الميكانيكا الحيوية وأجهزة تقويم للقدم
تصف الميكانيكا الحيوية للقدم والكاحل أثناء المشي آلية معقدة لنقل الطاقة من الأرض إلى الجسم والعودة من الجسم إلى الأرض التي تسمح بالحركة على قدمين فريدة للبشر، كما تقلل الميكانيكا الحيوية العادية من استهلاك الطاقة وتقليل الضغط على العظام والمفاصل والأنسجة الرخوة في الأطراف السفلية.
تساهم الميكانيكا الحيوية غير الطبيعية في معظم المشكلات السريرية التي تصيب القدم والكاحل، كما يجب أن يكون لدى جراحي العظام معرفة وثيقة بهذا الموضوع لاتخاذ قرارات سريرية مناسبة، مثل وضع مفصل الكاحل أو القدم عند إجراء تثبيت المفاصل أو التطبيق المناسب لرفع الحذاء أو دعامة القوس.
في أبسط المستويات، تصف الميكانيكا الحيوية للقدم والقدم الوسائل التي يتم بها تحويل القدم من ممتص صدمات مرن إلى رافعة صلبة، كما تتمثل الوظيفة الرئيسية للتلامس الأولي للقدم مع الأرض في امتصاص الصدمات والتكيف مع الأرض، شكل مفاصل القدم الخلفية وسلامة نسيج الرباط الداعم يسمحان بهذه الآلية الخاملة إلى حد كبير. أثناء الإقلاع، من ناحية أخرى ، يتم تحويل القدم من هيكل مرن إلى هيكل صلب بواسطة كل من الآليات السلبية والفاعلة.
عندما تفشل هذه الآليات في القدم في العمل بشكل صحيح، يتم تغيير علاقة القدم بالأرض، مما يزيد الضغط على واحد أو أكثر من مفاصل القدم والكاحل أو الساق أو الحوض ويتم مناقشة الآليات التي يتم من خلالها امتصاص الطاقة في وقت التلامس الأرضي الأولي والآليات التي يتم من خلالها تحويل القدم إلى رافعة صلبة في وقت الإقلاع، كما تمت مناقشة الآثار الميكانيكية الحيوية للإجراءات الجراحية المختلفة على القدم.
دورة المشي
تصف دورة المشي الطبيعة المتكررة للمشي. الاختراع يبدأ وينتهي بضربات كعب القدم نفسها، تنقسم دورة المشي إلى مرحلة الوقوف، حيث تكون القدم على الأرض ومرحلة التأرجح، حيث ترفع القدم عن الأرض وتتأرجح للأمام. عادة، تستهلك مرحلة الوقوف حوالي 60٪ من دورة المشي ومرحلة التأرجح 40٪.
تنقسم مرحلة الوقوف إلى فترتين من دعم الطرف المزدوج وفترة واحدة من دعم الطرف المفرد، تبدأ الفترة الأولية للدعم المزدوج بأرضية أولية وتنتهي بإصبع القدم للطرف المقابل عند 12٪ من الدورة، ثم يحدث دعم الحذاء حتى 50٪ من الدورة، عندما تضرب القدم المعاكسة الأرض وتدخل الفترة الثانية من دعم مزدوج الأطراف، كما يتبع هذا بعد فترة وجيزة الإقلاع عند 62 ٪ من الدورة والتي تبدأ مرحلة التأرجح، كما يمكن تقسيم مرحلة الوقوف إلى عدة أحداث تحدث أثناء دورة المشي العادية.
التلامس الأولي مع الأرض عند 0٪ والقدم المسطحة تتحقق بنسبة 7٪ والعكس عند الأصابع عند 12٪، كما يبدأ ارتفاع كعب القدم عند 34٪ من الدورة، أي عندما تمر ساق الجناح من ساق الوقوف، كما يحدث ارتطام الكعب المعاكس بنسبة 50٪ من الدورة ويحدث ارتفاع للساق الواقفة بنسبة 62٪، مما يؤدي إلى بدء مرحلة التأرجح، كما تعتبر المراقبة الدقيقة لأحداث دورة المشي جزءًا مهمًا من الفحص البدني وقد تكشف عن علم الأمراض الأساسي.
قد يقوم المريض المصاب بالتشنج أو الحبال الضيقة بالتلامس الأرضي مع أصابع القدم بدلاً من الكعب، يجب أن يحدث تسطح القدم بنسبة 7٪ من الدورة ولكن يمكن أن يتأخر في حالة وجود تقلص الاعتدال أو التشنج الشديد، كما قد يحدث ارتفاع مبكر للكعب في المرضى الذين يعانون من التشنج أو قد يحدث تأخر في ارتفاع الكعب في المرضى داخل ربلة الساق أو وتر العرقوب الممدود. من حين لآخر، يتم إطالة مرحلة الوقوف العام بسبب خلل كبير في الجزء الخارجي السفلي.
قوى تحمل الوزن
أثناء المشي، يتم إنشاء قوى متساوية ومتقابلة عند الواجهة بين القدم والأرض، كما تتمثل إحدى طرق قياس هذه القوى في لوحة القوة والتي تتكون من خلايا تحميل مطبقة في اتجاهات متعامدة على منصة معلقة. بهذه الطريقة، يمكن قياس القوة الرأسية الكلية، القص الأمامي والخلفي والقص الوسطي الجانبي مباشرة أثناء دورة المشي.
عند ضرب الكعب، فإن التأثير الأولي على الأرض يخلق قوة عمودية تقارب 80٪ من وزن الجسم، كما يرتفع هذا بسرعة إلى ذروة أولية تبلغ حوالي 115٪ من وزن الجسم وهو ما يمثل نقل الوزن إلى قدم الموقف في الجانب المعاكس من إصبع القدم. خلال هذه الذروة الأولية، يتسارع مركز ثقل الجسم لأعلى في نمط جيبي بينما يتحرك الجسم فوق الساق الممتدة. نظرًا لأن مركز الثقل ينعكس الاتجاه، فهناك تفريغ نسبي للقدم وانحدار مناظر في منحنى القوة العمودية إلى ما يقرب من 80٪ من وزن الجسم.
تحدث الذروة الثانية بحوالي 110٪ من وزن الجسم عندما يرتفع الكعب ويتحرك الوزن فوق رؤوس مشط القدم. هذا يبطل الحركة الهابطة لمركز ثقل الجسم، كما تسقط القوة العمودية ضد الأرض بسرعة بعد ضربة الكعب المعاكس، تصل إلى الصفر في وقت رفع إصبع القدم، مما يشير إلى أن أصابع القدم قد تم رفعها عن الأرض بدلاً من دفعها بقوة عن الأرض.
يمكن أن يختلف حجم القوة على الأرض، يمكن للمشي الشخصي أن يمارس ببطء قوة أقل من المشي السريع وأقل بكثير مما يحدث عند الركض أو الجري، كما يمكن قياس الضغط الأخمصي على نقاط منفصلة من القدم باستخدام مجموعة متنوعة من الأجهزة، تم استبدال (Harrismat و Pedobarograph) البصري إلى حد كبير بمصفوفات من محولات الضغط المصغرة والتي تتميز بدقة زمنية ومكانية وقياسية فائقة.
الآثار الجراحية للميكانيكا الحيوية للقدم
عند إجراء العمليات الجراحية حول القدم والقدم، يجب دائمًا مراعاة الميكانيكا الحيوية للقدم. على وجه الخصوص، ينتج عن زيادة الضغط على المفصل المجاور عند إجراء إيثاق المفصل. هذا له آثار طويلة المدى ويجب أن يؤخذ في الاعتبار بعناية في اتخاذ القرار الجراحي. كقاعدة عامة، يُفضل إجراء قطع العظم التصحيحي أو نقل الأوتار بدلاً من تثبيت المفاصل لتجنب الضغط الإضافي على المفاصل المجاورة وبالمثل، يجب دائمًا اعتبار استخدام جهاز تقويم العظام عندما يكون ذلك ممكنًا.
عادة ما يتم إجراء إيثاق مفصل الكاحل من أجل إصابة مؤلمة بمفصل الكاحل، بعد إيثاق مفصل الكاحل مع التخلص من عطف ظهري و ثني أخمصي، يتم وضع إجهاد متزايد على مفصل الكاحل المستعرض و تحت الكاحل، أظهر تحليل في المختبر أنه بعد اندماج الكاحل، تم التخلص من حوالي 50٪ من عطف ظهري و 70٪ من ثني أخمصي. ومع ذلك، هذا يعني أن نسبة 50٪ المتبقية من عطف ظهري و 30٪ من عطف أخمصي تحدث عند مفاصل أخرى.
التهاب المفاصل الموجود في مفصل الكاحل أو المفاصل المستعرضة بعد اندماج الكاحل يعني احتمالية استمرار الألم، تظهر المتابعة طويلة المدى أنه بعد دمج الكاحل، فإن غالبية المرضى يصابون بالتهاب المفاصل الخلفي الذي يؤدي إلى تفاقم النتيجة السريرية، كما يجب أخذ هذا المفهوم في الاعتبار عند التفكير في الاندماج، كما تعد محاذاة دمج الكاحل مهمة للغاية، فإذا لم يتم وضع القدم في وضع النبات، يتم وضع ضغوط غير طبيعية على القدم والركبة، مما يؤدي إلى استياء المريض، يجب وضع الكاحل الذي يخضع للاندماج في وضع عطف ظهري محايد – ثني أخمصي، في 3 إلى 5 درجات من الأروح ويجب أن تكون درجة الدوران الخارجي مساوية لتلك الموجودة في الجانب المقابل، كما يجب التقليل من التقصير إلى الحد الأدنى.
يجب مراعاة الانحناء الأخمصي من 5 إلى 10 درجات إذا كان المريض يحتاج إلى ثبات الركبة بسبب فقدان وظيفة عضلات الفخذ، كما يوفر تثبيت القدم في الاعتدال دفعًا مفاجئًا للركبة يساعد على استقرار مفصل الركبة. في حالة عدم وجود هذه الحالة، من المهم عدم وضع المفصل في الاعتدال لمنع الضغط على الجزء الخلفي من مفصل الركبة، حيث يؤدي وضع مفصل الكاحل إلى زيادة الضغط على الكعب، مما قد يمثل مشكلة، خاصةً لدى المريض مع قدم غير حساسة. ومع ذلك، عند إجراء إيثاق شامل للكاحل، من المحتمل أن يكون الانثناء الظهري الطفيف مفيدًا لأنه يسمح للفرد بالتدحرج على القدم بسهولة أكبر من وضع الكاحل في الوضع المحايد.
