Biomecánica de la rodilla

Alineación de la rodilla
Eje anatómico:
– El eje anatómico de la rodilla es el ángulo formado por la intersección de las líneas trazadas por el centro de la tibia y del fémur en las radiografías.
– El eje anatómico medio es de 6° de angulación en valgo.

Eje mecánico:
– El eje mecánico de la extremidad inferior viene determinado por la línea trazada desde el centro de la cabeza del fémur hasta el centro del tobillo en la radiografía.
– Normalmente, este eje debe pasar por la parte interna de la escotadura intercondílea femoral o la parte externa del compartimento medial.

Ángulo Q:
– El ángulo Q es el que forman una línea que va desde la espina ilíaca anterosuperior al centro de la rótula y otra que va del centro de la rótula a la tuberosidad tibial.
– El ángulo Q normal en hombres es de 14° ± 3°, y en mujeres, de 17° ± 3°.
– Hay bastante desacuerdo sobre la validez y fiabilidad de este parámetro, dada la carencia de un procedimiento de medición estandarizado.

Articulaciones de la rodilla
Articulación femorotibial:
– La rodilla es mucho más que una simple articulación en bisagra bloqueada o troclear (gínglimo).
– La rodilla permite movimientos con seis grados de libertad (tres de traslación y tres de rotación).
– El punto de contacto del fémur con la tibia se mueve hacia atrás cuando la rodilla se flexiona y hacia adelante cuando se extiende (giro posterior femoral).
– La tibia tiene una rotación externa de unos 10° en los últimos 20° de extensión de la rodilla debido a los diferentes tamaños y curvaturas de los cóndilos femorales. Esta rotación «bloquea» la rodilla en extensión tensando los ligamentos laterales y cruzados (mecanismo de atornillamiento).
– El poplíteo «desbloquea» la rodilla rotándola internamente al inicio de la flexión.

Fuerzas de reacción en la articulación de la rodilla:
– Caminar normal = 3x peso corporal.
– Subir escaleras = 4x peso corporal.
– Flexiones profundas de las rodillas = 7x peso corporal.

Articulación patelofemoral:
– El arrastre de la rótula es conocido también como tracking patelar.
– La porción distal de la rótula se afronta en la tróclea femoral cuando la rodilla se ha flexionado casi 20°.
– A medida que la rodilla sigue flexionándose, la superficie de contacto pasa del polo distal de la rótula al proximal.
– Cuando la rodilla se flexiona, la rótula también se traslada lateralmente y se ladea medialmente en el interior de la tróclea.
– En la flexión profunda, el tendón del cuádriceps y las carillas lateral y tercera de la rótula se articulan con la tróclea.
– El ligamento patelofemoral interno es el limitador pasivo principal de la inestabilidad rotuliana lateral; supone el 50% a
60% de la restricción lateral con grados de flexión de 0° a 30°.
– La fuerza menor requerida para desplazar lateralmente la rótula se da a 30° de flexión. En esta posición, el vasto medial oblicuo es el limitador más efectivo.
– Con flexiones más profundas, la constricción ósea del surco troclear sobre la rótula es la limitación principal de la inestabilidad lateral de la rótula.

Marcha
– El ciclo normal de la marcha (caminar) tiene dos fases:
– Fase de oscilación (40%): inicial, media, terminal.
– Fase de apoyo (60%): contacto inicial, respuesta a la carga, apoyo medio, apoyo terminal, preoscilación.
– En la rodilla se dan tres acciones fundamentales:
– Flexión para disminuir el impacto del contacto inicial.
– Extensión para la estabilidad con el reparto de cargas.
– Flexión para separar los dedos del suelo en la oscilación.
– En los pacientes con debilidad del ligamento cruzado anterior no se da la contracción del cuádriceps en las actividades en las que la rodilla está en máxima extensión.
– Tras la reconstrucción del ligamento cruzado anterior u otras intervenciones se pierde extensión de la rodilla. Esto interfiere con el avance de la extremidad, porque la rodilla está flexionada y el pie no toca con facilidad el suelo. La pérdida de la extensión también aumenta la flexión de la cadera y la rodilla contralateral para separar el pie durante la fase de oscilación.

Fuerzas ejercidas al deambular:
– Fuerzas máximas medias en los músculos:
– Cuádriceps: 741 N.
– Isquiotibiales: 1199 N.
– Gastrocnemios: 1039 N.
– Fuerzas máximas medias en los ligamentos:
– Ligamento cruzado posterior: 329 N.
– Ligamento cruzado anterior: 154 N.
– Ligamento lateral interno: 62 N.
– Ligamento lateral externo: 235 N.

Biomecánica del ligamento cruzado anterior
– La función primordial del ligamento cruzado anterior es oponerse a la traslación anterior de la tibia en relación con el fémur.
– Otras funciones secundarias del ligamento cruzado anterior son limitar la rotación interna de la tibia y la angulación en valgo o en varo.
– El ligamento cruzado anterior tiene dos fascículos o bandas funcionales:

– La banda anteromedial es la más resistente y se tensa al flexionar la rodilla.
– La banda posterolateral se tensa con la extensión de la rodilla.

– La banda anteromedial del ligamento cruzado anterior limita el desplazamiento tibial anterior entre 60° y 90° de flexión de la rodilla.
– La banda posterolateral del ligamento cruzado anterior es responsable de evitar el fenómeno de desplazamiento del pivote y proporciona estabilidad frente al desplazamiento anterior en 30° de flexión de la rodilla.

Evaluación clínica:
– La prueba de Lachman es la más sensible para diagnosticar las lesiones del ligamento cruzado anterior.
– La prueba del cajón anterior es útil, pero la tasa de resultados negativos falsos es alta.
– La prueba del pivote del eje o pivot shift es la más específica para diagnosticar las lesiones del ligamento cruzado anterior y la más predictiva de la recuperación funcional tras su reconstrucción. Con la rodilla en extensión máxima, se fuerza en valgo, en rotación interna y en dirección axial para subluxar anteriormente el platillo tibial lateral.
– La prueba es positiva si hay reducción de la tibia sobre el fémur por la banda iliotibial cuando la rodilla se flexiona a 30°.
– Las propiedades mecánicas del ligamento cruzado anterior nativo y de los injertos que se utilizan para su reconstrucción se enumeran en la siguiente tabla.

*Igual que el injerto HTH autólogo
LCA: ligamento cruzado anterior; HTHT: hueso-tendón rotuliano-hueso

Biomecánica de la reconstrucción del ligamento cruzado anterior:
– Un injerto vertical al ligamento cruzado anterior permite recuperar la capacidad anteroposterior pero no puede controlar las cargas rotatorias combinadas de la torsión en rotación interna y en valgo de la tibia.
– Se ha visto que un injerto más horizontal consigue mejor control de las cargas rotatorias además de restablecer la estabilidad anteroposterior.
– La causa más frecuente del fracaso de una reconstrucción con injerto del ligamento cruzado anterior es una posición incorrecta de los túneles óseos al realizar una técnica quirúrgica con un solo túnel femoral.
– Los estudios biomecánicos en el laboratorio han demostrado que la reconstrucción de las dos bandas del ligamento cruzado anterior es mejor que la reconstrucción conjunta para estabilizar las cargas rotatorias de la rodilla y recuperar la cinemática normal de la articulación de la rodilla. Sin embargo, los estudios clínicos no han encontrado beneficio significativo de la reconstrucción del ligamento cruzado anterior doble frente a la sencilla.

Biomecánica del ligamento cruzado posterior
– La función primordial del ligamento cruzado posterior es oponerse a la traslación posterior de la tibia en relación con el fémur.
– El ligamento cruzado posterior también es un limitador secundario de la rotación externa y de la angulación de la tibia en varo.
– El ligamento cruzado posterior tiene dos fascículos o bandas funcionales: la banda anterolateral es el doble de grande que la posteromedial, con un 150% mayor rigidez y resistencia.
– La banda anterolateral se tensa durante la flexión de la rodilla.
– La banda posteromedial se tensa durante la extensión de la rodilla.

Evaluación clínica:
– La prueba del cajón posterior es la maniobra exploratoria más precisa para diagnosticar las lesiones del ligamento cruzado posterior.
– Esta prueba puede utilizarse para evaluar la laxitud del ligamento cruzado posterior y medir la separación entre el platillo tibial medial y el cóndilo interno del fémur. En situación no forzada el platillo tibial medial está adelantado aproximadamente 1 cm respecto del cóndilo interno del fémur.
– Con esta prueba se cuantifica la traslación hacia atrás de la tibia al forzarla en dirección posterior.
– Otras pruebas que permiten evaluar la laxitud posterior anormal son la prueba del hundimiento posterior y la del cuádriceps activo.

Biomecánica del ligamento lateral interno y del complejo posteromedial
– El ligamento lateral interno superficial es el limitador primario de la angulación en valgo y de la rotación externa de la rodilla; también es limitador secundario de la traslación tibial anterior y posterior.
– El ligamento lateral interno aporta el 78% de la limitación al valgo a 25° de flexión de la rodilla.
– El ligamento lateral interno aporta el 57% de la limitación al valgo a 5° de flexión de la rodilla.
– La sección del ligamento lateral interno superficial aumenta la rotación externa en un 200-300%.
– El complejo posteromedial es un estabilizador principal de la rodilla en máxima extensión.
– Al extenderse la rodilla, las estructuras del complejo posteromedial se tensan y ejercen un efecto estabilizador sobre la rodilla.
– El complejo posteromedial resiste el 33% de las fuerzas en valgo en extensión máxima.
– Es un estabilizador principal de la rotación anterior de la tibia y estabilizador dinámico del cuerno posterior del menisco interno.

Evaluación clínica:
– Para evaluar el ligamento lateral interno se practica la maniobra forzada en valgo con la rodilla a 30° de flexión.
– También se practica la misma maniobra a 0° de flexión para evaluar el ligamento lateral interno, el complejo posteromedial y los ligamentos cruzados.

Biomecánica del ligamento lateral externo y del complejo posterolateral
– El ligamento lateral externo y el complejo posterolateral son los limitadores primarios de la angulación en varo y la rotación externa de la rodilla.
– También hay limitadores secundarios a la traslación anterior y posterior de la rodilla.

Evaluación clínica:
– La prueba de varo forzado para evaluar el ligamento lateral externo se practica con la rodilla a 30° de flexión.
– La prueba de varo forzado con la rodilla a 0° de flexión se utiliza para evaluar el ligamento lateral externo, el complejo posterolateral y los ligamentos cruzados.
– La prueba de rotación posterolateral (dial test) puede hacerse con el paciente en decúbito supino o prono. La tibia se rota externamente sobre el fémur de forma pasiva. La diferencia entre ambos lados de más de 10° indica que la prueba es positiva.
– El aumento de la rotación externa a 30° pero no a 90° de flexión indica lesión aislada del complejo posterolateral, mientras que el aumento de la rotación externa tanto a 30° como a 90° de flexión sugiere lesión del complejo posterolateral y del ligamento cruzado posterior.

Biomecánica de los meniscos
Movimiento fisiológico:
– Durante la flexión de la rodilla de 0° a 120°, los meniscos se desplazan en el plano anteroposterior para acomodar el giro hacia atrás de los cóndilos femorales. El desplazamiento medio del menisco interno es de 5,1 mm; el del menisco externo es de 11,2 mm.
– Esta diferencia se debe a la adecuación ósea más estrecha en el compartimento medial y a la mayor fijación del menisco interno a la cápsula articular que el externo.
– El mayor desplazamiento del menisco externo en comparación con el interno puede explicar la menor incidencia de desgarros de aquél.

Funciones:
– Transmisión de las cargas: los meniscos mejoran la congruencia articular entre los cóndilos femorales redondeados y los tibiales planos. Aumentan la superficie de contacto entre la tibia y el fémur y reducen las presiones de contacto sobre el cartílago articular. Los meniscos transmiten aproximadamente el 50% de la carga del peso con la pierna en extensión máxima; este porcentaje sube al 85% a 90° de flexión.
– Absorción de golpes: los meniscos dispersan las cargas axiales gracias a la elongación de sus fibras circunferenciales (“tensión circunferencial”). La estructura bifásica de los meniscos les permite absorber las cargas compresivas
gracias a los desplazamientos del agua en el interior de la matriz fibrocartilaginosa.
– Estabilidad articular: el menisco interno es un estabilizador secundario del desplazamiento anterior excesivo si hay debilidad del ligamento cruzado anterior. El cuerno posterior del menisco interno actúa de cuña para evitar el excesivo desplazamiento de la tibia hacia adelante. No parece que el menisco externo contribuya a la estabilidad articular.

Meniscectomia:
– Transmisión de las cargas: tras la meniscectomía parcial aumentan proporcionalmente las cargas de contacto. Tras la meniscectomía total disminuye la superficie de contacto femorotibial en un 50%, lo que aumenta las presiones de contacto sobre el cartílago articular entre un 200% y un 300%.
– Absorción de golpes: la meniscectomía total reduce la capacidad de absorción de golpes de la rodilla en un 20% por lo menos.
– Estabilidad articular: la meniscectomía interna aumenta el desplazamiento anterior si hay debilidad del ligamento cruzado anterior.

Trasplante de menisco:
– El trasplante de menisco con un aloinjerto del mismo tamaño reduce las presiones máximas de contacto sobre el cartílago articular entre un 56% y un 60%; pese a ello, las presiones siguen estando entre el 36% y el 86% más altas de lo normal.

Biomecánica del cartílago articular
– El cartílago articular normal es blando, poroso y permeable.
– Del 65% al 80% del peso del cartílago corresponde al agua; casi toda está contenida en los poros del cartílago, de donde puede escurrirse por la presión.
– Por tanto, el cartílago articular debe considerarse como un material bifásico, compuesto por una fase sólida y otra líquida.
– Los proteoglicanos del cartílago articular forman una matriz fuerte y duradera, cuyas propiedades mecánicas le permiten soportar las altas cargas y los estiramientos repetitivos que se dan con el uso normal.
– Para mantener la función y la estructura del cartílago articular es necesario que la articulación se mueva y soporte cargas. La sobrecarga debida a lesión o exceso de tensión puede provocar catabolismo del cartílago articular con pérdida de sus propiedades mecánicas.
– El desuso prolongado de la articulación por lesión o tras una intervención puede modificar la composición de la matriz del cartílago y hacerle perder sus propiedades mecánicas.