ΕΜΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΣΚΑΦΟΜΗΝΟΕΙΔΟΥΣ ΣΥΝΔΕΣΜΟΥ Φ. Νικολόπουλος1, Β. Κεφαλάς2, A. Πουλιλιός3, Ε. Απέργης4, Α. Στάμου5 Π. Παπαγγελόπουλος6 , Α. Ζούμπος7 1. Επιμ. Β’ Ορθ. κλιν. Γ. Ν.Τρίπολης, 2. Επικ. Καθ. Σχολής Εφ. Μαθ. & Φυσικών Επιστ. Τομέας Μηχανικής Ε.Μ.Π, 3. Διευθ. Ορθ. κλιν. Γ. Ν. Πειραιά «Tζάνειο, 4. Αν. Διευθ. Ορθ. κλιν. Γ. Ν. «Eρυθρός», 5. Μεταπτυχιακός Διπλωματούχος Εφ. Μαθ. & Φυσικών Επιστ. Ε.Μ.Π., 6. Αν. Καθ. Πανεπιστημιακό Γ. Ν. «ATTIKON», 7. Αν. Καθ. Α’ Ορθ. κλιν. Πανεπιστημιακό Γ. Ν. «ATTIKON»

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΑΝΑΤΟΜΙΚΗ ΤΟΥ ΣΚΑΦΟΜΗΝΟΕΙΔΟΥΣ ΣΥΝΔΕΣΜΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΥΛΙΚΟ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

1. ΑΝΑΤΟΜΙΚΗ ΤΟΥ ΣΚΑΦΟΜΗΝΟΕΙΔΟΥΣ Η λοξή και η περίπλοκη διάταξη των ινών του S-L στο χώρο καθώς & η μη ομοιόμορφη κολλαγόνο-ινώδης σύστασή του τον διαχωρίζουν λειτουργικά και ανατομικά σε 3 μοίρες.

2. ΑΝΑΤΟΜΙΚΗ ΤΟΥ ΣΚΑΦΟΜΗΝΟΕΙΔΟΥΣ Οι 3 μοίρες του S-L : ραχιαία (d-SL) παλαμιαία (p-SL) μεσόστεη ή μεμβραβώδης (i-SL) Ισχυρότερη θεωρείται η d-SL.

ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Ο S-L είναι από τους σημαντικότερους συνδέσμους που εξασφαλίζουν την καρπιαία σταθερότητα. Η ρήξη του οδηγεί σε καρπιαία αστάθεια. Η αποκατάστασή του μπορεί να γίνει και με αυτόλογο συνδεσμικό μόσχευμα.

ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Άρα Ο προσδιορισμός των εμβιομηχανικών ιδιοτήτων του S-L είναι σημαντικός για να επιλέξουμε παρόμοια συνδεσμικά μοσχεύματα για υποκατάστασή του S-L σε περίπτωση τραυματικής ρήξης του. Στην παρούσα εργασία γίνεται προσπάθεια να καθοριστούν με συστηματικό τρόπο οι μηχανικές ιδιότητες του S-L.

Πότε ο καρπός θεωρείται σταθερός; Η άρθρωση του καρπού θεωρείται εμβιομηχανικά σταθερή όταν : 1. Δεν υπάρχουν ξαφνικές, απότομες, ή μη αναμενόμενες μεταβολές στην ευθυγράμμιση των οσταρίων του καρπού κατά την κίνηση του. 2. Όταν είναι ικανός να φέρει φυσιολογικά φορτία χωρίς να ενδίδει ή να υφίσταται κάκωση.

Συνεπώς η Καρπιαία αστάθεια (CI) ορίζεται ως: η κάκωση του καρπού κατά την οποία υπάρχει απώλεια της φυσιολογικής ευθυγράμμισης των οστών του καρπού, που αναπτύσσεται πρώιμα ή όψιμα & έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή της φυσιολογικής κινηματικής του καρπού. Ένας καρπός θεωρείται, επίσης, μηχανικά & κλινικά ασταθής όταν είναι συμπωματικός, συνήθως με τη μορφή του μόνιμου ή σποραδικού πόνου.

Η ρήξη του S-L είναι η πιο συνήθης καρπική βλάβη & οδηγεί σε αστάθεια του καρπού DISI (Dorsal Intercelated Segmental Instability). Σπανιότερα & το κάταγμα του σκαφοειδούς οδηγεί σε DISI. Όταν το μηνοειδές γλιστράει και τελικώς καθηλώνεται σε έκταση>10ο, δηλαδή στρέφεται ραχιαία, τότε μιλάμε για DISI. Σε αντιδιαστολή η ρήξη του μηνοπυραμοειδούς οδηγεί σε VISI.

Ακτινολογικά Ραχιαία παρεμβαλλόμενη τμηματική αστάθεια (DISI) Παλαμιαία παρεμβαλλόμενη τμηματική αστάθεια (VISI ή PISI)

ΥΛΙΚΟ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΣ Μελετήθηκαν οι S-L σύνδεσμοι από 8 φρέσκα πτωματικά παρασκευάσματα ακρωτηριασθέντα ύπερθεν ή περιφερικά του αγκώνα. Ένα από τα 8 παρασκευάσματα καταστράφηκε κατά τη διάρκεια του πειράματος.

Μετά τον ακρωτηριασμό τα μέλη τοποθετούνται σε βαθειά κατάψυξη (-32οC) Μετά τον ακρωτηριασμό τα μέλη τοποθετούνται σε βαθειά κατάψυξη (-32οC). Πριν την παρασκευή του καρπού αποψύχονταν σε θερμοκρασία δωματίου για 24 ώρες. Χρησιμοποιήθηκε κυρίως η ραχιαία προσπέλαση για τη συλλογή των S-L δοκιμίων. .

Ολόκληροι οι S-L σύνδεσμοι απομονώθηκαν από τους καρπούς μαζί με το σκαφοειδές και το μηνοειδές.

ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΔΟΚΙΜΙΩΝ

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Τα δοκίμια μετά την παρασκευή και την αφαίρεση τους από τον καρπό φυλάσσονταν σε θερμοκρασία δωματίου και διατηρούνταν υγρά με γάζα, εμποτισμένη (0.9 % NaCl) πριν τα πειράματα.

ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΩΝ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ ΤΩΝ S-L ΣΥΝΔΕΣΜΩΝ Μήκος: η απόσταση κατά μήκος του άξονα φόρτισης στο μετωπιαίο επίπεδο Πλάτος: η κάθετη απόσταση στον άξονα φόρτισης, στο εγκάρσιο επίπεδο. Το πλάτος μετρήθηκε: 1. Κατά μήκος του περιγράμματος του συνδέσμου 2. Κυκλοτερώς (σε κάθετη προβολή)

ΜΕΤΡΗΣΗ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ Μέτρηση μήκους ΜΕΤΡΗΣΗ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ Μέτρηση μήκους Πάχος: η κάθετη απόσταση στον άξονα φόρτισης αλλά και στο οβελιαίο επίπεδο (κάθετο στα άλλα δύο επίπεδα)

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Οι S-L σύνδεσμοι υπέστησαν μονοαξονικές μετρήσεις εφελκυσμού (σταθερός ρυθμός μετατόπισης= 5mm/min) Θεωρήθηκε αναγκαίος ο προσδιορισμός της διεύθυνσης φόρτισης (πολύπλοκη αρχιτεκτονική, γεωμετρία του S-L συνδέσμου). Επιλέχθηκε έτσι ώστε οι S-L ίνες να είναι ξεδιπλωμένες και μη στραμμένες. Έπειτα, έγινε η σύλληψη του σκαφοειδούς (μηνοειδούς) οστικού άκρου από την άνω αρπάγη. Το δοκίμιο ισορρόπησε και τα άκρα του σκαφοειδούς (μηνοειδούς) διαμορφώθηκαν, ώστε να προετοιμαστούν οι οστικές επιφάνειες να εφαρμοστούν στην κάτω αρπάγη. Απαραίτητο ώστε οι S-L ίνες να φορτίζονται κατά την ίδια διεύθυνση.

ΟΙ ΟΣΤΙΚΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΜΕΝΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΡΠΑΓΗ

S-L σύνδεσμος σε πειραματική μηχανή ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε βαθμονομημένη μηχανή Instron 1121 US με αισθητήρα φορτίου 1000 N και πνευματικές αρπάγες (πίεση 3 Bar). Instron 1121 USA S-L σύνδεσμος σε πειραματική μηχανή

ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ S-L ΣΥΝΔΕΣΜΟΥ Το μέγιστο φορτίο (Max load) προσδιορίζει την ικανότητα του συνδέσμου να μη ρήγνυεται. Προσδιορίζει την ισχύ του συνδέσμου. Ακαμψία (Stiffness) Μέση ακαμψία (Effective stiffness)= Μέγιστο φορτίο/μέγιστη επιμήκυνση Η κλίση της καμπύλης φορτίου-μετατόπισης (ακαμψία) του S-L συνδέσμου δεν είναι σταθερή. Σημαντική παράμετρος για τον προσδιορισμό και τη συγκριτική μελέτη ιδιοτήτων διαφορετικών συνδέσμων όσο αφορά την ακαμψία είναι η ακαμψία του υψηλού γραμμικού τμήματος της καμπύλης (High stiffness) (≈ 85% max load). Μέγιστη μετατόπιση (Maximum displacement): η μέγιστη μετατόπιση του S-L συνδέσμου πριν τη θραύση

Maximum load Seffective Slow

ΣΚΑΦΟΜΗΝΟΕΙΔΗΣ ΣΥΝΔΕΣΜΟΣ ΥΠΟ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟ Αρχικό στάδιο φόρτισης S-L (κλειστό το S-L διάστημα) Αρχική κατάσταση-πριν τη φόρτιση Ρήξη μεσόστεης κατά τη φόρτιση d-SL, p-SL σε τάση

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΕΦΕΛΚΥΜΟΥ ΣΕ ΣΚΑΦΟΜΗΝΟΕΙΔΗ ΣΥΝΔΕΣΜΟ

ΚΑΜΠΥΛΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΤΟΥ S-L ΣΥΝΔΕΣΜΟΥ

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ

Max load=f(max displacement) with correlation coefficient r2=0.7

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥ S-L ΣΥΝΔΕΣΜΟΥ Max load= 146.8±54.3N Max displacement= 8±1.8mm Effective stiffness= 18±4.3N/mm High stiffness=35.7±9.6 N/mm N/mm N/mm Statistical analysis of the mechanical properties for S-L ligaments Property Mean ± SD T-test 95% Confidence interval Number of Samples (n) S-L Max load (Ν) 147 ± 54 97-197 7 S-L Max Displacement (mm) 8 ± 1.8 6.3-9.7 S-L High Stiffness Shigh (N/mm) Rate: 5 mm/min 35.7 ± 9.6 26.8-44.5 S-L Effective Stiffness Seffective (N/mm) 18±4 14-22

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΓΙΑ ΜΕΓΙΣΤΑ ΦΟΡΤΙΑ ΤΩΝ S-L

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΓΙΑ STIFFNESS ΤΩΝ S-L

ΑΠΟΚΛΙΣΕΙΣ ΤΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥ S-L ΣΤΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Αιτίες Η δυσκολία αναγνώρισης και απομόνωσης των γειτονικών συνδέσμων για μελέτη Η πολύπλοκη αρχιτεκτονική & γεωμετρία του S-L καθιστά αναγκαίο τον προσδιορισμό της διεύθυνσης μονοαξονικής φόρτισης. Το φύλο, το γένος, η ηλικία και το επάγγελμα επηρεάζουν σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες του S-L. Στα ιξωδοελαστικά υλικά η ακαμψία (& το μέγιστο φορτίο) είναι εξαρτώμενα μεγέθη από τον ρυθμό φόρτισης. Στη βιβλιογραφία έχουμε μελέτες για διαφορετικούς ρυθμούς παραμόρφωσης, που οδηγούν σε διαφορετικά stiffness. Εξαιτίας της μη γραμμικότητας της καμπύλης το μέτρο ακαμψίας είναι μεταβαλλόμενο. Έτσι η συνήθης πρακτική να δίδεται ένα μέτρο ακαμψίας δεν επαρκεί. Θεωρούμε ότι το Effective stiffness προσεγγίζει καλύτερα το μέτρο ακαμψίας του S-L.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Η θεραπεία της καρπιαίας αστάθειας με τη χρήση αξιόπιστων αυτόλογων συνδεσμικών μοσχευμάτων για τον σκαφομηνοειδή σύνδεσμο πρέπει να λαμβάνει υπόψιν τα αποτελέσματα των εμβιομηχανικών μελετών, εφόσον αυτές διενεργούνται με όσο το δυνατόν παρόμοια μηχανικά πρωτόκολλα.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ 1. Harvey Edward J MD, Hanel Doug MD, Knight Jeffrey B Beng, Tencer Alan F. PhD. 1999. Autograft Replacements for the Scapholunate Ligament: A Biomechanical Comparison of Hand-Based Autοgrafts. J Hand Surg 24A: 963-967. 2. Svoboda S, Eglseder W, Belkoff S. 1995. Autografts from the foot for reconstruction of the scapholunate interosseous ligament. J Hand Surg 20A: 980-985. 3. Berger RA, Blair WF, Crowninshield RD, Flatt AE. 1982. The scapholunate ligament. J Hand Surg 7: 87-91. 4. Mayfield JK, Williams WJ, Erdman AG, et al. 1979. Biomechanical properties of human carpal ligaments (abstract). Orthop Trans 3: 143-144. 5. Nowak MD, Berger RA, Cooney WP. 1991. Material properties of ligaments. In: An K-N, editors. Biomechanics of the wrist joint, New York: Springer-Verlag; 142-150. 6. Logan E Samuel MD PhD, Nowak Michael D MS, Gould L Phillip PhD, et al. 1986. Βiomechanical behavior of the Scapholunate ligament. St.Louis Missouri, Department of Civil Engineering, School of Engineering and Applied Science, Division of Plastic Surgery, Department of Surgery. ISA; 86 0017, 0067 8856 86 081-085. 7. Berger Richard A MD PhD. 1997. The ligaments of the wrist. A Current Overview of Anatomy with Considerations of Their Potential Functions. From the Departments of Orthopedic Surgery and Anatomy, Mayo Clinic/Mayo Foundation, Rochester, Minnesota. Hand Clinics 13 1. 8. Mayfield JK, Hohnson RP, Kilcoyne RF. 1976. The ligaments of the human wrist and their functional significance. Anat Rec 186: 417-428. 9. Johnston, James Duncan DI. 2001. Mechanical testing of the scapholunate ligament.

Ευχαριστώ