Anatomia si biomecanica genunchiului

ANATOMIA SI BIOMECANICA GENUNCHIULUI

Genunchiul este cea mai mare articulatie a corpului si are o structura complexa (cu meniscuri, ligamente intraarticulare, cel mai mare os sesamoid-rotula etc.) cu o participare multipla la functiile intregului membru inferior si corp.

Mai adaugam faptul ca, fiind o articulatie cu putina acoperire de tesut moale, cu abordare usoara, este utilizata de obicei pentru diverse studii articulare.

Se spune ca genunchiul este o articulatie cu un grad de libertate: flexie-extensie. De fapt, kinematica genunchiului poate realiza 6 directii de miscare: flexie-extensie, rotatie laterala si mediala, valgus si varus, translare anterioara si posterioara, translare mediala si laterala, compresie si tractiune. Este adevarat ca in afara de flexie-extensie, care sunt miscari pendulatorii sau oscilatorii, restul fac parte din miscarile "jocului articular". De altfel, genunchiul prezinta cel mai bun exemplu de demonstrare a "jocului articular".

Genunchiul are 2 articulatii: femuro-tibiala si femuro-patelara formand impreuna structura tricompartimentala a genunchiului: compartimentul medial (condil femural medial + platoul tibial medial), compartimentul lateral (condil si platoul lateral) si compartimentul anterior (articulatia femuro-polara).

Articulatia femuro-tibiala

Flexia si extensia genunchiului se executa in primele doua comparti-

mente, putandu-se realiza o flexie de 140-145^o. Limitarea flexiei este deter-

minata de ligamentele incrucisate si de cornul posterior meniscal. Uneori de tesutul moale (la obezi sau mari atleti) si desigur de supletea aparatului extensor al genunchiului (cvadricepsul).

Se considera in general ca extensia este la 0^o dar se admit ca fiind nepatologice si hiperextensii pana la 10^o. Limitarea extensiei se produce prin actiunea ligamentului incrucisat anterior si posterior, prin capsula posterioara si cornul anterior meniscal

Activitatile uzuale zilnice nu ne cer amplitudini asa de mari de flexie. Pentru mersul obisnuit sunt suficiente 65-70^o flexie, pentru pozitie sezanda 90-95^o, pentru urcat scari 83-85^o, pentru coborat insa mai mult (uneori peste 100^o in functie de marimea treptei), pentru legat sireturile la pantof 105-110^o etc. Concomitent cu miscarea in plan sagital de flexie-extensie, se produc intracapsular miscarile de alunecare ale tibiei pe femur. In extensie, tibia aluneca anterior iar in flexie aluneca posterior. Meniscurile sunt direct influentate de miscarile de flexie-extensie din genunchi. Meniscurile sunt structuri deformabile si mobile. Astfel extensia genunchiului impinge inainte si intinde meniscul prin presiunea care se exercita pe el dar si prin tractiunea realizata de fibrele meniscopatelare. Invers, flexia genunchiului antreneaza inspre posterior meniscul.

Orice perturbare in succesiunea centrelor instantanee de miscare (artroza, rupturi menisc, leziuni ligamentare) va determina presiuni patologice asupra cartilajului articular.

Principala miscare concomitenta cu flexia-extensia este miscarea de rotatie care se executa intr-un plan transvers. In miscarea genunchiului in lant deschis (fara incarcarea cu greutatea corpului) se produce o rotatie extema a tibiei pe ultimele 30^o de extensie. In flexia tibiei asistam la o rotatie intema. Rotatia mediala (intema) este limitata de ligamentul incrucisat anterior si posterior, de ligamentul colateral lateral, de menisc. Rotatia laterala (externa) este limitata de ligamentul colateral medial, de capsula posteromediala si menisc. Rotatia creste pe masura ce flexia creste ca la aproximativ 120^o de flexie sa se opreasca. Explicatia miscarii de rotatie (care apare fara comanda noastra voluntara) se datoreaza formei curburii elipsoidale a con-dililor femurali si a diametrelor diferite anteroposterioare ale condililor. Si tesutul moale ar participa la rotatie prin actiunea ligamentelor incrucisate care se rasucesc in jurul lor, intinzandu-se in faza terminala a extensiei. Este posibil ca si intinderea ligamentelor colaterale sa aiba un rol.

In situatia de lant kinetic inchis, cu piciorul pe sol, tibia devine acum segmentul fix, iar femurul se va misca in flexia-extensia genunchiului. Si in aceasta situatie se produce o rotatie (in aceleasi sensuri), dar cu o contributie de doar 5-7^o prin rotatia extema a tibiei si o rotatie intema femurala ceea ce va avea deci ca rezultat miscarea de rotatie externa in momentul terminarii extensiei

Posibilitatea unei miscari de valgizare sau varizare a genunchiului poate fi total nefavorabila prin degradarea in timp a articulatiei. Aceasta miscare in plan frontal devine minimala cand genunchiul este in extensie completa, deci "inlacatat'.

Pe masura ce flectam genunchiul, fortele de varizare cresc. La nivelul de 30^o flexie cand tendinta de varizare este mare se vor opune acestei tendinte: ligamentul colateral lateral, capsula posterolaterala articulara si ligamentele incrucisate. Pe fata mediala a genunchiului, ligamentul colateral median, capsula posteromediala si ligamentele incmcisate asigura protectia contra fortelor valgizante.

Cea mai importanta dintre cele doua miscari este miscarea de valgizare datorita structurilor mai laxe pe fata externa a genunchiului.

Genunchiul, ca orice articulatie portanta, este supus incarcarii, respectiv presiunilor gravitationale (greutatea corporala), dinamice si celor determinate de forta musculara.

Suprafata platoului tibial medial este cu 60 % mai mare decat a platoului lateral. De altfel, si grosimea cartilajului este de 3 ori mai mare decat a celui lateral. Aceste elemente arata capacitatea compartimentului medial articular de a suporta forte mult mai mari decat cel lateral, fenomen de altfel real la nivelul genunchiului.

Meniscurile genunchiului participa la suportarea incarcarii articulare si anume diminuand aceasta incarcare prin repartizarea ei mai buna pe o suprafata mai mare.

In faza de sprijin a mersului, producandu-se un usor var, se realizeaza o compresie in compartimentul medial si o desfacere (cascare) a compartimentului lateral.

In general, se considera ca la un mers normal fortele verticale de presiune ale genunchiului rar depasesc 115-120 % din greutatea corpului. In alergatul usor pot ajunge la 275 % din greutatea corpului.

Articulatia patelo-femurala

Rotula este osul sesamoid cel mai mare din corp. Fatetele ei concave de pe fata posterioara aluneca pe suprafetele convexe ale celor 2 condili femurali. De fapt, patela ia contact cu femuml doar in flexie. Primul contact se produce la o flexie de 20° a genunchiului (cu polul inferior). La 90^o contactul realizandu-se in centrul rotulei, ea penetrand in santul trohlear.

Pozitia patelei este putin asimetrica, deplasata usor spre lateral, deplasare ce se accentueaza la flexia ce depaseste 90^o. Alinierea patelei este asigurata lateral de bandeleta iliotibiala si retinaculum lateral care se opun tractiunii mediale a vastului medial. Tendonul rotulian putemic fixeaza rotula inferior, contra fortelor de tractiune ale cvadricepsului.

Desi se poate trai foarte bine si fara patela (postpatelectomie), totusi rolul biomecanic al rotulei este important. Se stie ca patela mareste bratul momentului al tendonului cvadricipital ceea ce face sa se realizeze un torque al extensorului gambei adecvat cerintelor. Astfel bratul momentului incepe sa creasca in extensie pornind de la 90^o spre 45^o (3,8-4,9 cm) ca apoi spre extensia completa sa scada din nou, dar putin, ajungand la 4,4 cm (Smidt). Se poate acum intelege de ce cvadricepsul poate genera cel mai mare torque la o angulatie a genunchiului de 45^o flexie.      

Stabilitatea genunchiului

Proces biomecanic extrem de important pentru functia membrului inferior, deoarece genunchiul in ortostatism si mers trebuie sa transforme cele 2 segmente, coapsa si gamba, intr-o tija unitara stabila.

Stabilitatea genunchiului se realizeaza prin componente pasive si active. 0 serie de elemente ale stabilitatii pasive au mai fost discutate ceva mai sus.

1. Stabilitatea pasiva este realizata de:

a) Forma suprafetelor articulare, cu corectarile aduse de cartilaj si meniscuri;

b) Formatiunile capsuloligamentare:

. Intern: ligamentul colateral intern (tibial), ligamentul capsular intern;

. Extern: fascia lata - bandeleta iliotibiala -, ligamentul colateral extern (peronier), tendonul popliteului;

Referat: Vitaminele - surse alimentare de vitamine Referat: 41 de sfaturi pentru viata lunga recomandate de doctor

. Posterior: ligamentul posterior (Winslow);

. Anterior: tendonul rotulian si fascia genunchiului;

. Central: ligamentele incrucisate.

Aceste formatiuni definitiveaza si axele de miscare.

c) Axele anatomice femurotibiale asigura extensiei G o stabilitate perfecta, fara sa intre ligamentele in joc. Miscarea G (flexie-extensie) modifica axele de stabilitate, facand sa intre in joc aparatul capsuloligamentar.

In miscarea de flexie, axele se deregleaza si apare varus-ul, care este blocat de rotatia intema. La aparitia valgus-ului se produce rotatia externa - deci, varus-ul si rotatia interna se controleaza reciproc, intocmai ca valgus-ul si rotatia externa; invers, rotatia interna faciliteaza valgus-ul, iar rotatia externa varrus-ul.

Daca in extensia G controlul stabilitatii unipodale este bine asigurat prin elementele de structura, plus contractia musculara, nu acelasi lucru se intampla in flexie. lata, schematic, realizarea acestui control la diverse grade de flexie:

. La 0^o flexie, capacitatea rotatorie (de 10^o) este stapanita de ligamentele incrucisate (pentru rotatia interna) si de cele colaterale (pentru rotatia externa).

. La 30^o flexie, capacitatea rotatorie (de 15^o) este stapanita de cvadriceps si gemeni, plus aparatul ligamentar.

. La 60^o flexie, capacitatea rotatorie este maxima (de 30^o), deci si instabilitatea este maxima caci aparatul capsuloligamentar este aproape complet scos din uz; controlul activ ramane singur (croitorul, ischiogambierii, muschii "labei de gasca').

. La 90^o flexie, capacitatea rotatorie (de 20^o) este controlata de cvadriceps.

2. Stabilitatea activa este realizata de muschi. La sold, au fost deja discutati o serie de muschi care actioneaza si deasupra genunchiului, fiind muschi poliarticulari. S-a discutat astfel despre dreptul anterior, croitor, dreptul intern.

Vastii sunt extensori puternici ai genunchiului, impreuna cu dreptul anterior (rectus femoris). Toate cele 4 capete ale cvadricepsului actioneaza in extensia gambei, cu sau fara incarcare, in lant kinetic deschis sau in lant kinetic inchis (cu piciorul pe sol). Ar exista oarecare preponderenta a vastului medial pe ultimele grade de extensie cand gamba e incarcata. Mai important este rolul acestuia de prevenire a dislocarii laterale a rotulei la sfarsitul extensiei. Ideea ca deficitul de extensie pe ultimele 15^o, datorat vastului medial, ar determina genunchi instabil este nefondata (Basmajian, Hallen, Lindahl).

Pierderea ultimelor 15^o de extensie este rezultatul slabirii intregului cvadriceps, caci pentru aceste 15^o este necesara o crestere cu 60 % a fortei cvadricepsului, comparativ cu forta dezvoltata in extensie pana la acest nivel.

Unele studii au aratat ca insusi vastus intermedius (cruralul) are aceeasi comportare ca si ceilalti muschi din cvadriceps. 0 serie de cercetari mai vechi, de prin anii '50, raportasera unele diferente, contradictorii insa unele fata de altele. Basmajian arata ca, de fapt, la baza sta variatia individuala. Comportamentul celor 4 muschi variaza in anumite limite, uneori chiar semnificativ, de la un subiect la altul. Chiar facilitarea contractiei cvadricepsului prin flexia (uneori extensia) degetelor si piciorului este extrem de variabila de la un individ la altul. Nici rotatia soldului si nici flexia lui nu au adus constante si reproductibile influente asupra fortei de contractie a cvadricepsului. In schimb, s-a demonstrat la toti subiectii ca extensia contra unei rezistente da o activitate mai intensa decat contractia statica. Cea mai mare activitate se inregistreaza cand miscarea de extensie parcurge ultima jumatate a amplitudinii ei (de la 90^o). Contractia statica da maximum de ce poate da doar cand extensia este completa.

Popliteul este un rotator medial al tibiei, ramanand continuu in activitate in pozitii de genuflexiune, ajutand ligamentul incrucisat posterior sa previna dislocarea inainte a genunchiului.

Am vazut ca ischiogambierii (hamstrings) - bicepsul femural, semimembranosul si semitendinosul - au actiune si asupra soldului, si asupra genunchiului. Primul lor rol este de extensori simpli ai CF (fesierul mare este un extensor doar in miscarea contra rezistentei), ca si de flexori si rotatori ai tibiei.

Bicepsul femural este un rotator extem sigur al CF in extensie si adductie si doar in mai putin de jumatate din cazuri executa si rotatia externa (laterala) a genunchiului in pozitie de repaus - stand sau in unipodal -, bicepsul femural nu este in activitate (de altfel ca intreg hamstrings-ul).

Semimembranosul si semitendinosul sunt extensori si adductori ai soldului abdus cand miscarea se face cu rezistenta; pentru genunchi, sunt flexori si rotatori interni.

In mers, ischiogambierii intra in activitate in diferite faze ale acestuia. Astfel, desi actioneaza sincron, semitendinosul, ca si capatul lung al bicepsului femural, are o activitate trifazica in mers, in timp ce semimembranosul si capatul scurt al bicepsului au activitate bifazica.

De retinut ca ischiogambierii care actioneaza asupra ambelor articulatii nu pot determina o actiune singulara. Sub contractia integrala a lor se va misca acea articulatie care nu este imobilizata (prin comanda sau de catre alti factori).

Stabilitatea activa a genunchiului in mers se realizeaza prin "zavorarea' sau "inlacatarea' pe ultimele grade de extensie a lui, care inseamna si rotatie externa a tibiei (cu 2-5^o), permitand condilului medial sa se blocheze prin intinderea ligamentului colateral lateral si a ligamentului incrucisat antero-extern. In "zavorarea' genunchiului (" locked position') aceasta rotatie externa are un rol decisiv (mecanismul "screw home', "insumbarea lacasului'). Extensia si rotatia externa sunt rezultatul contractiei cvadricepsului si ischiogambierilor, caci acestia din urma trag inapoi genunchiul, determinand si rotatia externa. In aceasta "zavorare', cand piciorul este pe sol, un rol il joaca si tricepsul sural, care, luand punct fix pe calcaneu, trage indarat condilii femurali (gemenii) si tibia (solearul). Aprecierea capacitatii functionale a muschilor prin valoarea torqueului (forta ^x bratul momentului) ramane desigur cea mai corecta modalitate. Musculatura genunchiului a fost studiata din plin prin acest parametru, caci tehnic, masuratorile sunt cel mai usor de executat.

Tabelul urmator rezuma activitatea articulatiei genunchiului si a muschilor adiacenti in diferite faze ale mersului. In ultima coloana este notat tipul de contractie pe care-l realizeaza muschii intr-o anumita faza a mersului.

ACTIVITATEA ARTICULATIEI GENUNCHIULUI SI A MUSCHILOR ADIACENTI

IN DIFERITE FAZE ALE MERSULUI (DUPA BRODY L.T. SI TREWAIN L.)