DİZ EKLEMİ BİYOMEKANİĞİ
Diz eklemi 3 ayrı planda ve çeşitli akslarda hareket eder. Diz ; sagital planda transvers eksen etrafında fleksiyon ve ekstansiyon, frontal planda abdüksiyon ve addüksiyon, medial-lateral planda ise iç ve dış rotasyon yapar
Normal yürüme için 0–75º arası ve koşma hareketi için 0–90º arası hareket açıklığı yeterlidir. Kettlekamp bu değerleri normal yürüme için 63º, merdiven çıkmak için 83º, merdiven inmek için 90º ve sandalyeden doğrulabilmek için 93º olarak tariflemiştir.
Normal dizde aktif 140º, pasif 160º fleksiyon hareket açıklığı vardır. Kalça ekstansiyon iken; diz fleksiyonu 120º, kalça fleksiyonda iken 140º dir. Ayak sabit iken; kalça fleksiyona getirilirse, diz fleksiyonu 160º kadardır. Diz ekleminde ekstansiyon 5-10º hiperekstansiyon şeklindedir.
Dizin sagital planda yaptığı fleksiyon-ekstansiyon hareketi sabit bir rotasyon aksı üzerinde gerçekleşmez. Diz ekleminde hareketler çok merkezlidir ve her fleksiyon açısında dönme merkezi femur kondillerinden geçen farklı bir eksen üzerindedir. Bu dönme merkezlerine “anlık dönme merkezleri” denir. Sagital planda bu merkezler birleştirildiğinde J harfini andıran eğri elde edilir.
Femur ve tibia eklem yüzlerinin geometrik yapısı ve bağlaşık dört bar sistemiyle diz ekstansiyondan fleksiyona gelirken tibianın femur üzerindeki hareketine rotasyonla birlikte kayma hareketi de eşlik eder. Böylece femur üzerindeki dönme merkezi de sürekli değişir. Bu kayma ve yuvarlanma hareketlerinin kombinasyonuna “femoral rollback” adı verilir . Femoral rollback’tan birinci derecede arka çapraz bağ sorumludur. 90º fleksiyona gelene dek femoro-tibial temas noktası ortalama 14 mm. geriye doğru kayar. Bağlaşık dört bağ sistemi ile geriye kayma esnasında femurun tibianın posterioruna düşmesi engellenir.
Femur kondillerde sabit bir noktanın tibia platosu üzerindeki hareketi ‘’yuvarlanma’’ olarak tanımlanırken, femur kondillerinin tibia platosunda sabit bir nokta üzerindeki hareketi ‘’kayma’’ olarak tanımlanır.
Eğer femur tibia üzerinde sadece yuvarlanırsa 45º fleksiyonda tibia platosunun dışına çıkar. Eğer femur tibia üzerinde sadece kayarsa, 130º fleksiyonda femur medullası tibia platosu arka kenarına çarpacağından fleksiyon 130º ile sınırlı kalır. Yuvarlanma ve kayma hareketlerinin dizin değişik fleksiyon derecelerindeki kombinasyonu ile eklem dar bir hacim içinde geniş açısal sınırlara ulaşır.
Dizin fleksiyonuyla birlikte, önce kayma olmaksızın sadece yuvarlanma hareketi gözlenirken, 20° fleksiyondan sonra yuvarlanma hareketine kayma hareketi de katılır.
Fleksiyon ilerledikçe yuvarlanma hareketi azalır, kayma hareketi ön plana çıkarak fleksiyon sadece kayma hareketi ile tamamlanır. Femur kondillerinin simetrik olmayan yapısı nedeniyle, medial ve lateral kondillerin hareketleri birbirlerinden farklıdır. Medial kondil fleksiyonun ilk 10°-15°’de sadece yuvarlanırken, lateral kondilde ise bu hareket 20° fleksiyona kadar devam eder. Böylece lateral kondil medial kondilden daha fazla yuvarlanır. Ekstansiyon ilerledikçe femur lateral kondilinin eklem yüzeyi biter ve hareket ön çarpraz bağ ile sınırlanır. Bu sırada daha büyük ve daha az eğri olan medial kondil hareketine devam eder. Bu asimetri nedeniyle dizin lateral kompartmanı önce ekstansiyona gelir. Ekstansiyon sonunda femur mediale döner, tibia dış rotasyon yaparak lateraldeki bağların gerilmesine yol açar. Buna “screw-home” (vida-yuva) hareketi denir. Çapraz bağların yokluğunda ‘’vida-yuva’’ hareketi gözlenmez, hasarında pivot-shift testi ile tanı konulabilir.
Dizin ikinci önemli hareketi rotasyondur. Diz tam ekstansiyonda iken yapılamayan rotasyon hareketi fleksiyon derecesi arttıkça artmaktadır. 90º fleksiyonda rotasyon kabiliyeti maksimuma çıkmakta, 90º dereceden sonra yumuşak doku gerginliği nedeniyle tekrar azalmaktadır. . Diz tam ekstansiyonda iken yapılamayan rotasyon hareketi fleksiyon derecesi arttıkça en yükseğe çıkar. Doksan derece fleksiyonda iken 25 derece dış rotasyon, 40 derece iç rotasyon mümkündür. Altmış dereceye kadar izole kuadriseps kasılmasından dolayı tibianın öne translasyonu ve iç rotasyonu artarken, 60 dereceden sonra hamstring kaslarının etkisi ile arkaya translasyon ve dış rotasyon artar. Tam ekstansiyonda tibia tüberkülleri femur interkondiller oluğa oturduğundan rotasyon gözlenmez.
Dizin fleksiyon ekstansiyon hareketi boyunca stabilite, bağların değişik derecedeki gerginliği ile sağlanır. Diz ekstansiyonda iken her iki kollateral bağ, ön çarpraz bağın posterolateral bantı ve arka çarpraz bağın posteromedial bantı gergindir. Menisküslerin ön kısmı femur ve tibia kondilleri arasında sıkışarak uyumu sağlar. Dizin fleksiyona gelmesi ile birlikte önce lateral kollateral bağ gevşer. Popliteus kası kasılır ve tibia 9º ile 20º arasında iç rotasyon yapar. Medial kollateral bağın süperfisyel lifleri, ön çarpraz bağın anteromedial ve arka çarpraz bağın anterolateral bantı gerilir. Menisküslerin arka kısmı femur ve tibia kondilleri arasında sıkışır. Fleksiyon derecesi artıkça femur kondilleri tibia üzerinde yuvarlanırken posteriora doğru kayar. Fleksiyondan ekstansiyona gelirken medial femoral kondil daha büyük olduğundan önce lateral kompartman tam ekstansiyona gelir. Takiben tibianın dış rotasyonu ile birlikte medial kompartmanın ekstansiyonu tamamlanır.
Dizin her pozisyonunda en az bir çarpraz bağ gergindir ve ön arka translasyona engel olur.
Dizin üçüncü hareketi, frontal planda yaptığı abduksiyon adduksiyon hareketidir.Bu hareket diz tam ekstansiyonda iken yapılamaz. Otuz derece fleksiyonda en üst düzeyde görülür. Normal yürüme esnasında maksimum abduksiyon ve addüksiyon hareketi 11° kadardır.
Normal yürüme sırasında dize vücut ağırlığının 2 ile 5 katı yük biner. Bu yükler koşma sırasında vücut ağırlığının 24 katına çıkar. Erişkin bir erkekte yürüme sırasında dize gelen yükler 1400–3500 newton arasındadır. Dize gelen fleksiyon ekstansiyon ve varus valgus yönündeki yükler eklem yüzlerinin geometrisi ve uyumluluğu, kapsül ve bağlar agonist ve antagonist kasların kasılmasıyla karşılanır.
Patellofemoral ekleme etki eden kuvvetler tibiofemoral ekleme etki eden kuvvetlerden farklıdır. Patellanın ana mekanik fonksiyonu kuvvetin yönünü değiştirmektir. Patella kuadriseps kasının kuvvet kolunu artırır ve ekstansör mekanizma içinde kuadriseps kasının kuvvetini tibiaya aktarır. Patellaya kuadriseps çekme kuvveti, pateller tendonun çekme kuvveti ve patellofemoral yüzeydeki baskılayıcı kuvvetler etki eder. Merdiven çıkarken vücut ağırlığının 2,5 katı, merdiven inerken 3,5 katı kuvvet etki eder. Fleksiyonun artmasıyla bu baskılayıcı kuvvetler artar. 60°-90° fleksiyonda baskılayıcı kuvvetler maksimum iken, ekstansiyonda patella eklem yuzeyine gelen kuvvet en azdır .
Hvid tarafından tanımlanan ve femurun anatomik aksı ile tibial tüberkülden patellanın ortasına çekilen çizgilerin arasında kalan açıya “Q açısı” adı verilir. Bu açı, kadınlarda yaklaşık 12°, erkeklerde ise 15° dir.
Q açısı büyük olanlarda, patella laterale sublükse olma eğilimindedir. Patella, fleksiyonun başlangıcında, troklea ile temas etmediğinden, laterale sublükse olmasını engelleyebilecek tek yapı, vastus medialisin oblik kas lifleridir.
