نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
گروه بیومکانیک و آسیب شناسی ورزشی، دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران.
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Background and Aims Anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction in young male athletes is typically performed using various methods, including hamstring tendon autograft (HT), patellar tendon autograft (PT), or allograft (QT). However, no consensus exists on the optimal graft choice for ACL reconstruction. This study aimed to compare the lower limb biomechanics in young male athletes following ACL reconstruction using allograft, patellar tendon autograft, and HT.
Methods This study compared the biomechanics of directional changes in young athletes with unilateral ACL reconstruction using HT (n=6), PT (n=6), and QT (n=6). The participants were in the active rehabilitation phase and performed change-of-direction movements (side-step change of direction, forward change of direction, and running with directional change). Biomechanical assessments were conducted using a three-dimensional motion analysis system with eight cameras (Vicon, Vicon Motion Systems Ltd, Oxford, UK) and two analog force plates (AMTI OR6-5, Advanced Medical Terminology, Watertown Inc, MA, USA). Data were analyzed using multivariate analysis of covariance (MANCOVA), which was employed to evaluate intergroup differences in SPSS software, version 26 at a significance level of 0.05.
Results MANCOVA revealed a significant difference in vertical ground reaction force (GRF) between the HT, PT, and QT groups (P=0.021), independent of movement direction (P =0.984). Other force variables, such as internal-external and anterior-posterior GRF, loading rate, and hip and knee flexion/extension torques, showed no significant differences between groups or group-direction interactions (P>0.05). However, adduction/abduction and internal/external rotation torques of the hip and knee demonstrated significant dependence on movement direction (P<0.001 and P=0.032). Additionally, hip and knee adduction/abduction and internal/external rotation angles exhibited significant intergroup and directional interactions (P=0.001 and P=0.002 for the hip and P=0.001 for the knee). In contrast, no significant differences were observed in other angles, such as knee flexion/extension and internal/external rotation, across groups or movement directions.
Conclusion Overall, the findings indicate reduced knee and hip loading in adolescents following ACL reconstruction. Moreover, athletes with PT or QT grafts experienced greater deficits in knee and hip performance during rehabilitation than with HT grafts. Therefore, graft choice in ACL reconstruction should be tailored to the individual conditions of athletes and planned to optimize movement biomechanics, minimize the risk of graft re-rupture, and reduce complications at the donor site.
کلیدواژهها [English]
Introduction
Anterior cruciate ligament (ACL) injuries are among the most common and debilitating injuries in young male athletes, particularly in high-impact sports such as basketball. The ACL plays a crucial role in stabilizing the knee joint by preventing excessive anterior translation and rotational movements of the tibia relative to the femur. A torn ACL can lead to pain, instability, and functional deficits, significantly hindering an athlete’s ability to return to competitive play. ACL reconstruction is the preferred treatment for individuals seeking to restore full knee function and resume sports activities. Three primary graft options for ACL reconstruction include the hamstring tendon autograft (HT), the patellar tendon autograft (PT), and the allograft (donor tissue). The graft choice depends on several factors, including the patient’s age, activity level, rehabilitation goals, and surgeon preference. While the PT autograft offers high tensile strength and superior stability, it is associated with anterior knee pain and an increased risk of patellar tendinitis.
The HT autograft provides excellent biomechanical properties with lower donor-site morbidity but may lead to hamstring weakness. The allograft, derived from cadaveric tissue, eliminates donor-site complications but has a higher risk of graft failure due to slower biological incorporation. Despite these considerations, there is no consensus on the optimal graft choice, particularly regarding lower limb biomechanics and functional performance during dynamic sports movements. This study addresses this gap by comparing the lower limb biomechanics of young male basketball players undergoing ACL reconstruction with different graft types. Specifically, it examines how ACL reconstruction influences movement patterns during running and change-of-direction maneuvers, critical components of basketball performance. By analyzing key biomechanical variables, including ground reaction forces, joint torques, and movement angles, this study provides insights into the optimal graft choice for maximizing functional recovery and minimizing re-injury risk.
Methods
This cross-sectional study compared the biomechanics of directional changes in young basketball athletes (aged 18–35 years) who had undergone unilateral ACL reconstruction using (HT, 6 participants), (PT, 6 participants), and allograft (QT, 6 participants). All participants were in the active phase of functional rehabilitation and performed directional change movements while running, including side-step change of direction, forward change of direction, and running with directional change. Biomechanical assessments were conducted using an advanced 3D motion analysis system with eight high-speed cameras (Vicon, Vicon Motion Systems Ltd, Oxford, UK) and two analog force plates (AMTI OR6-5, Advanced Medical Terminology, Inc., Watertown, MA, USA), allowing precise measurement of joint angles, ground reaction forces (GRF), and loading rates during movement execution. The primary biomechanical variables analyzed included ground reaction forces in vertical, internal-external, and anterior-posterior components; joint torques in hip and knee flexion/extension, adduction/abduction, and internal/external rotation; and joint angles in the same movement planes. A multivariate analysis of covariance (MANCOVA) was used to determine significant differences between the three graft groups while controlling for potential confounders, with a significance level of P < 0.05 established to determine statistical significance.
Results
The results of the MANCOVA revealed significant differences in several key biomechanical parameters among the three groups. A significant difference in vertical ground reaction force (GRF) was observed between the HT, PT, and QT groups (P=0.021). In contrast, no significant differences were found in GRF components related to movement direction (P=0.984) or in internal-external and anterior-posterior GRF and loading rates (P>0.05). Regarding joint torques, adduction/abduction, and internal/external rotation torque at both the hip and knee joints were significantly influenced by movement direction (P<0.001 and P=0.032, respectively). In contrast, no significant intergroup differences were observed in hip and knee flexion/extension torques (P>0.05). Regarding joint angles, significant intergroup and movement direction interactions were found in hip and knee adduction/abduction and internal/external rotation angles (P=0.001 and P=0.002 for the hip; P=0.001 for the knee), but no significant differences were noted in knee flexion/extension and internal/external rotation angles between groups or movement directions (P>0.05). These findings suggest that graft type has a measurable impact on biomechanical performance during high-intensity movements. Notably, PT and QT graft recipients exhibited greater deficits in knee and hip performance than HT graft recipients, indicating potential biomechanical disadvantages associated with these graft choices.
Conclusion
The findings of this study highlight the complex biomechanical adaptations that occur following ACL reconstruction, with differences in GRF and joint torques suggesting that graft type influences mechanical loading patterns during sports-specific movements. The higher vertical GRF observed in certain groups may indicate altered neuromuscular control or compensatory strategies to protect the reconstructed knee. The significant dependence of hip and knee torques on movement direction suggests that athletes may experience varying degrees of mechanical stress based on their cutting and directional movement patterns, emphasizing the need for targeted rehabilitation programs that account for directional biomechanics. The deficits in knee and hip performance observed in PT and QT graft recipients may result from factors such as graft harvesting techniques, muscle imbalances, and altered proprioception, as PT autografts are known to cause anterior knee pain and quadriceps weakness, while allografts may exhibit delayed biological incorporation, leading to functional deficits during early rehabilitation.
This study provides valuable insights into the biomechanical outcomes of ACL reconstruction using different graft types, indicating that HT grafts may offer superior biomechanical advantages compared to PT and QT grafts, particularly regarding knee and hip performance during dynamic movements. Given the importance of optimal movement biomechanics for injury prevention and sports performance, these findings underscore the need for individualized graft selection based on an athlete’s specific needs and functional demands. Future research should explore long-term functional outcomes and re-injury rates associated with graft choices. Incorporating neuromuscular training programs tailored to the observed biomechanical deficits may help optimize rehabilitation and enhance return-to-sport outcomes. Ultimately, ACL reconstruction is not a one-size-fits-all procedure, and careful consideration should be given to graft selection to minimize complications, reduce re-rupture risks, and promote long-term athletic success.
Ethical Considerations
Compliance with ethical guidelines
This study was approved by the Ethics Committee of Kharazmi University, Tehran, Iran. All ethical principles were considered in this article.
Funding
This article was extracted from the thesis of Danial Kordi, Tehran, Iran at the Department of Sports Biomechanics, Kharazmi University, Tehran, Iran. This research did not receive any specific grant from funding agencies in the public, commercial, or not-for profit sectors.
Authors' contributions
All authors contributed equally to the conception and design of the study, data collection and analysis, interpretation of the results, and drafting of the manuscript. Each author approved the final version of the manuscript for submission.
Conflict of interest
The authors declared no conflict of interest.
Acknowledgments
The authors would like to thank all participants for their cooperation in this study.
مقدمه و اهداف
آسیبهای رباط صلیبی قدامی (ACL) در جوان به طور فزایندهای رایج شدهاند و هر سال ۲.۳درصد در میان جوانان ۶ تا ۱۸ سال افزایش یافتهاند [1]. بازسازی جراحی (ACLR) آسیبهای رباط صلیبی قدامی روش درمانی ترجیحی برای بازگشت ورزشکاران جوان به سطح فعالیت قبلیشان است. بهطوریکه تخمین زده میشود سالانه ۶۰۰۰۰ تا ۱۷۵۰۰۰ مورد بازسازی آسیبهای رباط صلیبی قدامی در ایالات متحده انجام میشود [2، 3]. علیرغم موفقیت کلی در بازسازی رباط صلیبی قدامی، ورزشکاران جوان پس از این جراحی با خطر بیشتری برای آسیب مجدد در زانوی بازسازیشده یا زانوی مقابل مواجه هستند [4] و همچنین خطر ابتلا به آرتروز زودرس در زانوی بازسازیشده افزایش مییابد [5].
انتخاب گرفت در فرایند جراحی و توانبخشی بازسازی رباط صلیبی قدامی نقش مهمی ایفا میکند. بافت اتوگرفت (گرفت از بدن خود ورزشکاران) به دلیل نرخ بالاتر پارگی مجدد در مقابل بازسازی با آلوگرفت (گرفت از بدن فرد دیگر) به گزینه اصلی برای ورزشکاران جوان و فعال تبدیل شده است [6]. درحالیکه توافقی درمورد انتخاب بهینه گرفت وجود ندارد و عوامل خاص هر ورزشکاران در این تصمیمگیری تأثیرگذارند. اتو گرفت همسترینگ، اتو گرفت پاتلا رایجترین اتوگرفتها بودهاند و اخیراً آلوگرفت نیز محبوبیت بیشتری پیدا کرده است [7].
اگرچه بیومکانیک ضعیف، مهمترین عامل در ایجاد خطر با تغییر در بیومکانیک برای آسیب اولیه و ثانویه رباط صلیبی قدامی است [8]، اطلاعات کمی درمورد تأثیر انتخاب و برداشت گرفت بر پروفایل بیومکانیکی ورزشکاران در طول دوره توانبخشی موجود است. در این متن، تمرکز بر بیومکانیک مرتبط با وظایف حرکتی خاص مانند دویدن، پریدن و تغییر جهت است که بهطور مستقیم با آسیبهای غیرتماسی رباط صلیبی قدامی در ارتباط هستند.
علاوهبراین بازیابی ناکافی قدرت و بیومکانیک مناسب پس از بازسازی رباط صلیبی قدامی میتواند به افزایش خطر آرتروز زانو در آینده، احتمال بیشتر آسیب مجدد و آسیب جدید منجر شود. ازآنجاکه بیومکانیک غیربهینه، بهویژه در حرکات دینامیک و پرتحرک، اکنون بهعنوان نظریه اصلی در آسیبهای غیرتماسی رباط صلیبی قدامی مطرح شده است [9-12]، بررسی تأثیر برداشت گرفتهای مختلف بر عملکرد حرکتی و بیومکانیک دویدن و تغییر جهت ضروری است.
ارزیابیهای تحلیل حرکتی در تحقیقات بهطور فزایندهای رایج شدهاند و بهعنوان ابزاری مؤثر در تصمیمگیری برای بازگشت به ورزش در عمل بالینی، بهویژه در ورزشکارانی که جراحی بازسازی رباط صلیبی قدامی را انجام دادهاند، مورد استفاده قرار میگیرند [9]. بهویژه، ارزیابی بیومکانیکی وظیفه تغییر جهت در ورزشکاران پس از بازسازی جراحی اهمیت زیادی دارد، چراکه امکان بررسی تقارن حرکت، مکانیک تغییر جهت و والگوس دینامیک اندام تحتانی را فراهم میکند [10، 12]. در این زمینه، بیومکانیک تغییر جهت، شامل تحلیل الگوهای فلکشن مفاصل و جذب ضربه فعال در مفاصل اندام تحتانی، نهتنها با خطر آسیب مجدد ACLR مرتبط است [10، 11]، بلکه در پیشرفت آرتروز زانو پس از بازسازی رباط صلیبی قدامی نیز نقش دارد [13]. تغییرات در مکانیک تغییر جهت میتواند بر خطر آسیبهای بیشتر و عملکرد بلندمدت ورزشکاران تأثیرگذار باشد، بهویژه زمانی که این تغییرات بهدرستی مدیریت نشوند.
علاوهبراین اجزای والگوس دینامیک اندام تحتانی که به خطر بالاتر آسیب ACLR کمک میکنند [9، 10]، مانند افزایش فلکشن ران، چرخش داخلی ران و بازشدگی زانو، بهویژه در ورزشکاران زن، پس از جراحی ACLR مشاهده شدهاند [14]. این مباحث بیومکانیکی در تحلیل تأثیر پارامترهای مختلف بیومکانیکی اندام تحتانی هنگام تغییر جهت در ورزشکاران مرد جوان پس از بازسازی رباط صلیبی قدامی به روشهای مختلف گرفت، ازجمله آلوگرفت، اتوگرفت پاتلا و اتوگرفت همسترینگ نیز اهمیت دارند. بررسی این تغییرات در مکانیک تغییر جهت، بهویژه دررابطهبا نوع گرافت مورداستفاده، میتواند بهطور قابلتوجهی در کاهش خطر آسیب مجدد و بهبود عملکرد ورزشکاران پس از بازسازی رباط صلیبی قدامی تأثیرگذار باشد.
درد جلوی زانو که بهویژه پس از برداشت گرافت پاتلا مشاهده میشود، ممکن است به استراتژیهای اجتناب از زانو و کاهش کنترل اکسانتریک عضلات ران منجر شود. این وضعیت میتواند باعث تغییر در استراتژیهای حرکتی ورزشکاران و بهویژه کاهش توانایی در کنترل حرکات دینامیک زانو و ران و منجر به یک وضعیت عمودیتر در طول تغییر جهت و سایر وظایف حرکتی شود. به علاوه، ضعف موقت عضلات چهارسر ران پس از برداشت گرفتهای همسترینگ ممکن است به افزایش وابستگی به این عضلات و درنتیجه به افزایش والگوس دینامیک زانو منجر شود [15]. این تغییرات در مکانیک اندام تحتانی بهویژه در تغییر جهت هنگام دویدن، میتواند خطر آسیبهای بیشتر به رباط صلیبی قدامی را در پی داشته باشد و عملکرد کلی ورزشکار را تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین بررسی تأثیر نوع گرفت (آلوگرفت، اتوگرفت پاتلا و اتوگرفت همسترینگ) بر بیومکانیک تغییر جهت در ورزشکاران پس از جراحی بازسازی رباط صلیبی قدامی و ارتباط آن با افزایش یا کاهش خطر آسیب مجدد و بهبود عملکرد، موضوعی حیاتی در تحقیقات بیومکانیکی است.
این مطالعه با هدف بررسی و مقایسه بیومکانیک تغییر جهت در 3 نوع حرکت مشخص (تغییر جهت به سمت کنار، تغییر جهت همراه با دویدن، و تغییر جهت از جلو) در میان ورزشکاران جوانی که تحت بازسازی رباط صلیبی قدامی با روشهای مختلف پیوند قرار گرفتهاند، انجام میشود. روشهای موردبررسی شامل اتوگرفت همسترینگ، اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت هستند.
این پژوهش به دنبال پر کردن شکاف دانشی موجود درزمینه تأثیر تکنیکهای مختلف بازسازی رباط صلیبی قدامی بر الگوهای بیومکانیکی حرکت است. شاخصهای کلیدی موردارزیابی شامل میزان فلکشن زانو، والگوس دینامیک و تقارن حرکتی بین دو پا هستند که نقش مهمی در سنجش اثربخشی جراحی و پیشگیری از آسیبهای مجدد ایفا میکنند.
این شاخصها امکان تحلیل استراتژیهای حرکتی اتخاذشده توسط ورزشکاران را فراهم میکنند، ازجمله بررسی اینکه آیا برای کاهش فشار بر زانوی بازسازیشده از استراتژی اجتناب استفاده میشود یا خیر. فرضیه اصلی این است که روش بازسازی با آلوگرفت، به دلیل ویژگیهای مکانیکی خاص خود، منجر به عملکرد بهتری در تغییر جهت خواهد شد، ازجمله افزایش فلکشن زانو و کاهش والگوس دینامیک. یافتههای این مطالعه میتوانند به بهینهسازی فرایند توانبخشی و تسهیل بازگشت ایمن ورزشکاران به فعالیتهای ورزشی کمک کنند.
مواد و روشها
در این مطالعه گذشتهنگر و مقطعی ورزشکاران جوان 18 تا 35 ساله که تحت جراحی بازسازی رباط صلیبی قدامی یکطرفه قرار گرفته بودند وارد مطالعه شدند. براساس دادههای مطالعات قبلی که کینماتیک اندام تحتانی در مکانیک پرش فرود را بررسی کردهاند [15]، با فرض 0/05=α و 0/90=β، باتوجهبه اختلاف مقدار گشتاور و کینماتیک زانو و با کمک نرمافزار جیپاور تعداد نفرات برای هر گروه 6 نفر برآورد شد.
درمجموع 18 ورزشکار جوان (در 3 گروه) باتوجهبه معیارهای ورود و خروج انتخاب شدند. شرکتکنندگان براساس نوع گرفت به 3 گروه تقسیم شدند: در گروه اتوگرفت همسترینگ (6 نفر) میانگین سن 6/24 (4/3) سال، قد 182/0 (8/4) سانتیمتر، وزن 77/5 (8/8) کیلوگرم و شاخص توده بدنی 23/3 (7/1) کیلوگرم بر مترمربع بود. در گروه اتوگرفت پاتلا (6 نفر) میانگین سن 5/24 (7/3) سال، قد 183/5 (8/4) سانتیمتر، وزن 79/5 (7/11) کیلوگرم و شاخص توده بدنی 3/5 (7/2) کیلوگرم بر مترمربع ثبت شد. در گروه آلوگرفت (6 نفر) میانگین سن 8/24 (1/3) سال، قد 184/8 (9/2) سانتیمتر، وزن 84/1 (3/10) کیلوگرم و شاخص توده بدنی (0/3) 24/6 کیلوگرم بر مترمربع بود. نتایج نشان داد تفاوت معناداری بین گروهها در این متغیرها وجود نداشت (p>0/05).
معیارهای ورود به مطالعه برای گروه بازسازی رباط صلیبی قدامی
ورزشکاران با بازسازی رباط صلیبی قدامی یکطرفه که در مرحله فعال توانبخشی عملکردی قرار داشتند. این نوع توانبخشی بر بازگشت تدریجی به فعالیتهای حرکتی پیشرفته، بهبود قدرت عضلانی، افزایش پایداری زانو و تمرینات هدفمند برای آمادهسازی جهت بازگشت به ورزش متمرکز است.
معیارهای خروج از مطالعه
1. سابقه آسیب یا جراحی جدی دیگر در اندام تحتانی در 5 سال گذشته، 2. سابقه آسیب رباط صلیبی قدامی قبلی، 3. فاصله کمتر از 4 ماه یا بیشتر از ۱۲ ماه از تاریخ جراحی، 4. عدم توانایی در تکمیل وظایف، 5. دادههای تحلیل حرکتی ناقص [15].
رضایتنامههای آگاهانه از شرکتکنندگان طبق پروتکلهای تأییدشده توسط هیئت بازنگری نهادی ما دریافت شد. به برخی از دادههای ورزشکاران درزمینه بازسازی رباط صلیبی قدامی بهطور گذشتهنگر با استناد به معافیت رضایتنامه که توسط هیئت بازنگری نهادی ما صادر شده بود، دسترسی پیدا شد.
گرفت و تکنیک جراحی
درمورد برداشت گرفت و جزئیات جراحی، تمام بازسازیهای رباط صلیبی قدامی توسط 2 جراح ارتوپدی با تخصص در پزشکی ورزشی انجام شده بود (تصویر شماره 1). اتوگرفت همسترینگ ازطریق یک برش قدامیمیانی در محل ورود به تیبیا برداشت شد و با یک دستگاه معلق قشری بر روی فمور و با یک پیچ مداخلهای بیوجذب لنگر ۴/۵ میلیمتری PEEK بر روی تیبیا ثابت میشود.
اتوگرفت پاتلا ازطریق یک برش قدامی استاندارد مستقیماً از روی پاتلا برداشت میشود که شامل بلوکهای استخوانی ۹ تا ۱۰×۲۰ میلیمتری در هر دو طرف است، انجام شده بود. گرفتهای اتوگرفت پاتلا با استفاده از یک دستگاه معلق قشری بر روی فمور ثابت شده بود و ثابتسازی بر روی تیبیا با استفاده از یک پیچ مداخلهای بیوجذب یا تیتانیومی انجام شده بود.
آلوگرفت بهعنوان گرفت تمام بافت نرم ازطریق یک برش 2 سانتیمتری بر روی ران پایین برداشت میشود و اندازه آنها از ۸/۵ تا ۱۰ میلیمتر در قطر و ۶۰ تا ۸۰ میلیمتر در طول متغیر است (بسته به نحوه ثابتسازی تیبیا). ثابتسازی فمور با استفاده از یک دستگاه معلق قشری انجام شده بود. ثابتسازی تیبیا با استفاده از یک دستگاه معلق قشری یا یک پیچ مداخلهای بیوجذب انجام شده بود.
پروتکل آزمایش
از تمام شرکتکنندگان خواسته شد که بگویند در چه ورزشهایی در حال حاضر شرکت میکنند، یا قبل از آسیب (فقط برای گروههای بازسازی ACL) در چه ورزشهایی فعالیت داشتند و برنامهریزی برای بازگشت به چه رشته ورزشی در فصل بعد دارند؛ اگر فقط یک ورزش گزارش شده بود، شرکتکننده بهعنوان ورزشکار تکورزشی طبقهبندی میشد و اگر بیش از یک ورزش گزارش شده بود، مشارکت چندورزشی ثبت میشد
دادههای تحلیل حرکت سهبعدی اندام تحتانی در حین حرکات تغییر جهت (تغییر جهت به کنار، تغییر جهت همراه با دویدن و تغییر جهت از جلو) با استفاده از یک سیستم ضبط حرکت با 8 دوربین در فرکانس 120 هرتز (Vicon، شرکت Vicon Motion Systems Ltd، آکسفورد، بریتانیا) و 2 صفحه نیروی آنالوگ در فرکانس 2400 هرتز (AMTI OR6-5، Advanced Medical Terminology، Inc.، واتر تاون، MA، ایالات متحده) ضبط شد. یک بیومکانیست باتجربه نشانگرهایی را بر روی لگن و اندامهای تحتانی شرکتکننده قرار داد.
مطابق با مجموعه نشانگر اصلاحشده Plug-in-Gait (تصویر شماره 2) [16] در این پروتکل، بهجای استفاده از استیک ران، نشانگری بر روی کشکک زانو قرار داده شد [17]. همچنین بهجای استیک تیبیا، از یک نشانگر روی برجستگی پروکسیمال استخوان تیبیا استفاده شد [18، 19]. محور زانو با استفاده از دستگاههای تنظیمکننده زانو تعیین شد. این دستگاهها با ایجاد نشانگرهای مجازی، محور خم شدن زانو را براساس همراستایی بصری محورهای آناتومیکی توسط ارزیاب تعریف کردند [20]. علاوهبراین محور مچ پا با استفاده از نشانگرهای قرارگرفته بر روی مالئوس داخلی و خارجی مشخص شد [21].
مسیرهای نشانگر با استفاده از فیلتر ولترینگ با میانگین خطای مربعی 10 میلیمتر مربع فیلتر شدند و دادههای صفحه نیرو با استفاده از فیلتر باتروورث 16 هرتز فیلتر شدند. کینماتیک و کینتیک با استفاده از نرمافزار متلب (R2021b) محاسبه شدند.
اندازهگیریهای کینماتیکی و کینتیکی در طول لحظه اولیه برخورد پاشنه با زمین ارزیابی شدند. بهطوریکه نیروهای بین سیگمان مفصلها در تحلیل سهبعدی در لحظه وارد کردن فشار در وظایف تغییر جهت در اندام تحتانی توسط دادههای کینماتیک و نیروی واکنش زمین فیلتر شد تا تحلیل دینامیکی و کینتیک را محاسبه کنیم. برای نیروهای بین سیگمانی مفاصل از اطلاعات نیروهای عکسالعمل زمین و صفحه نیرو استفاده شد تا نیروهای قدامیخلفی، داخلیجانبی و فشرده ساز ـ کششی محاسبه شود. دامنه تغییرات نیروی عکسالعمل زمین، در لحظه برخورد پاشنه با زمین در وظایف موردنظر برای مؤلفههای داخلیخارجی و قدامیخلفی محاسبه شد. جهت کنترل متغیر مخل وزن، نیروهای عکسالعمل در هر دو راستا بر وزن آزمودنی تقسیم شد و بهعنوان متغیر مرجع در نظر گرفته شد. از نیروهای محور Z برای مشخص کردن لحظه اولین تماس با صفحه نیرو استفاده شد. سپس در مراحل اولیه برای اطمینان از صحت دادههای کینماتیکی از مدلسازی چوبکبریتی برای هر آزمودنی استفاده شد تا از رؤیت و ثبت مختصات تمامی مارکرها در تمام مراحل آزمون اطمینان حاصل شود. برای اطمینان از صحت دادههای کینتیکی نمودار اولیه نیروهای ثبتشده توسط فورس پلیت رسم شد. متغیرهای نمایانگر جذب شوک، شامل حداکثر نیروی عکسالعمل زمین، میانگین گشتاورهای ساژیتال در مفاصل ران و زانو بودند. متغیرهای نمایانگر والگوس دینامیک اندام شامل میانگین فلکشن ران، چرخش داخلی ران و زوایای فلکشن و گشتاورهای زانو بودند. مقادیر مثبت نشاندهنده فلکشن ران، فلکشن و چرخش داخلی ران، فلکشن و فلکشن زانو هستند. گشتاورهای خارجی با مقادیر مثبت نشاندهنده گشتاورهای فلکشن ران و زانو، گشتاورهای فلکشن و فلکشن ران و گشتاورهای چرخش داخلی ران گزارش میشوند.
تمام دادهها بهمنظور مقایسه بین شرکتکنندگان نرمالسازی شدند [22]. برای این منظور از نرمالسازی غیربعدی استفاده شد تا تفاوتهای اندازه بین شرکتکنندگان کاهش یابد [23]. نرمالسازی غیربعدی بهطور مؤثری اثرات اندازه مانند جرم، طول و زمان را در نظر گرفته و به یک اندازهگیری بدون واحد منتهی میشود.
تحلیل آماری
برای تحلیل آماری، شرکتکنندگان براساس نوع گرفت به 3 گروه اتوگرفت همسترینگ، اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت تقسیم شدند. ویژگیهای جمعیتشناختی و متغیرهای درونگروهی و بینگروهی شرکتکنندگان با آزمون تی بررسی شد. نتایج کینماتیکی و کینتیکی تنها در پای آسیبدیده و با استفاده از تحلیل کوواریانس چندمتغیره ارزیابی شدند که در آن گروه بهعنوان عامل بینموضوعی و سمت آسیبدیده (عملیاتی در مقابل غیرعملیاتی) بهعنوان عامل درونموضوعی در نظر گرفته شد. اثر تعامل گروه × سمت نیز مورد بررسی قرار گرفت. برای متغیرهایی که اثر معنادار نشان دادند، آزمونهای تی پسکاو با اصلاح بونفرونی برای مقایسه جفتهای گروهها انجام شد. تمام تحلیلهای آماری در نرمافزار SPSS نسخه 26 با سطح معناداری 0/05 انجام گرفت.
یافتهها
دادههای جمعیتشناختی شرکتکنندگان در مطالعه در جدول شماره ۱ خلاصه شده است که بهطور قابلتوجهای، بین 3 گروه ازنظر سن، قد، وزن و شاخص توده بدنی تفاوت معناداری وجود نداشت.
در جدول شماره ۲، تحلیل کوواریانس چندمتغیره نشان داد نیروی عکسالعمل عمودی زمین میان گروهها تفاوت معنیداری داشت (p=0/021). بهطوریکه گروه آلوگرفت بیشترین نیروی عکسالعمل عمودی زمین را داشت، درحالیکه گروه اتوگرفت همسترینگ کمترین نیروی عکسالعمل عمودی زمین را نشان داد که این امر بهطور آماری حاکی از اختلافات قابلتوجه بین گروههای اتوگرفت همسترینگ، اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت در این متغیر بود. عدم معنیداری اثر تعامل گروه و سمت (p=0/984) بیانگر آن بود که این تفاوت بین گروهها باتوجهبه سمت حرکت تغییری نداشت و مستقل از جهت حرکت بود.
در سایر متغیرها، مانند نیروی عکسالعمل داخلیخارجی و نیروی عکسالعمل جلوییعقبی، نرخ بارگذاری و گشتاورهای فلکسوری / اکستنسوری هیپ و زانو، تفاوت معنیداری بین گروهها یا در اثر تعامل گروه و سمت مشاهده نشد (مقادیر p همگی بالاتر از 0/05 بودند) که حاکی از نبود اختلافات آماری معنادار در این شاخصها در بین گروهها بود. اما در متغیرهای گشتاور ادداکشن/ابداکشن و چرخش داخلی / خارجی هیپ و زانو، اثر تعامل گروه و سمت بهطور معنیداری مشاهده شد (به ترتیب p<0/001 و p=0/032). این نتایج نشان دادند در این پارامترها، تفاوت مشاهدهشده بین گروهها به سمت حرکت وابسته بود، هرچند که خودِ اثر اصلی گروهها بر این متغیرها معنیدار نبود.
نتایج تحلیل کوواریانس چندمتغیره (مانکووا) در جدول شماره 3 نشان داد زاویه فلکشن / اکستنشن هیپ بین گروههای اتوگرفت همسترینگ، اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت تفاوت آماری معنیداری نداشت (p=0/115) و اثر تعامل گروه و سمت نیز معنیدار نبود (p=0/990). این نتایج حاکی از آن بود که مقدار این متغیر نه بین گروهها و نه بین سمتهای مختلف تفاوت آماری قابلتوجهی نداشت.
بااینحال، در متغیرهای ادداکشن / ابداکشن و چرخش داخلی /خارجی هیپ و زانو، تعامل گروه و سمت بهطور معنیداری قابلتوجه بود (p=0/001 و p=0/002 برای هیپ؛ p=0/001 برای زانو) که بیانگر آن است که تفاوتهای مشاهدهشده بین گروهها به سمت حرکت وابسته بودند. از سوی دیگر، اثر اصلی گروهها در این متغیرها بدون در نظر گرفتن سمت معنیدار نبود. همچنین در سایر متغیرهای زاویهای همچون فلکشن / اکستنشن و چرخش داخلی/خارجی زانو، هیچ تفاوت معنیداری در اثر گروه و یا تعامل گروه و سمت مشاهده نشد (مقادیر p بالاتر از 0/05) که نشان داد در این موارد نیز تفاوت آماری معناداری میان گروهها و سمتها وجود نداشت.
بحث
در طول دوره توانبخشی، اختلالات حرکتی و نیروهای بیومکانیکی متعددی در اندامهای بازسازیشده (بازسازی رباط صلیبی قدامی) هنگام انجام حرکات با تغییر جهات مشاهده شده است. این اختلالات، صرفنظر از نوع گرفت، در همه گروهها وجود داشت. در تمامی گروههای بازسازی رباط صلیبی قدامی، کاهش معناداری در گشتاور فلکشن زانو مشاهده شد. این کاهش ممکن است بهعنوان یک ویژگی مثبت در نظر گرفته شود، چراکه در مطالعات پیشین نشان داده شده است افراد مبتلا به آسیب رباط صلیبی قدامی قبل از جراحی، افزایش گشتاور فلکشن زانو را تجربه میکنند و کاهش آن پس از جراحی میتواند به بهبود پایداری و عملکرد زانو کمک کند.
علاوهبراین زاویه فلکشن هیپ و گشتاورهای ابداکشن زانو در اندامهای بازسازیشده در تمامی گروهها افزایش یافت. همچنین گروههای استفادهکننده از گرفتهای اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت در مقایسه با گروه اتوگرفت همسترینگ، عدم تقارن بیشتری در گشتاورهای فلکشن زانو نشان دادند. بهطور معناداری، گشتاورهای فلکشن هیپ در گروههای اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت بیشتر بود.
این نتایج ازنظر بالینی قابلتوجه هستند، چراکه ثبات آنها نشاندهنده اهمیت بالای یافتههاست. این نتایج نشان میدهند درحالیکه انتقال بار از زانو به هیپ بعد از بازسازی رباط صلیبی قدامی (بازسازی رباط صلیبی قدامی) یک الگوی مشترک است، این الگو در ورزشکارانی که از گرفتهای اتوگرفت پاتلا یا آلوگرفت استفاده کردهاند، بارزتر مشاهده میشود. به نظر میرسد گرفتهای اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت هر دو الگوهای مشابهی از جبران مکانیسم اکستانسور در طول مراحل توانبخشی ایجاد میکنند.
یافتههای این مطالعه نشان میدهند توانبخشی متناسب با نوع گرفت پیوندی زانو میتواند پس از بازسازی رباط صلیبی قدامی (بازسازی رباط صلیبی قدامی) مفید باشد. الگوی مشاهدهشده شامل کاهش نیروی عکسالعمل زمین، کاهش فلکشن زانو و افزایش جبرانی فلکشن هیپ است که بهعنوان استراتژی اجتناب از زانو تفسیر میشود [13]. این موضوع نشان میدهد ورزشکاران ممکن است همچنان زانوی خود را محافظت کنند. استفاده از این استراتژی اجتناب میتواند بهعنوان معیاری برای ارزیابی آمادگی بازگشت به ورزش مورد استفاده قرار گیرد [10، 24]. این اطلاعات که از تحلیل حرکت به دست میآیند، اهمیت بالینی ارزیابیهای مبتنی بر حرکت را برجسته میسازند و ارتباط مستقیمی با نتایج این مطالعه دارند، درحالیکه فلکشن مناسب هیپ هدف مطلوب توانبخشی پس از بازسازی رباط صلیبی قدامی (بازسازی رباط صلیبی قدامی) است، اگر این فلکشن با فلکشن زانو همراه نباشد، ممکن است ورزشکاران برای دستیابی به فلکشن هیپ، خم شدن بیش از حد تنه به جلو را نشان دهند که میتواند منجر به آسیبپذیری بیشتر زانو در برابر آسیب مجدد شود [4، 25]. در این مطالعه، انتقال بار از اندام بازسازیشده به سمت مقابل در حین تغییر جهت مشاهده شد. این انتقال بار ممکن است ناشی از ناراحتی یا محدودیتهایی در اندام بازسازیشده باشد، بهویژه در ورزشکارانی که از گرفتهای اتوگرفت پاتلا یا آلوگرفت استفاده کردهاند و این مسئله باعث میشود آنها فشار کمتری به زانوی بازسازیشده وارد کنند [9].
در بررسی نیروی عکسالعمل زمین، گروههای مختلف گرفت تغییراتی در میزان نیروی عکس العمل عمودی نشان دادند، بهویژه در گروه اتوگرفت پاتلا که کاهشهای معناداری را نسبت به سمت مقابل نشان دادند (p=0/021). همچنین تغییرات در نیروی عکسالعمل داخلیخارجی، بهویژه در گروههای اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت مشهود بود، ولی تفاوت معناداری ازنظر «گروه × سمت» مشاهده نشد (p=0/077). درزمینه گشتاورهای فلکشن و اکستنسوری هیپ، تفاوتهای معناداری در گروههای مختلف مشاهده شد که نشاندهنده افزایش فعالیت هیپ بهعنوان جبران برای محدودیتهای زانو است (p=0/127). از سوی دیگر، گشتاورهای فلکشن زانو در اندامهای بازسازیشده نسبت به سمت مقابل کاهش یافتند (p=0/180) که این میتواند بیانگر تلاش برای محافظت از زانو در برابر بار اضافی باشد [14].
درمورد میزان فلکشن / اکستنشن هیپ، هیچ تفاوت معناداری بین گروهها مشاهده نشد (p=0/115)، اندامهای بازسازیشده افزایشهای کوچکی در این متغیر نشان دادند که ممکن است بهعنوان تلاش برای جبران آسیبهای زانو تفسیر شود. در مقایسه گروههای گرفت اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت تفاوتهای معناداری در گشتاورهای ادداکشن / ابداکشن هیپ و چرخش داخلی / خارجی هیپ نشان دادند که ممکن است به دلیل تغییرات در الگوهای حرکتی برای کاهش فشار روی زانو باشد [15].
گرفتهای مختلف عوارض خاص خود را دارند. بهعنوان مثال، گرفت اتوگرفت پاتلا ممکن است منجر به درد جلوی زانو و مشکلات تاندون کشکک شود، درحالیکه گرفت اتوگرفت همسترینگ میتواند باعث ضعف دینامیک فلکشن زانو و گرفتگی عضلات پشت ران در هنگام دویدن شود [26]. گرفت آلوگرفت نگرانیهایی مانند ضعف چهارسر پس از جراحی و یا پارگی احتمالی تاندون چهارسر را به همراه دارد [7]، اما به دلیل عوارض کمتر در ناحیه اهداکننده و نتایج بیومکانیکی بهتر، گرفت آلوگرفت در مقایسه با سایر گرفتها محبوبیت بیشتری یافته است [7، 26]. برای مشخص شدن مزایای بلندمدت گرفت آلوگرفت نسبت به اتوگرفت همسترینگ یا اتوگرفت پاتلا ازنظر پروفایلهای بیومکانیکی و کاهش نرخ آسیبهای مجدد، به تحقیقات بلندمدت نیاز است [25].
در این مطالعه، تفسیر آسیبها و پیامدهای احتمالی آنها در ورزشکاران با گرفت بازسازی رباط صلیبی قدامی، بهویژه در ارتباط با عملکرد بیومکانیکی اندامها، نقشی حیاتی ایفا میکند. یافتهها نشان میدهند در ورزشکاران با گرفت بازسازی رباط صلیبی قدامی، کاهش گشتاور فلکشن زانو، همراه با افزایش جبرانی فلکشن هیپ، میتواند نشاندهنده تلاش بدن برای محافظت از زانو و اجتناب از فشارهای زیاد بر روی آن باشد. این مکانیسمها ممکن است بهویژه در مراحل اولیه توانبخشی و پس از جراحی بهعنوان پاسخهای طبیعی به آسیب در نظر گرفته شوند، اما اگر بهطور طولانیمدت ادامه یابند، ممکن است منجر به افزایش فشارهای جبرانی بر روی سایر مفاصل، مانند هیپ و درنتیجه آسیبهای جدید شود.
در بررسی نیروی عکسالعمل زمین، گروههای مختلف گرفت تغییراتی در میزان نیروی عکس العمل عمودی نشان دادند. بهویژه در گروه اتوگرفت پاتلا، کاهش قابلتوجهی نسبت به سمت مقابل مشاهده شد. همچنین تغییرات در نیروی عکسالعمل داخلیخارجی، بهویژه در گروههای اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت مشهود بود. در گشتاورهای فلکشن و اکستنسوری هیپ نیز تفاوتهایی مشاهده شد که نشاندهنده افزایش فعالیت هیپ بهعنوان جبرانی برای محدودیتهای زانو است. علاوه بر این، گشتاورهای فلکشن زانو در اندامهای بازسازیشده نسبت به سمت مقابل کاهش نشان دادند.
این نتایج نشان میدهد فعالیت جبرانی در هیپ و کاهش بارگذاری زانو ممکن است بهعنوان بخشی از فرایند توانبخشی و محافظت از زانو عمل کند. این استراتژیها میتوانند به ورزشکاران کمک کنند تا با کاهش فشار مستقیم بر زانوی بازسازیشده، بهبودی بهتری داشته باشند و از آسیب مجدد جلوگیری کنند.
علاوهبراین وجود تفاوتهای معنادار در گشتاورهای فلکشن و اکستنسوری زانو و هیپ نشان میدهد الگوهای حرکتی ورزشکاران با گرفتهای اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت در مقایسه با گروه اتوگرفت همسترینگ تفاوتهای بیشتری دارند. این تفاوتها، بهویژه در گشتاورهای ابداکشن زانو و گشتاورهای چرخشی داخلی / خارجی، ممکن است به دلیل تغییرات جبرانی در الگوهای حرکتی ناشی از درد یا ناراحتی در ناحیه گرفت باشد. چنین تغییرات بیومکانیکیای میتواند بهعنوان عامل خطر برای آسیبهای مجدد به مفاصل و بافتهای اطراف عمل کند، زیرا بدن برای جبران آسیبهای اولیه ممکن است بار را بهطور غیرطبیعی توزیع کند.
درنهایت، نوعهای مختلف گرفت پیوندی ممکن است پیامدهای متفاوتی ازنظر آسیبهای بلندمدت داشته باشند. بهعنوان مثال، اتوگرفت پاتلا بهدلیل مشکلات تاندونی و درد زانو میتواند باعث تغییرات دائمی در الگوهای حرکتی و آسیبهای جبرانی به سایر مفاصل شود، درحالیکه گرفت تاندون همسترینگ با وجود عوارض کمتر در ناحیه اهدایی، ممکن است منجر به ضعف چهارسر و آسیبهای بعدی در مفصل زانو شود. در این زمینه، نیاز به تحقیقات بلندمدت وجود دارد تا نتایج بیومکانیکی و میزان آسیبهای مجدد در ورزشکاران با گرفتهای مختلف مورد بررسی قرار گیرد و مشخص شود کدام نوع گرفت در بلندمدت باعث کاهش آسیبهای مجدد و بهبود عملکرد بیومکانیکی میشود.
بهطورکلی، این یافتهها بهویژه از جنبه مطالعات توانبخشی مهم هستند، زیرا میتوانند به تعیین استراتژیهای توانبخشی متناسب با نوع گرفت و پیشبینی خطرات احتمالی آسیبهای بعدی کمک کنند. ازآنجاییکه تغییرات در الگوهای حرکتی ممکن است بهطور غیرمستقیم به آسیبهای مجدد و مشکلات بلندمدت منجر شوند، ارزیابی دقیق بیومکانیکی و اجرای برنامههای توانبخشی متناسب با نوع گرفت بازسازی رباط صلیبی قدامی میتواند در پیشگیری از این آسیبها و تسریع روند بازگشت به فعالیتهای ورزشی مفید واقع شود.
نتیجهگیری
این مطالعه نشان داد پس از بازسازی رباط صلیبی قدامی، اختلالات حرکتی و تغییرات بیومکانیکی در اندامهای بازسازیشده، مستقل از نوع گرفت، مشهود است. کاهش گشتاور فلکشن زانو و افزایش جبرانی در فلکشن هیپ بهعنوان استراتژیهای محافظتی برای کاهش بار مستقیم بر زانو مشاهده شد. این تغییرات، هرچند در مراحل اولیه توانبخشی قابلقبول هستند، اما در صورت تداوم ممکن است به افزایش فشار بر مفاصل دیگر و آسیبهای جبرانی منجر شوند.
تفاوتهای مرتبط با نوع گرفت نشان داد گرفتهای اتوگرفت پاتلا و آلوگرفت باعث افزایش الگوهای جبرانی بیشتری در مقایسه با اتوگرفت همسترینگ میشوند. درحالیکه گرفت پاتلا ممکن است به درد جلوی زانو و مشکلات تاندونی منجر شود، گرفت همسترینگ میتواند ضعف دینامیکی ایجاد کند. این نتایج بیانگر نیاز به طراحی برنامههای توانبخشی متناسب با نوع گرفت برای کاهش آسیبهای جبرانی و بهبود عملکرد است.
این یافتهها اهمیت ارزیابیهای بیومکانیکی در طول توانبخشی را نشان میدهند و بر نقش تحلیل حرکت برای تعیین استراتژیهای بازگشت به ورزش تأکید دارند. تحقیقات آینده باید پیامدهای بلندمدت گرفتهای مختلف را برای کاهش خطر آسیبهای مجدد و بهینهسازی عملکرد بیومکانیکی بررسی کنند.
محدودیتهای این مطالعه شامل طراحی مطالعه و اندازه نمونه محدود در هریک از گروههاست. همچنین زمان جراحی بین ۴ تا ۱۲ ماه متغیر بود. هرچند عملکرد ممکن است در این بازه زمانی تغییر کند، اما مقایسه بین گروهها همچنان معتبر است، زیرا زمان جراحی بین گروهها تفاوتی نداشت. ورزشکاران هنوز برای بازگشت به فعالیت کامل تأیید نشده بودند، بنابراین انتظار میرود به مرور زمان تقارن و انحرافات از بیومکانیک تغییر جهت نرمال بهبود یابند.
ملاحظات اخلاقی
پیروی از اصول اخلاق پژوهش
در اجرای پژوهش ملاحظات اخلاقی مطابق با دستورالعمل کمیته اخلاق دانشگاه خوارزمی در نظر گرفته شده است.
حامی مالی
این مقاله برگرفته از پایاننامه آقای دانیال کردی در گروه بیومکانیک ورزشی دانشگاه خوارزمی است و هیچگونه کمک مالی از سازمانیهای دولتی، خصوصی و غیرانتفاعی دریافت نکرده است.
مشارکت نویسندگان
همه نویسندگان بهطور یکسان در مفهوم و طراحی مطالعه، جمعآوری و تجزیهوتحلیل دادهها، تفسیر نتایج و تهیه پیشنویس مقاله مشارکت داشتند.
تعارض منافع
بنابر اظهار نویسندگان، این مقاله تعارض منافع ندارد.
تقدیر و تشکر
نویسندگان از تمامی شرکتکنندگان به خاطر همکاریشان در این مطالعه تشکر و قدردانی کنند.
References