Desde el punto de vista de la anatomía humana, la rodilla es una articulación donde se unen tres huesos: el extremo inferior del fémur, el extremo superior de la tibia y la rótula; y constituye una articulación de suma importancia debido a que soporta todo el peso del cuerpo en el despegue y la recepción de saltos. Sin embargo, desde el punto de vista de la biomecánica, la modelación matemática de la rodilla no se conoce con exactitud. Se han establecido y formulado diversos parámetros y modelizaciones, pero ninguno de ellos ha alcanzado el funcionamiento real de la articulación. De entre todos ellos, el modelado más aproximado, en cuanto a cinemática de la rodilla se refiere, para ser el de seis grados de libertad en la zona patelofemoral y en la tibiofemoral (nombres que por sí mismos dan un poco de miedo).
Estructura de la rodilla
Antes de proceder a explicar en qué consiste dicho modelo de seis grados de libertad, conviene detallar en primer lugar cuál es la configuración de la rodilla. Para empezar, es preciso acotar que la misma está formada por ligamentos que la cruzan, cada uno de los cuales aporta su grano de arena a la estructura global. La rodilla es una articulación intermedia dotada de un solo sentido de libertad de movimiento, como lo es la flexión, que trabaja comprimida por el peso que soporta. Adicionalmente, la articulación de la rodilla se complementa con un segundo sentido de libertad, definido mediante la rotación sobre el eje longitudinal de la pierna, originada sólo en el momento en que la rodilla está flexionada. A grandes rasgos, la estructura de la rodilla se puede resumir mediante la siguiente figura:
La articulación es el lugar de unión entre los diferentes huesos que realizan un movimiento, existiendo diferentes grados de libertad entre estos. Por otra parte, la estabilidad de la articulación de la rodilla se halla bajo la dependencia de los ligamentos cruzados y los ligamentos laterales. Los ligamentos laterales refuerzan la articulación de la rodilla tanto interna como externamente, mientras que los ligamentos cruzados ejercen una función de refuerzo. Desde el punto de vista de la ciencia ficción moderna, esta explicación me recuerda a las rodillas de los T-800, capaces de ejecutar movimientos impecables gracias a que están correctamente sujetadas y fijas, produciendo en consecuencia que el movimiento del extremo inferior del fémur sea solidario al movimiento del extremo superior de la tibia.
Finalmente, el menisco funciona como elemento de amortiguación ante caídas, saltos y movimientos bruscos. Por ejemplo, al intentar escalar el muro, apoyé todo mi peso sobre la rodilla izquierda, produciendo una situación de fatiga crítica que conllevó a una tensión excesiva sobre el menisco. Al presentar un amortiguamiento estructural o de histéresis, el menisco cedió resultando una lesión que requirió de un profundo reposo.
Cinética de la rodilla
Me encanta William Gibson y, particularmente, la novela Neuromancer. En ella, la protagonista Molly Millones sufre una lesión muy grave en la pierna. Luego de la cura por parte de un dentista de origen chino, ella afirma que si patea cualquier cosa su pierna se caerá. Para comprobar la validez de esta aseveración, me gustaría definir algunas nociones básicas relacionadas con la cinética de la rodilla.
La cinética busca la realización de un modelo sobre el que se aplican determinadas fuerzas y momentos en su superficie, provocan sobre él un movimiento y deformación definida. Con ello se estudian los ejes tanto anatómicos como mecánicos, relacionandolos con los ángulos y fuerzas que actúan en reposo sobre la rodilla. La rodilla sin movimiento está sometida a una serie de fuerzas resultado del mismo peso del cuerpo y de la gravedad:
Desviaciones varizantes: Se define como la distancia existente entre el eje de gravedad del miembro inferior y el centro de la rodilla medida en milímetros y suele oscilar en torno a los 45 mm.
Compresión frontal: Es equivalente a la resultante de dos fuerzas; el peso corporal y la acción muscular.
Cizallamiento articular: Corresponde a la fuerza que se produce a través del apoyo de los cóndilos femorales sobre los platillos tibiales. El sobrepasar sus límites provoca lesiones cartilaginosas y meniscales, como la sufrida durante mi intento vago de hacer senderismo.
Cizallamiento frontal: Corresponde a la carga de los cóndilos femorales por la morfología diafisaria del mismo fémur.
Cizallamiento sagital: Son los movimientos
descritos de rodamiento y deslizamiento de la rodilla.
Cinemática de la rodilla
La cinemática es el estudio de las relaciones entre las posiciones, velocidades y aceleraciones de cuerpos rígidos, sin preocuparse de cómo son causados los movimientos, es decir, la cinemática describe la geometría del movimiento. En los últimos años se han presentando distintos modelos de cinemática de la rodilla basándose en la premisa de la descripción de la movilidad articular relativa entre dos cuerpos rígidos (el fémur y la tibia en este caso) unidos por la articulación a estudiar. El modelo que ha demostrado tener una mayor validez es el de la articulación con seis grados de libertad.
El movimiento definido según este modelo consiste en la traslación y rotación de dos cuerpos uno en relación del otro, o la traslación de puntos específicos de dos miembros uno en relación del otro. No se asumen limitaciones entre la movilidad de los dos cuerpos. En principio, se pueden diferenciar tres desplazamientos rotacionales:
•Flexo-extensión sobre un eje medio-lateral definido como una línea cuyos orígenes pueden tener varias posibilidades: la línea perpendicular a la inserción proximal del LCP y paralela a la línea epicondílea, la línea que pasa entre los orígenes de los ligamentos colaterales medial y lateral y la línea que pasa por el centro de los cóndilos femorales.
•Adducción-abducción sobre un eje anteroposterior en el centro de la rodilla y normalmente conectado con la tibia situado ligeramente posterior al centro del platillo tibial medial para flexiones medias, pero que en caso de flexiones a 0 y 120º pasa justo por el punto medio de la espina tibial.
•Rotación interna-externa sobre un eje tibial intersección de la línea transepicondilar en el punto medio entre los epicóndilos.
Además, se definen tres traslaciones:
•Medio-lateral sobre un eje medio lateral que conecta los puntos más distales de los cóndilos femorales.
•Antero-posterior sobre un eje antero-posterior con respecto a la tibia. Este movimiento ocurre cuando el fémur se traslada anteroposteriormente sobre las superficies articulares de la tibia durante la flexo-extensión. Este eje rota con la flexión de la tibia para mantenerse perpendicular al eje longitudinal de la misma, o sea, paralelo a la superficie articular.
•Compresión-distracción sobre la longitud proximal-distal de la tibia con una angulación de 2º sobre el eje longitudinal de la tibia.
La figura siguiente permite esquematizar e ilustrar los mencionados movimientos:
Ideas y comentarios generales
La morfología particular de las partes óseas de la rodilla, confiere a ésta una peculiar forma de movimiento que aún no somos capaces de comprender con exactitud. Vista la dificultad en entender la biomecánica de la rodilla en general, el intentar añadir los componentes musculares y ligamentosos, no haría más que complicar la exposición hasta un punto en el que la comprensión podría resultar muy difícil, razón por la cual no me he centrado únicamente en el funcionalismo óseo. Por el mismo
motivo no he querido incluir la patología propia de las partes blandas o la afectación de la gonartrosis.
Todavía no se conoce el funcionamiento exacto de la rodilla. Los modelos actuales de seis grados de libertad permiten un acercamiento a la biomecánica real de esta articulación. Es necesario tanto la ampliación de los estudios biomecánicos como la colaboración con los ingenieros para ampliar este marco de conocimiento con tantas aplicaciones posibles, la principal de ellas las artroplastias de rodilla. Del mismo modo la unificación de criterios y el trabajo conjunto pueden llevar a un mismo fin.
REFERENCIAS
[1] Casanova, D. Biomecánica de la rodilla. Colegio Nacional de Técnicos en Traumatología y Ortopedia. San Cristóbal, Venezuela, 2008.
[2] Josa Bullich S., Palacios Y. y Carvajal J. Cinética de la rodilla. Barcelona. JIMS SA, 1995, pp. 35-48.
[3] Smith P.N., Refshange K.M., y Scarvell J.M. Developement of the concepts of knee kinematics. Arch. Phys. Med. Rehabil (84). 2003, pp. 1895-1902.
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Siento mucho la terminología espesa que he utilizado en esta entrada, sin embargo debo decir que para estudiar esta bonita disciplina, se necesitan tres diccionarios: Mandarín-Anatomía, Quechua-Fisiología y Japonés-Medicina. Al menos para un ingeniero novato como yo ;).
Saludos cordiales.
Wintermute.
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