کاسه زانو
استخوان پشتی استخوان ساق فیبولا[۶] ( استخوان نازک پشتی پا)
دو مفصل‌بندی اصلی در زانو شامل مفصل‌های ساق- ران[۷] و کاسه زانو– ران[۸] می‌باشد. در شکل ۱‑۱ قسمت‌های ذکر شده نشان داده شده است.
شکل ۱‑۱: ساختمان زانو [۱].
مفصل ساق– ران[۹]
در زانو قسمت انتهایی استخوان ران یک قسمت کروی شکل دارد که شبیه پای اسب است و انتهای برآمده آن در جلوی استخوان ران می‌باشد. دو انتهای استخوان ران به سمت عقب کشیده شده و مهره استخوان میانی و جانبی نامیده می‌شوند. این سطوح با مهره‌های ساق مفصل‌بندی شده و موجب انعطاف و کشیده شدن زانو می‌شوند. دو دیسک غضروفی نرم (مینیسک) نیز در بین مهره‌های استخوان ساق و ران قرار گرفته‌اند.
مفصل کاسه زانو- ران [۱۰]
کاسه زانو (کشکک) در جلوی سطح استخوان به بالا و پایین می‌لغزد و موجب خم شدن و کشیده شدن زانو می‌شود. اتصال کاسه زانو و مفصل ران یک مفصل را تشکیل می‌دهد. کاسه زانو در مکان خود در جلوی مفصل زانو به وسیله‌ی موارد زیر نگه داشته شده که در شکل ۱‑۲ آمده است. ماهیچه چهارسر در جلو ران قرار گرفته است و برای دراز کردن (کش دادن پا) استفاده می‌شود. زردپی یا تاندون[۱۱] (رشته الیافی برای اتصال ماهیچه به قسمت‌های دیگر) چهارسر، ماهیچه چهار سر در بالای زانو را به زانو متصل می‌کند. رباط[۱۲] (برای اتصال استخوان به قسمت‌های دیگر) کاسه زانو، که گوشه انتهایی کاسه را به استخوان ساق تیبیا[۱۳] (استخوان بزرگ قسمت ساق پا) وصل می‌کند.
شکل ۱‑۲: ساختمان زانو [۱].
پایداری مفصل زانو به کمک سیستم هوشمند رباط‌ها، ماهیچه‌های قدرتمند و یک محفظه اتصال قوی و الاستیک، قابل دستیابی است. چهار رباط استخوان ساق و ران را به یکدیگر متصل می‌کنند. در کناره‌های مفصل، رباط‌های مجاور هم (پهلو به پهلو[۱۴]) میانی و جانبی قرار دارند که به اختصار به نام‌های Mcl و Lcl نامیده می‌شوند که همانند یک تثبیت‌کننده برای حرکت‌های پهلو به پهلو مفصل عمل می‌کنند. در شکل ۱‑۳ رباط‌های زانو نشان داده شده‌اند. در جلوی قسمت مرکزی مفصل، رباط صلیبی جلویی (به اختصار به نام Acl) قرار دارد. این رباط یک عضو بسیار مهم برای تثبیت استخوان ران بر روی استخوان ساق می‌باشد و هم‌چنین نگه دارنده استخوان ساق از حرکت‌های چرخشی و لغزشی در طول فرایند راه رفتن، پریدن و فعالیت‌های با جنبش و حرکت سریع است. دقیقاً پشت سر Acl، رباط صلیبی پشتی (Pcl) قرار دارد که از لغزیدن استخوان ساق به عقب ممانعت می‌کند. ماهیچه‌های چهارسر در جلو ران به وسیله تاندون چهار سر به کاسه زانو متصل هستند و ادامه آن از روی کاسه زانو گذشته و به جلو استخوان ساق متصل می‌شود.
شکل ۱‑۳: رباط‌های زانو [۱].
دردها و آسیب‌های معمول زانو
دردها و آسیب‌های معمول زانو که در اکثر مراکز درمانی مشاهده می‌شود شامل آرتروز زانو (جدایش مفاصل)، رماتیسم و جراهات وارده و التهاب مفاصل می‌باشد. رماتیسم اغلب در سنین بعد از ۵۰ سالگی رخ می‌دهد و اغلب ارثی می‌باشد. در این بیماری غضروفی که به صورت یک ضربه‌گیر و قسمت نرم بر روی استخوان زانو عمل می‌کند، فرسوده می‌شود و در نتیجه موجب می‌گردد استخوان‌ها بر روی یکدیگر ساییده شده و موجب درد و سخت شدن حرکت زانو گردد. درد رماتیسم یک بیماری می‌باشد که در آن غشا مایع بین زانو کلفت‌تر و متراکم‌تر شده و موجب تولید مایع بیش از اندازه در فضای مفصل می‌گردد و می‌تواند موجب صدمه زدن به غضروف، درد و خرابی آن شود. شکست یا پاره شدن شدید رباط زانو نیز ممکن است موجب خرابی غضروف‌ها و درد و التهاب آن شود. در این بیماری‌ها اگر درمان، تغییر در شیوه انجام فعالیت‌ها و استفاده از ابزار کمکی خاص نتواند به طور طولانی مفید واقع شود، آنگاه عمل جایگزینی پروتز زانو مورد توجه قرار می‌گیرد.
پروتز زانو
استفاده از پروتز زانو یکی از راه حل هایی است که به منظور کاهش یا رفع دردها و آسیب‌های معمول زانو می‌تواند مدنظر قرار گیرد. معمولاً سه عضو اساسی در پروتزهای زانوی مورد نظر وجود دارند که شامل عضوهای ران[۱۵]، ساق[۱۶] و کاسه زانو می‌شود. این اعضا در شکل ۱‑۴ نشان داده شده‌اند.
جنس مواد پروتز زانو
عضو مربوط به استخوان ران از فلزی با نام آلیاژ کبالت– کروم (CoCr) تشکیل می‌شود. این آلیاژ یک فلز کاملاً سخت و با دوام است که به آن اجازه می‌دهد در برابر بارهای سنگین و هارمونیک زانو در طول روز پایداری کند. برتری دیگر این فلز توانایی ایجاد یک سطح کاملاً صاف است. آلیاژهای دیگر
شکل ۱‑۴: بخش‌های اصلی پروتز زانو (فیمورال، تیبیال و تیبیال‌ترای) [۲].
مانند تیتانیوم نمی‌توانند این سطح صاف را برای مدت طولانی نگه دارند و هم‌چنین بیش از اندازه نرم هس
تند و دچار فرسایش و خراش می‌شوند. عضو ساقی معمولاً از دو تکه اصلی ساخته می‌شود که عبارتند از سینی (کاسه ساق) و عضو تکیه گاه ساق. سینی ساق معمولاً از تیتانیوم و یا آلیاژ کبالت– کروم ساخته می‌شود. تکیه‌گاه ساق، تکیه‌گاهی بین عضوهای ساق و ران است. این تکیه‌گاه از پلاستیک از جنس پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بالا (UHMWPE) تشکیل می‌شود و بسته به نوع پروتز زانو ثابت شده یا اجازه حرکت در سینی ساق را دارد. کاسه زانو[۱۷] (کشکک) نیز معمولاً از UHMWPE ساخته می‌شود. در جدول ۱‑۱ مشخصات الاستیک مواد به کار گرفته شده در پروتز جانشین زانو ارائه شده است.
جدول ۱‑۱: مشخصات مواد به کار گرفته شده در پروتز جانشین زانو [۱].
| آلیاژ کبالت-کروم | پلی‌اتیلن مولکولار غنی شده | خواص مکانیکی |
| GPa 200 | GPa 1/1 | مدول الاسیسیته |
| ۳/۰ | ۴۶/۰ | ضریب پواسون |
انواع جایگزینی پروتز زانو
مجموعه اعضا پروتز زانو شامل موارد زیر می‌شود:
یک المان به شکل قسمت انتهایی استخوان ران که به طور عمومی از آلیاژهایی بر پایه کبالت ساخته می‌شود؛
یک المان شبیه قسمت بالایی استخوان ساق (سینی ساق) که از پلی‌اتیلن با وزن مولکولی زیاد ساخته شده است؛
یک جسم شبیه کاسه زانو (کشکک) ساخته شده از تیتانیوم.
جایگذاری چند تکه و کلی پروتز زانو
گاهی اوقات آرتروز زانو ممکن است به یک پهلو از مفصل آسیب برساند، که در این موارد بهتر است تنها همان قسمت تعویض گردد. این کار جایگذاری چندتکه زانو نامیده می‌شود. به هر حال احتمال خطری در این حالت وجود دارد که التهاب مفصل حالت کلی‌تری پیدا کند و جراح ممکن است تصمیم به تعویض تمام قسمت‌های زانو بگیرد. در این حالت کل سطوح مفصل استخوان ساق، ران و کاسه زانو تعویض می‌شود که به آن جایگذاری کلی زانو گویند. شکل ۱‑۵ جایگذاری چندتکه و کلی مفصل زانو را نمایش می‌دهد.
شکل ۱‑۵: جایگذاری چندتکه و کلی مفصل زانو [۱].
همان‌طور که اشاره شد رباط صلیبی پشتی یک ساختار مهم است که نگه‌دارنده و تثبیت‌کننده مفصل زانو می‌باشد. در برخی جایگزینی‌های پروتز زانو این رباط آسیب دیده و برداشته می‌شود. بعد از برداشتن رباط صلیبی پشتی، یک پروتز خاص که عملکردی شبیه به رباط آسیب‌دیده دارد، باید جایگزین گردد. شکل ۱‑۶ این مطلب را نشان می‌دهد.
شکل ۱‑۶: نمای زانو در حالت نگه داشتن رباط صلیبی پشتی (چپ)، پروتز جایگزین تثبیت‌کننده پشتی در تعویض کل مفصل زانو (راست) [۱].
جایگذاری پروتز زانوی متحرک و ثابت
پروتزهای جانشین زانو را بر اساس اصول طراحی می توان به دو دسته اساسی تقسیم‌بندی کرد. زانوهای با تکیه گاه ثابت که در آن پلی‌اتیلن با وزن مولکولی زیاد (UHMWPE) با فشار در کاسه استخوان ساق جا زده می‌شود و تکیه‌گاه متحرک که به گونه‌ای طراحی شده که حرکت عضو جایگذاری شده در کاسه استخوان ساق را تسهیل کند. در جایگزینی زانو از نوع متحرک هر دو عضو فلزی استخوان ران و کاسه استخوان ساق حرکت می‌کنند. شکل ۱‑۷ پروتز زانوی متحرک و ثابت را نشان می‌دهد.
