مقایسه فعالیت عضلات کمربند لگنی در افراد مبتلا به دیسپلازی مفصل ران با افراد سالم در حین راه رفتن با استفاده از مدلسازی سیستم اسکلتی عضلانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه پژوهشی ارتوپدی-بیومکانیک، گروه مهندسی مکانیک ، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، خراسان جنوبی، ایران

2 گروه بیومکانیک و علوم ورزشی ، دانشکده علوم رفتاری، دانشگاه بیرجند، بیرجند،خراسان جنوبی، ایران

10.22037/sjrm.2025.117399.3329

چکیده

مقدمه و اهداف

دیسپلازی مفصل ران یکی از بیماری‌های مفصل ران می‌باشد. بیماران مبتلا به دیسپلازی دارای هندسه غیر طبیعی استابولوم هستند که منجر به پوشش ناکافی سر استخوان ران می‌شود. پوشش ضعیف سر استخوان ران و جانبی شدن نسبی سر استخوان ران سطوح تماس داخل مفصل را کاهش می‌دهد بارگذاری داخل مفصل ران را تغییر می‌دهند و منجر به افزایش تنش مکانیکی در سراسر مفصل ران در نتیجه آسیب بافتی می‌شوند چنین تنشی سایش غضروف مفصلی را تسریع می‌کند و بیماران را مستعد ابتلا به ارتروز اولیه مفصل ران می‌کند. نیروهای عضلانی و نیروهای واکنش مفصل، عوامل مکانیکی اصلی در بارگذاری مفصل ران هستند و در بیماران مبتلا به دیسپلازی مفصل ران، این نیروها تغییر می‌کنند. بررسی ارتباط میان فعالیت عضلانی، الگوی راه رفتن و نیروی تماس مفصل می‌تواند به درک بهتر مکانیسم‌های پاتوفیزیولوژیک دیسپلازی مفصل ران و توسعه روش‌های درمانی مؤثرتر کمک کند. این مقاله با هدف تحلیل این ارتباطات و شناسایی عوامل تأثیرگذار بر بهبود عملکرد مفصل ران در افراد مبتلا به دیسپلازی ارائه شده است. اطلاعات و نتایج به دست امده از این پژوهش می‌تواند در یک محیط بالینی برای کمک به تمرین قدرت عضلانی مورد استفاده قرار گیرد، و در نتیجه می تواند توانبخشی و مدیریت بالینی چنین بیمارانی را افزایش دهد. هدف از مطالعه‌ی حاضر بررسی و مقایسه‌ی فعالیت عضلات کمربند لگنی در افراد دارای دیسپلازی مفصل ران با افراد سالم با استفاده از مدلسازی سیستم اسکلتی عضلانی می‌باشد.

مواد و روش ها

در این پژوهش 10 فردسالم با میانگین سنی (68/1±) 23و 10 بیمار دارای دیسپلازی مفصل ران در طرف چپ با میانگین سنی (54/2±) 25 انتخاب و به صورت داوطلبانه جهت به دست اوردن و مقایسه ی فعالیت عضلات گلتوس مدیوس، گلتوس ماکزیموس، رکتوس فموریس و تی اف ال مورد پژوهش قرار گرفتند. در این پژوهش از داده های راه رفتن افراد سالم و بیمار جهت استفاده در نرم افزار اپن سیم و به دست اوردن فعالیت عضلات استفاده شد.

یافته ها

در مشخصات دموگرافیکی آزمودنی ها بین دو گروه سالم و دیسپلازی تفاوت معناداری وجود نداشت (05/0P>). سطح معناداری فعالیت عضلانی در عضلات گلوتئوس مدیوس، تنسور فاشیا لاتا و رکتوس فموریس کمتر از 05/0 به دست آمد . عضلات گلوتئوس مدیوس، تنسور فاشیا لاتا در افراد مبتلا به دیسپلازی فعالیت بیشتری نسبت به گروه کنترل داشتند. فعالیت عضله‌ی گلتوس ماکزیمم هم نسبت به گروه کنترل افزایش پیدا کرد. در عضله رکتوس فموریس فعالیت کاهش پیدا کرد.

نتیجه گیری

نتایج پژوهش حاضر نشان داد در سیکل راه رفتن میزان فعالیت عضلات در افراد دارای دیسپلازی در مقایسه با افراد سالم افزایش یافته است. دیسپلازی مفصل ران باعث کوتاه تر شدن بازوی گشتاوری عضله می‌شود این امر باعث افزایش نیرو در عضله جهت به دست اوردن گشتاور درخواستی می‌شود. در این پژوهش مشاهده شد که دیسپلازی باعث افزایش فعالیت عضلات می‌شود. زمانی که عضله فعالیتش افزایش پیدا می‌کند یعنی در واقع نیروی عضله افزایش می‌یابد. افزایش نیروی عضله کارایی حرکت را از بین می برد و نیروی بین استخوانی را افزایش می‌دهد از این رو برای درمان دیسپلازی مفصل ران باید یک راه کار ارایه شود.

واژگان کلیدی

فعالیت عضلات، دیسپلازی مفصل ران، گیت )راه رفتن)، مدلسازی اسکلتی عضلانی

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Comparison of hip joint muscle activation patterns during gait in patients with hip dysplasia versus healthy controls by using musculoskeletal system modeling

نویسندگان [English]

  • Elahe Astan 1
  • Vahid Arbabi 1
  • Mohammad Yousefi 2
1 Orthopaedic-BioMechanics Research Group, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand, South Khorasan, Iran.
2 Department of Biomechanics and Physical Education, Faculty of Physical Education and Sport Sciences, University of Birjand, South Khorasan, Iran.
چکیده [English]

Background and Aims: Hip dysplasia is a pathological condition of the hip joint characterized by abnormal acetabular geometry, resulting in insufficient coverage of the femoral head. This inadequate coverage, along with the relative lateral displacement of the femoral head, reduces the articular contact surface, alters intra-articular loading, and increases mechanical stress throughout the hip joint. Such stress accelerates cartilage wear, making patients more susceptible to early-onset hip osteoarthritis. Muscle forces and joint reaction forces are the primary mechanical factors in hip joint loading, and these forces are altered in patients with hip dysplasia. Examining the relationship between muscle activity, gait patterns, and joint contact forces can enhance the understanding of the pathophysiological mechanisms underlying hip dysplasia and aid in the development of more effective treatment strategies.This study aims to analyze these interactions and identify factors influencing the improvement of hip joint function in individuals with hip dysplasia. The findings and insights derived from this research can be applied in clinical settings to aid muscle-strengthening exercises, thereby enhancing rehabilitation and clinical management of such patients.The primary objective of this study is to investigate and compare the activity of pelvic girdle muscles in individuals with hip dysplasia and healthy controls using musculoskeletal modeling.



Materials and Methods: In this study, 10 healthy individuals (mean age: 23 ± 1.68) and 10 patients with left-side hip dysplasia (mean age: 25 ± 2.54) were recruited and voluntarily participated in the research. The study aimed to analyze and compare the activity of the gluteus medius, gluteus maximus, rectus femoris, and tensor fascia lata (TFL) muscles between the two groups.

Gait data from both healthy and dysplastic participants were utilized in the OpenSim software to calculate and analyze muscle activity for further investigation.



Results:

No significant differences were observed in the demographic characteristics of participants between the healthy and dysplasia groups (P > 0.05). However, the significance level of muscle activity in the gluteus medius, tensor fascia lata (TFL), and rectus femoris muscles was found to be less than 0.05 (P < 0.05).The gluteus medius and tensor fascia lata muscles exhibited significantly higher activity in individuals with hip dysplasia compared to the control group. Additionally, the activity of the gluteus maximus muscle also increased relative to the control group. Conversely, the rectus femoris muscle demonstrated a decrease in activity.





Conclusion: This study demonstrated that during the gait cycle, individuals with hip dysplasia exhibit elevated muscle activation levels compared to healthy controls. Furthermore, the GRFs and CoP dynamics showed distinct patterns in the dysplasia group. The altered biomechanics of hip dysplasia shorten the muscle moment arm, necessitating greater muscle forces to achieve the required joint torques. These findings highlight that increased muscle activity in hip dysplasia not only impairs movement efficiency but also elevates intra-articular forces. Therefore, the development of targeted therapeutic interventions aimed at optimizing biomechanical function and mitigating excessive muscle activation is crucial for the effective management of hip dysplasia.

Keywords: Muscle activation, hip dysplasia, gait biomechanics, musculoskeletal modeling

کلیدواژه‌ها [English]

  • Muscle activation
  • hip dysplasia
  • gait biomechanics
  • musculoskeletal modeling

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 03 بهمن 1403
  • تاریخ دریافت: 26 دی 1403
  • تاریخ بازنگری: 02 بهمن 1403
  • تاریخ پذیرش: 03 بهمن 1403
  • تاریخ اولین انتشار: 03 بهمن 1403