metakarp yüksekliğine oranının o.54 olması gerekir (Şekil 21: b/a=0.54). Bu oranın azalması kollaps olarak adlandırılır. Ulna distali, karpal kemikler ile trianguler fibrokartilajinöz kompleks (TFKK) aracılığıyla bağlantı yapar. El bileği-nin yük aktarımı %80 oranında radiokarpal eklem yoluyla olurken %20 oranında ulna distali ve TFKK aracılığı ile olur. Ulnar varians artışı, ulnaya binen yükte artışa sebep olur. Skafolunat açı 30-60° arasındadır.

Şekil 21. El bileğinin biyomekaniğini sağlayan önemli açılar ve ölçümler.




Radial inklinasyon açısı: 21-25°, radial yükseklik 10-13 mm ve palmar tilt: yaklaşık 12° olmalıdır.Metakarpo-falengeal eklemler: 100° fleksiyon, 60 ° abdüksiyon ve addüksiyon hareketi yapar. Proksimal interfalengeal eklemler: 110° fleksiyon, Distal interfalengeal ise 60 ° flek-siyon yapabilir.

AYAK VE AYAK BİLEĞİ BİYOMEKANİĞİAyak ve ayak bileğine ait herhangi bir eklemde hareket kaybı, kas zaafiyeti, yumuşak doku hasarı, kemik dizilimindeki bozukluklardan herhangi biri yürüme bozukluğuna sebep olabilir. Bu nedenle, bu kompleksteki herhangi bir parçanın yaralanması diğer komponentlerde artan strese sebep olur. Talus mortis pozisyonundayken ayak bile-ği bir tür menteşe eklem gibi davranır ve sadece plantar ve dorsifleksiyona izin verir. Mortis pozisyonunda inversiyona ya da eversiyon görülmez. Normalde ayak bileği 20° dorsifleksiyon ve 50° plantar fleksiyona izin verir. Normal ayak bileği eklemi-nin aksı her iki malleolun ucunu birleştiren bir çizgiden geçer ve hafifçe laterale ink-linasyon gösterir. Bir diğer önemli eklemse subtalar eklem olup 40° hareket açıklı-ğı sağlar. Bu eklemin rotasyon aksı ise medial dorsal navikular ve kalkaneusun late-ral plantar doğrultusundan geçer. Subtalar eklem inversiyon ve eversiyon hareketle-rine olanak sağlar. Ayak bileği güçlü ligamentlere sahiptir. Medialde; medial malleoldan başlayıp talus-navikular ve kalkaneusa dağılan deltoid bağ bulunur. Lateralde; 3 banttan oluşan la-teral ligament kompleksi bulunur. Bunlar, anterior talofibular ligament (ATFL), kal-kaneofibular ligament (CFL) ve posterior talofibular ligament (PTFL) tir. En sık ya-ralanan ayak bileği bağı ise ATFL dir. Metatarsofalengeal eklemler, normal yürüme fazının Push- off(itme) evresinde görev alırlar. Plantar kalkaneonavikular ligament (spring lig.) talus başını askıya alır ve uzun plantar ligamentle birlikte ayağın medial longitudinal arkını oluşturur. En sık karşılaşılan anstabil kırık paterni; pronasyon eksternal rotasyon yaralanmala-rında olur. Medial tarafta deltoid ligamentin kopmasıyla ya da medial malleol kırığıy-la başlayan patoanatomi lateralde ATFL nin kopmasıyla devam eder.

Tablo 6. El bileği Hareket Açıklıkları (ROM)


Fleksiyon 65 10

Ekstansiyon 55 35

Radial Deviasyon 15 10

Ulnar Deviasyon 35 15

Tablo 7. El ve parmak artrodezlerinde eklem açıları

EKLEM Ortalama FLEKSİYON(derece)

MKP 20- 30

PİP 40-50

DİP 15-20

BAŞPARMAK

BAŞPARMAK MKP 25

BAŞPARMAK İP 20




Şekil 22. Ayak bileği ve dizin kaudokranial planda ilişkisini görmektesiniz. Proksimal tibianın transvers aksı ile distal (bi-malleolar alan) tibianın transvers aksı arasında 23 derecelik bir fark görülür. Bu açı distal tibia diafiz kırıklarında çok önemlidir. 23 derede dış rotasyonun dikkate alınmadan yapılan fiksasyolar anatomik redüksiyon kabul edilemez.

Şekil 23. Ayak bileğinin açılarını görmektesiniz.

Tibianın mekanik aksı ile tibio talar eklem çizgisi arasında lateralde kalan açı 89 ° dir ve Lateral Distal Tibia Açısı olarak bilinir (Şekil 23). Bu açının artması varus deformi-tesi ile sonuçlanır. Ayak bileği rotasyonel aksıysa 28 ° dış rotasyondadır.

KEMİK KAYNAMASININ BİYOMEKANİKLERİKemik kaynamasında en önemli faktör stabilitedir. Stabilite ise gerginliğe(strain) bağlıdır. 1. Mutlak stabilite: Fizyolojik yük kırık hattında herhangi bir harekete sebep olamaz. Kemik kaynaması kallus formasyonuna gerek duymaz. Strain düşük ya da sıfırdır. Kaynama süresi uzundur ve grafide karar vermek zordur.(Örn; kilitli plaklar, lag vida-lar, vb)2. Göreceli stabilite: Fizyolojik yükler altında kırık hattında mikro harekete izin veren denge vardır ve bu denge kallus oluşumuna izin verir. Makrohareket olursa hipetrofik nonunion oluşabilir. (Örn, İMN, köprü plaklar, external fixatorler, alçılama)




Strain, kaynamanın türünü belirler. % 2 den az strain(gerginlik) primer ke-mik iyileşmesiyle (endosteal) sonuçlanırken, %2 - %10 strain sekonder kemik iyileşmesiyle(enkondral) sonuçlanır. %10 dan fazla strain kaynamayı sağlayamaz. Strain kırık hattındaki değişiklik olarakta düşünülebilir. Farklı Kemik Tiplerinde Kaynama:1. Diafizer: Kanlanması daha az olduğu için daha uzun kaynama süresi, Kompresyo-na daha elverişli2. Kansellöz(Metafizer): Kanlanma daha iyi, kaynama daha hızlı, strain daha düşük

İMPLANTLAR VE BİYOMEKANİKİyi bir implant nasıl olmalı?• Elastik modulusu kemiğe yakın olmalı (örneğin; kemiğe en yakın materyal, titan-yum)• Biyouyumlu olmalı• Kimyasal stabilitesi olmalı• İyi biçimlendirilebilir olmalı• Yorgunluk direnci yüksek olmalı• Mekanik olarak dayanıklı olmalı• Radyoaktif ve toksisitesi olmamalı• Kanserojen içermemelidir• İnfertiliteye sebep olmamalıdır.

EN SIK KULLANILAN ORTOPEDİK ENSTUMANLAR1. Lag Vidalar: Rijid interfragmente sıkıştırma sağlar(mutlak stabilite).

Şekil 24. Kırık hattına dik (90 der.) yerleştirilen kortikal vidanın çektirme etkisiyle mutlak stabilite sağlaması buna ör-nektir.

Deforme edici kuvvetleri nötralize eder ve gerinim küçük bir alana konsantre edilir.2. Pozisyon Vidaları: Plağı kemiğe komprese eder fakat interfragmente kompresyon sağlamaz. Plak ve vida arasında sürtünme, bükülme ya da pullout direnci artar. Dis-tal tibiofibular sindesmoz vidalarıda pozisyon vidası olarak bilinir.




Şekil 24.2. Farklı vida tipleri

3. Plaklama: Bükülme dengesinin sağlanmasında plak üzerindeki vidalardan çok pla-ğın boyu daha önemlidir. Bükülme stabilitesinde önemli olan vidaların pozisyonudur ve son vida delikleri dolu olmalıdır. Uzun plaklar gerinimi daha geniş alana yayar. Plaklar yük taşıma özelliğindedir(Load bearing). 4. Kompresyon plaklar: Plak üzerindeki oval delikler kompresyon yapmak için tasar-lanmıştır. Düzgün uygulandığında mutlak stabilizasyon sağlar. Plağın kemik üzerinde kayması esasına dayanır. Plağın karşı tarafında gap açıklığı oluşmasını engellemek için plağı hafif bükmek gerekebilir. Uygulama sırası, nötral pozisyonda kırığın karşı tarafına kompresyon vidası konduktan sonra lag vidası uygulanır. Kompresyon plak-larının sıkı teması periosteal kan akımını azaltır ve osteopeniye sebep olur. 5. Köprü plaklar: Amaç fragmanların temasını ve dizilimi sağlamaktır. Göreceli stabi-lizasyon sağlanır. Elastik deformasyon görülebilir. Vidalar kırık parçalara yakın olma-malıdır. Kilitli vidalar açısal stabiliteyi sağlar ve osteoporotik kemiklerde, kısa meta-fiziyel segmentlerde tercih edilir.6. Buttress plaklar: Metafizyel fragmanlara mutlak denge ile stabilizasyon sağlar. Kı-rık hattına 90 derecelik açıda destek sağlayıp, tipik olarak eklem ilişkili deplase me-tafizer kırıklarda kullanılır.

Şekil 25. Buttress plak, bu tip plaklar tibia platonun deplase kırıkları gibi kırıklar için idealdir.

7. Perkütan pinleme: Genellikle köprü plaklamalarda, submuskular yerleştirilen plak-ların küçük inzisyonlara tespitini sağlayan tekniktir. Medüller ve periosteal kan akı-mını korumada daha iyidir.8. Kilitli plaklar: Plak üzerindeki yivli alana uygun özellikte tasarlanmış başı yivli vida tekniğidir. kemiği plağa çektirmez, vidayı plağa kilitler. Plak kemik üzerinde sürtün-




me ve kompresyon yapamaz. Vidalar sadece sabit açıda gönderilebilir. Özellikle uns-tabil, kısa segmentli metafiziyel kırıklarda ve osteoporotik kemiklerde çok kullanışlı-dır. Tek korteks kilitli vidalar tipik olarak metafiziyel kemiklerde tercih edilir. Kaliteli diyafizer kemiklerde bikortikal kilitli vidalarla benzer pull-out kuvvetine sahiptir. Tor-siyonel kuvvetlere karşı zayıftır.9. İntramedüller çiviler: İlk kez Gerhard Küntscher tarafında 1939 da tarif edildi. Za-man içinde geliştirilen bu imlatlar famur ve tibia şaft kırıklarının standart tedavi-si haline geldi. Yük paylaşımlı implantlardır. Çap arttıkça mukavemet ve sıkılık artar. Yaygın olarak tibia, femur ve humerus kırıklarının tedavisinde kullanılan çiviler artık artrodez cerrahilerinde de yoğun olarak tercih edilmektedir. Kilitli, kilitsiz, navigas-yonlu, freehand, anatomik, gama çivi, elastik çivi, kuntscher gibi değişik çiviler bulun-maktadır.10. Artroskopik İşlemler: Birçok kulanım alanı bulunan artroskopi en sık diz, omuz ve ayak bileğinin tanısal ve girişimsel tedavisinde kullanılır. Öğrenme eğrisi dizde daha kolayken kalça ve omuzda daha uzun sürer. Başarılı tekniklerle günümüzde birçok ek-lem içi patoloji kapalı olarak tedavi edilebilmektedir.

Şekil 26. Diz artroskopisi el aletleri.

Kaynaklar1. Bittersohl, B., et al., EOS imaging of the human pelvis: reliability, validity, and controlled comparison with radiography. J Bone Joint Surg Am, 2013. 95(9): p. e581-9.2. Kashigar, A., et al., Predictors of failure for cephalomedullary nailing of proximal femoral fractures. Bone Joint J, 2014. 96-B(8): p. 1029-34.3. Clohisy, J.C., et al., Reasons for revision hip surgery: a retrospective review. Clin Orthop Relat Res, 2004(429): p. 188-92.4. Mathew, M.T., et al., Tribolayer formation in a metal-on-metal (MoM) hip joint: an electrochemical investigation. J Mech Behav Biomed Mater, 2014. 29: p. 199-212.5. Williams, S., et al., The 2007 Otto Aufranc Award. Ceramic-on-metal hip arthroplasties: a comparative in vitro and in vivo study. Clin Orthop Relat Res, 2007. 465: p. 23-32.6. Kotas, J. and Z. Stasicka, Chromium occurrence in the environment and methods of its speciation. Environ Pollut, 2000. 107(3): p. 263-83.7. Lanting, B.A., et al., Correlation of corrosion and biomechanics in the retrieval of a single modular neck total hip art-hroplasty design: modular neck total hip arthroplasty system. J Arthroplasty, 2015. 30(1): p. 135-40.8. Girgis, F.G., J.L. Marshall, and A. Monajem, The cruciate ligaments of the knee joint. Anatomical, functional and expe-rimental analysis. Clin Orthop Relat Res, 1975(106): p. 216-31.9. Fujimoto, E., et al., Significant effect of the posterior tibial slope and medial/lateral ligament balance on knee flexion in total knee arthroplasty. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2013. 21(12): p. 2704-12.10. Bolanos, A.A., et al., A comparison of isokinetic strength testing and gait analysis in patients with posterior cruciate-retaining and substituting knee arthroplasties. J Arthroplasty, 1998. 13(8): p. 906-15.11. Rossi, R., et al., Total knee arthroplasty in the valgus knee. Int Orthop, 2014. 38(2): p. 273-83.12. Radulescu, R., et al., Primary total knee arthroplasty in severe valgus knee. J Med Life, 2013. 6(4): p. 395-8.13. Mihalko, W.M. and K.A. Krackow, Anatomic and biomechanical aspects of pie crusting posterolateral structures for valgus deformity correction in total knee arthroplasty: a cadaveric study. J Arthroplasty, 2000. 15(3): p. 347-53.




14. Mihalko, W.M., et al., The variability of intramedullary alignment of the femoral component during total knee arthrop-lasty. J Arthroplasty, 2005. 20(1): p. 25-8.15. Zhou, X., et al., Total knee arthroplasty for severe valgus knee deformity. Chin Med J (Engl), 2014. 127(6): p. 1062-6.16. Lazarus, M.D., et al., Effect of a chondral-labral defect on glenoid concavity and glenohumeral stability. A cadaveric model. J Bone Joint Surg Am, 1996. 78(1): p. 94-102.17. Anakwenze, O.A., et al., Surgical treatment of posterolateral rotatory instability of the elbow. Arthroscopy, 2014. 30(7): p. 866-71.

Documents

Biyomekanik ve Biyomateryaller