Biomecánica de la rodilla

La rodilla
es una de las articulaciones más importantes del cuerpo humano, compuesta por el fémur, la tibia, la rótula, meniscos y cartílago articular, permite regular la distancia del cuerpo con respecto al suelo y a través de su movimiento de flexión-extensión permite el desplazamiento del cuerpo para la realización de diferentes actividades.
El cartílago articular tiene una función esencial en el buen funcionamiento de las articulaciones. Algunas investigaciones han encontrado que posee una limitada capacidad de reparación y se cree que el daño del cartílago por osteoartritis es inducido mecánicamente.

Otras causas que provocan esta enfermedad son la alimentación, patológicas y malos hábitos de posturas, pero la principal causa son los problemas de sobrepeso. La osteoartritis produce rigidez en la articulación, causa mucho dolor y limita su movimiento. La solución final es el reemplazo total o parcial de la articulación mediante una prótesis de rodilla cuya duración en promedio no llega a los diez años, además de ser muy costosa por gastos de cirugía y prótesis.
La rodilla es una articulación intermedia del miembro inferior. Principalmente, es una articulación dotada de un solo sentido de libertad de movimiento- la flexión - extensión, que le permite acercar o alejar, más o menos, el extremo del miembro a su raíz o, lo que es lo mismo, regular la distancia que separa el cuerpo del suelo. En esencia, la rodilla trabaja comprimida por el peso que soporta. De manera accesoria, la articulación de la rodilla posee un segundo sentido de libertad: la rotación sobre el eje longitudinal de la pierna, que solo aparece cuando la rodilla esta en flexión.

Considerado desde el punto de vista mecánico, la articulación de la rodilla constituye un caso sorprendente: debe conciliar dos imperativos contradictorios.

Posee una gran estabilidad en extensión completa, posición en la que la rodilla soporta presiones importantes, debidas al peso del cuerpo y a la longitud de los brazos de palanca.

Alcanza una gran movilidad a partir de cierto ángulo de flexión, movilidad necesaria en la carrera y para la orientación optima del pie en relación con las irregularidades del terreno.

La rodilla resuelve estas contradicciones merced a dispositivos mecánicos ingeniosos en extremo; sin embargo, la debilidad del acoplamiento de las superficies, condición necesaria para una buena movilidad, expone esta articulación a los esguinces y a las luxaciones.

La rodilla es la articulación más grande del esqueleto humano; en ella se unen 3 huesos: el extremo inferior del fémur, el extremo superior de la tibia y la rótula (aumenta el brazo de palanca del aparato extensor de la rodilla). Constituye una articulación de suma importancia para la marcha y la carrera, que soporta todo el peso del cuerpo en el despegue y la recepción de saltos.

Su mecánica articular resulta muy compleja, pues por un lado ha de poseer una gran estabilidad en extensión completa para soportar el peso corporal sobre un área relativamente pequeña; pero al mismo tiempo debe estar dotada de la movilidad necesaria para la marcha y la carrera y para orientar eficazmente al pie en relación con las irregularidades del terreno. Actualmente, además de los trabajos donde se utilizan técnicas de disección en cadáveres y radiografías, se investiga a través de resonancia magnética nuclear, fotografiada en distintos ángulos durante sus movimientos. Su estudio está condicionado por la alta incidencia de traumatismos y enfermedades osteodegenerativas que la afectan.

BALANCE MUSCULAR
Flexión de rodilla
Músculos principales: Bíceps crural, Semitendinoso, y Semimembranoso. A estos músculos se les denomina isquitibiales.Músculos accesorios: Gemelos, popliteos, Recto interno y Sartorio.

Extensión de rodilla
Músculos principales: Recto Anterior, Vasto Interno, Vasto Externo, y Crural. Todos estos músculos forman el Cuádriceps Femoral.Todos estos músculos, se insertan mediante un tendón denominado tendón suprarrotuliano, que tapiza la cara anterior de la rótula y se inserta en la tuberosidad anterior de la tibia. Inervación- Nervio crural, raíces de L2-L4

La rodilla es una articulación que trabaja a compresión la mayor parte del tiempo. Desde el punto de vista biomecánico debe mantener un equilibrio entre poseer una gran estabilidad en extensión completa, para soportar presiones importantes, y alcanzar una gran movilidad a partir de cierto ángulo de flexión, necesario para el desarrollo de la carrera y la marcha.La rodilla puede efectuar movimientos en los tres planos del espacio: antero-posterior, rotatorio y lateral.

La flexión de la rodilla se realiza mediante un movimiento combinado de rodamiento y deslizamiento antero-posterior de la tibia sobre el fémur. Como la longitud del cóndilo es doble que la de la tibia, si solo existiese el movimiento de rodadura, el cóndilo caería por detrás de la tibia. En el primer momento, la flexión se realiza por rodamiento y a partir de 20º el componente de deslizamiento va haciéndose más importante hasta completar la flexión completa. Es difícil discernir la exacta proporción de cada uno de estos componentes en las diferentes fases de movilidad articular, debido al hecho de que se superponen con una rotación automática inicial y final, así como voluntaria, durante los movimientos de flexo-extensión en el plano sagital.

Cuando se pasa de extensión a flexión, la tibia hace una rotación interna automática progresiva respecto al fémur y al pasar de flexión a extensión, la tibia hace una rotación externa automática, provocando un movimiento de atornillado de la rodilla en extensión. Este movimiento rotacional se hace por la asimetría de los cóndilos femorales y su divergencia en el plano posterior. La movilidad en el plano frontal es mínima, máxima de 12º, no voluntaria y siempre en flexión, para facilitar la adaptación del pie a las irregularidades del terreno durante la marcha.Los meniscos, además de aumentar el acoplamiento geométrico a la superficie articular, aumentan la estabilidad de la rodilla.

Los meniscos acompañan a los cóndilos femorales en sus deslizamientos antero-posteriores y en sus rotaciones sobre la meseta tibial. Durante la extensión son traccionados por las aletas meniscorrotulianas, desplazándose anteriormente y en la flexión se desplazan hacia atrás atraídos por el semimembranoso para el menisco interno y el tendón poplíteo para el menisco externo.Los meniscos soportan una gran parte del peso corporal durante la marcha evitando la transmisión directa femorotibial. La superficie de los meniscos es de 10-15 cm cuadrados, por lo que la presión oscila entre 15-25 Kg. por centímetro cuadrado.

Permiten una mejor distribución de la carga. Tienden a desplazarse hacia atrás en la flexión y hacia delante en la extensión; debido a que el menisco medial tiene menos movilidad que el menisco lateral, existe una mayor probabilidad de que él, en un movimiento brusco de flexión y rotación, quede atrapado entre el cóndilo y el platillo tibial, produciéndose su ruptura (mecanismo habitual de ruptura meniscal en el deportista o al agacharse).

Si consideramos los cóndilos como superficies esféricas que se apoyan sobre la tibia, que aporta superficies planas, comprenderemos que la rodilla es una estructura inestable. Por esta razón su estabilidad está dada por: a) estructuras de partes blandas pasivas, entre las cuales los meniscos y los ligamentos son muy importantes. b) el músculo cuadriceps, que a través del aparato extensor permite mantener la articulación absolutamente estable en extensión, durante la marcha o al correr por ello es considerado el principal de los estabilizadores activos.

La sinovial de la rodilla es la más extensa de todo nuestro organismo. Recubre la articulación en sus partes superior, anterior, lateral, medial y posterior. En la parte superior forma una cavidad conocida como fondo de saco o receso suprapatelar. Normalmente en él se encuentran plicas (pliegue de la membrana sinovial). De ellas, las más constantes son: la plica suprapatelar, la plica mediopatelar y el pliegue retropatelar.

Desde el punto de vista mecánico, los ligamentos cruzados son elementos que contribuyen, junto a otras estructuras, a mantener la estabilidad de la articulación. En la rodilla, todos los ligamentos participan del movimiento de flexoextensión y cualquiera de ellos, ante el desplazamiento que sea, puede resultar tensado. El que la tensión sea mayor o menor depende de varios factores: grado de flexión de la rodilla, estado funcional del resto de ligamentos y sentido, plano del espacio y cuantía en que se efectúe el desplazamiento causal. Para cada ligamento existen ciertos movimientos, en ciertos planos del espacio y en ciertos grados de flexión de la rodilla, que le provocan una tensión máxima, convirtiéndose, en esas circunstancias, en el primer limitador de ese movimiento; es decir, controlar ese movimiento es función principal de ese ligamento. Además, un ligamento tiene una función estabilizadora secundaria frente a otro tipo de movimientos controlados, en primer lugar, por otros ligamentos. Este control secundario se transforma en principal cuando fallan los ligamentos que ejercen la primera resistencia.
La función principal de los ligamentos cruzados se desarrolla en el plano anteroposterior, limitando y tensándose, frente a los desplazamientos tibiales anterior y posterior. También desempeñan una función de control importante en las rotaciones tibiales y en menor grado, en los desplazamientos en varo o valgo; de tal manera que, en relación a la función de los ligamentos mediales y laterales, los ligamentos cruzados son complementarios, supliéndose mutuamente en los casos de insuficiencia mecánica.

Función principal de los ligamentos:
Ligamento lateral interno..........controla..........movimientos en valgo
Ligamento lateral externo.........controla..........movimientos en varo
Ligamento cruzado anterior......controla..........desplazamiento anterior de tibia
Ligamento cruzado posterior....controla..........desplazamiento posterior de tibia

Anatómicamente, la rodilla se clasifica como biaxial y condílea, en la cual una superficie cóncava se desliza sobre otra convexa alrededor de 2 ejes. Como superficies articulares presenta cóndilos del fémur, superficie rotuliana del fémur, carilla articular de la rótula y meniscos femorales (estructuras cartilaginosas que actúan como cojinetes, amortiguando el choque entre el fémur y la tibia). La cápsula articular es grande y laxa, y se une a los meniscos.

Por otro lado, conviene destacar que otros anatomistas sostienen que la articulación de la rodilla está compuesta, desde el punto de vista morfológico, por la yuxtaposición de dos articulaciones secundarias: la femororrotuliana (que es troclear) y la femorotibial (que es condílea con meniscos interpuestos); la primera de las cuales constituye una articulación por deslizamiento; protege por delante el conjunto articular y; elevando al mismo tiempo al músculo cuadriceps, permite que las tracciones de este sobre la tibia tengan lugar con un cierto ángulo de inclinación y no en sentido paralelo, pues así aumenta su poder de tracción.

Con respecto a la articulación femorotibial puede decirse que el menisco articular la divide en 2 cámaras: la proximal o superior, que corresponde a la articulación femoromeniscal, responsable de los movimientos de flexión y extensión de la pierna; y la distal o inferior, que corresponde a la articulación meniscotibial y permite los movimientos de rotación de la pierna.

La rodilla humana está construida normalmente con un cierto grado de valguismo. Ello significa que estando extendido el miembro inferior, los ejes del fémur y de la tibia no se continúan en línea recta, sino que forman un ángulo obtuso abierto hacia afuera (ángulo femorotibial).
Este ángulo de divergencia de los 2 huesos que constituyen la articulación mide, como término medio, de 170 a 177º. Conviene distinguir desde el punto de vista de construcción de la rodilla humana, el eje anatómico o diafisario del fémur (línea que une el centro de la escotadura intercondílea con el vértice del trocánter mayor) del llamado eje mecánico o dinámico de este, que es la línea que une el centro de la cabeza femoral con el centro anatómico de la rodilla y el centro de la articulación tibiotarsiana; este último eje representa la línea de apoyo o gravedad de toda la extremidad inferior.

En los individuos normales, el eje mecánico o dinámico pasa por el centro de la articulación, o bien un poco por dentro (cóndilo interno), o un poco por fuera (cóndilo externo). No sucede lo mismo en las desviaciones patológicas conocidas como genu valgum y genu varum. En estos casos, la línea pasa completamente por fuera (genu valgum) o por dentro de la rodilla (genu varum).

Cuantas veces hemos realizado un sprint o hemos sometido la articulación de la rodilla a giros bruscos. A pesar de lo complicada que es esta articulación, puede permanecer estable en estas circunstancias, cuando es sometida rápidamente a cambios de carga durante la actividad, lo cual se conoce como estabilidad dinámica de la rodilla y es el resultado de la integración de la geometría articular, restricciones de los tejidos blandos y cargas aplicadas a la articulación a través de la acción muscular y el punto de apoyo que sostiene el peso.

Por otra parte, la arquitectura ósea de la rodilla suministra una pequeña estabilidad a la articulación, debido a la incongruencia de los cóndilos tibiales y femorales; sin embargo, la forma, orientación y propiedades funcionales de los meniscos mejora la congruencia de la articulación y puede suministrar alguna estabilidad, que es mínima considerando los grandes pesos trasmitidos a través de la articulación. La orientación y propiedades materiales de los ligamentos, cápsula y tejidos musculotendinosos de la rodilla contribuyen significativamente a su estabilidad.

Los ligamentos de la rodilla guían los segmentos esqueléticos adyacentes durante los movimientos articulares y las restricciones primarias para la traslación de la rodilla durante la carga pasiva. Las restricciones de fibras de cada ligamento varían en dependencia del ángulo de la articulación y el plano en el cual la rodilla es cargada. La estabilidad de la rodilla está asegurada por los ligamentos cruzados anterior y posterior y los colaterales interno (tibial) y externo (peroneo). El ligamento cruzado anterior (LCA) tiene la función de evitar el desplazamiento hacia delante de la tibia respecto al fémur; el cruzado posterior (LCP) evita el desplazamiento hacia detrás de la tibia en relación con el fémur, que a 90º de flexión se verticaliza y tensa y por ello es el responsable del deslizamiento hacia atrás de los cóndilos femorales sobre los platillos tibiales en el momento de la flexión, lo cual proporciona estabilidad en los movimientos de extensión y flexión.

Los ligamentos laterales brindan una estabilidad adicional a la rodilla; así, el colateral externo o peroneo (LLE), situado en el exterior de la rodilla, impide que esta se desvíe hacia adentro, mientras que el colateral interno o tibial (LLI) se sitúa en el interior de la articulación, de forma que impide la desviación hacia afuera, y su estabilidad depende prácticamente de los ligamentos y los músculos asociados.

Consecuentemente, en la mayoría de los casos hay muchos ligamentos que contribuyen sinérgicamente a la estabilidad dinámica de la rodilla, mientras que los esfuerzos combinados de ligamentos y otros tejidos blandos suministran a la rodilla buena estabilidad en condiciones cuando las cargas aplicadas a la articulación son moderadas, la tensión aplicada a estos tejidos durante alguna actividad agresiva (detener o cambiar con rapidez la dirección en ciertos deportes) suele exceder a su fuerza. Por esta razón se requieren fuerzas estabilizadoras adicionales para mantener la rodilla en una posición donde la tensión en los ligamentos permanezca dentro de un rango seguro. Las fuerzas compresivas de la rodilla, resultantes del soporte del peso del cuerpo y las cargas aplicadas a los segmentos articulares por actividad muscular, suministran estas fuerzas estabilizadoras.

Durante las actividades del miembro inferior se generan fuerzas en la rodilla: una de ellas en la articulación femororrotuliana y otra en la femorotibial, que a su vez puede descomponerse en un componente en el compartimento medial y otro en el lateral.

Dichas fuerzas son las causantes del daño progresivo de las superficies articulares, al ir lesionando la estructura del cartílago con sus componentes de compresión, fundamentalmente, y de cizallamiento; este último se desprecia en los estudios biomecánicos, por ser prácticamente inexistente, debido al bajísimo coeficiente de fricción cartílago-cartílago que obedece, por un lado, a las propiedades viscoelásticas de este y, por otro, a la lubricación proporcionada por el líquido sinovial.

La articulación femorotibial (FT) posee un movimiento tridimensional y, por tanto, 3 componentes de giro: angulación varovalgo (plano frontal, eje anteroposterior), rotación (plano transversal, eje vertical) y flexoextensión (plano sagital, eje transversal). También tiene 3 componentes de desplazamiento: mediolateral, anteroposterior y compresión-separación, de los cuales solo es trascendente el segundo en un mecanismo combinado con el rodamiento de los cóndilos femorales sobre la tibia, guiado por el ligamento cruzado posterior, que predomina en los primeros grados de flexión y el desplazamiento al final de esta. El desplazamiento mediolateral resulta mínimo, atribuible a la congruencia articular proporcionada por los meniscos y las partes blandas (ligamentos y contracción muscular).

El movimiento de rotación suele ser generalmente automático e involuntario y de un orden de magnitud poco importante (nulo en extensión completa, con máximo de 10 a 90° de flexión); así pues, el movimiento principal es el de flexoextensión.

Conviene señalar que el grado de flexión de la rodilla en un ciclo de marcha, varía a lo largo de dicho ciclo, pero nunca logrará estar completamente extendida. Este movimiento de flexoextensión funciona como un helicoide y no como una bisagra simple, pues existe una combinación de flexoextensión con rotaciones, debida a la mayor dimensión proximodistal del cóndilo medial respecto al lateral. Asimismo, para el movimiento de flexión, el deslizamiento anteroposterior femorotibial aumenta la potencia del aparato extensor hasta en 30 %, al obtener un momento mecánico más favorable.

Por el mecanismo de rotación automática descrito anteriormente sucede el fenómeno conocido como autoatornillamiento, que produce el bloqueo femorotibial en extensión completa y aumenta la estabilidad articular, entre otras situaciones, en el instante del apoyo del talón en la marcha. Dicho mecanismo tiene lugar mediante la rotación externa progresiva, con la extensión de la rodilla en fase de balanceo, y provoca el bloqueo progresivo en los últimos 15° de extensión.

El centro instantáneo de rotación de la articulación FT para la flexoextensión se encuentra, en condiciones normales, en el fémur, aproximadamente en la inserción de los ligamentos colaterales en la perpendicular al punto de contacto y va desplazándose dorsalmente con la flexión, en una línea curva suave de concavidad craneal; tal desplazamiento es explicable, entre otros factores, por el deslizamiento femoral sobre la tibia durante la flexión. A causa de esta variación, los diferentes grupos musculares van variando su momento en un sentido que favorece su funcionalismo.