Rolul elementelor anatomice in biomecanica genunchiului

Pentru o mai buna intelegere a biomecanicii articulatiei genunchiului este necesar sa amintim rolul altor elemente anatomice cum ar fi meniscurile sau fibrocartilajele articulare, ligamentul colateral lateral, ligamentul colateral medial, ligamentul rotulei, ligamentele incrucisate anterior si posterior.

Rolul meniscurilor

Meniscurile au o mare importanta in dinamica articulatiei, in sensul ca ele se deplaseaza intotdeauna deodata cu platoul tibial, gasindu-se in acea parte a platoului care suporta presiunea condililor femurali. In flexie, meniscurile sunt impinse dinainte-inapoi, apropiindu-se intre ele prin extremitatile lor posterioare. In extensie, meniscurile sunt deplasate invers, adica dinapoi-inainte, apropiindu-se prin extremitatile lor anterioare. In miscarea de rotatie in afara a gambei, meniscul medial aluneca dinapoi-inainte si dinauntru in afara. In acelasi timp, extremitatea sa posterioara este impinsa inapoi de catre condilul femural respectiv.

Consecinta acestei deplasari este distensia puternica a meniscului. In rotatia interna, meniscul lateral se deplaseaza dinainte-inapoi si dinafara-inauntru. Meniscul lateral este mai rezistent si mai mobil si de aceea deplasarile lui sunt mai intinse. Desi meniscurile articulare urmaresc directia pe care le-o impun condilii prin forta lor de presiune, se intampla uneori ca unul sau chiar ambele meniscuri sa fie prinse sub condili, suferind leziuni, rupturi sau fisuri.

Reducerea stresului la nivel articular:

• cele doua meniscuri joaca un rol important in reducerea sarcinii de stres (intensitatea sarcinii pe unitatea de suprafata) in articulatia genunchiului, fiind adevarati “amortizori” ai acestei articulatii. Experimentele efectuate pe animale si pe cadavre umane au demonstrat ca dupa indepartarea ambelor meniscuri, stresul la nivelul articulatiei genunchiului creste de 2,5- 3 ori. Pe de alta parte, dupa indepartarea totala a meniscului, capacitatea de absorbtie a ciocnirilor la nivelul articulatiei genunchiului se reduce cu pana la 20% (Peterson si Renstrom, 2002).

Stabilizarea articulatiei genunchiului:

• meniscurile indeplinesc o importanta functie stabilizatoare in articulatia genunchiului mentinand un corect aliniament al femurului in raport cu tibia. De altfel, functia stabilizatoare a genunchiului este accentuata si de faptul ca insertia meniscala prezinta un raport ingust atat cu ligamentele incrucisate cat si cu structurile capsulare; din acest motiv, meniscurile (indeosebi cel medial) au un rol foarte important in stabilizarea genunchiului si mai ales in limitarea laxitatii anterioare, in momentul in care lipseste fuziunea  ligamentului incrucisat.

Limitarea functionala a miscarilor de extensie si flexie ale genunchiului: meniscurile limiteaza functionalitatea miscarilor de extensie si flexie a gambei pe coapsa.

Lubrificarea articulatiei:

• meniscurile contribuie activ la lubrificarea articulatiei genunchiului, intinzand o lama fina de lichid sinovial la nivelul articulatiei. Acest lucru devine evident in timpul incarcarii articulatiei, cand meniscurile contribuie la impingerea lichidului sinovial in interiorul cartilajului articular. Este important insa si rolul lor preventiv in raport cu integritatea cartilajului articular.

Rolul ligamentelor incrucisate

Pozitia ligamentelor incrucisate in miscarile de flexie si extensie este o problema controversata. Unii autori sustin ca in aceste miscari, tensiunea acestor miscari nu este uniforma. In ambele ligamente incrucisate (anterior si posterior) ar exista portiuni intinse si portiuni relaxate. Daca se sectioneaza ligamentele incrucisate cand articulatia este in flexie, rezultatul este o compromitere a soliditatii acesteia, deoarece articulatia devine foarte mobila – “balanta”.

Sectionarea acelorasi ligamente in pozitia de extensie a articulatiei nu este urmata de niciun prejudiciu. De aici s-a dedus ca ligamentele incrucisate asigura stabilitatea articulatiei in flexie, iar ligamentele colaterale servesc pentru mentinerea soliditatii articulatiei in extensie.

Studiile de biomecanica a articulatiei genunchiului au mai aratat ca dispozitia ligamentelor incrucisate constituie unul din factorii care explica combinarea “miscarilor terminale” ale genunchiului cu miscari de rotatie. La sfarsitul unei miscari de extensie pura, ligamentul incrucisat anterior este intins. Aceasta extensie poate fi accentuata daca femurul executa o miscare de rotatie  interna sau tibia o rotatie externa.

In aceste situatii, ligamentul se relaxeaza  permit and accentuarea extensiei anterioare. Aceste miscari zise “terminale”, care insotesc in acest caz extensia maxima, confera o mai mare siguranta locomotiei, indeosebi pe terenuri accidentate.

Ligamentul incrucisat anterior are originea in zona prespinala a tractului tibial cu un traiect oblic direct spre in sus, zona cea mai inalta si posterior de fascia mediala a condilului lateral al femurului. Din punct de vedere anatomic, e constituit din doua fascicule: fasciculul antero-medial care este mai lung si mai voluminos si are un contact strans cu ligamentul incrucisat posterior, si fasciculul postero-lateral, de dimensiuni minore care este aproape complet acoperit de fasciculul antero-medial. Din punct de vedere functional, cele doua fascicule au un comportament diferit.

Astfel, fasciculul antero-medial cu genunchiul flectat suporta cea mai mare parte a incarcarii in 3 planuri spatiale. Pentru o mai buna intelegere a functionarii ligamentului incrucisat anterior, este necesara o scurta descriere a  mecanismului de baza  de la nivelul tibiei si femurului. Miscarea tibiei pe femur este o combinatie de rotatie si alunecare, este rezultatul unui mecanism complex, care se realizeaza gratie prezentei ligamentului incrucisat anterior si a celui posterior.

In timpul flexiei genunchiului, ligamentul incrucisat anterior determina trecerea de la miscarea de rotatie la cea de alunecare, in timp ce, in extensie, ligamentul incrucisat posterior  determina cinematica inversa. Daca se considera ca genunchiul are doar miscarea in plan sagital de flexie-extensie, se simplifica mult analiza miscarilor genunchiului din punct de vedere biomecanic, insa, in realitate, miscarea este de tip tridimensional, in timpul flexiei se combina si o miscare de rotatie interna a tibiei si in timpul extensiei o miscare de rotatie externa. Se considera femurul fix si tibia mobila (care este un lant kinetic deschis). In timpul flexiei care determina contractia ischiocruralilor, avem o angajare a ligamentului incrucisat posterior, mai mult in timpul extensiei (activitate concentrica) decat in timpul flexiei (activitate excentrica).

In plan sagital, ligamentul incrucisat anterior si cel posterior stabilizeaza articulatia genunchiului in sens antero-posterior: in particular, ligamentul incrucisat anterior se opune excesivei translatii anterioare a tibiei si tractiunii posterioare a femurului pe tibie, in timp ce ligamentul incrucisat posterior se opune excesivei translatii posterioare a tibiei in raport cu femurul.

Ligamentul incrucisat posterior are originea pe fata interna a condilului medial al femurului si se insera pe aria intercondiliana posterioara a tibiei. Forma sa aminteste vag de cea a unui evantai, mai ingust in portiunea centrala si mai larg spre superior. Este alcatuit din fasciculul anterior, de mari dimensiuni, care se intinde in timpul flexiei si se relaxeaza in timpul extensiei si dintr-un fascicul posterior de dimensiuni mici, care spre deosebire de cel anterior este intins in extensie si relaxat in flexie.

Global, ligamentul incrucisat posterior va fi relativ intins in extensia completa a genunchiului si devine mai lax cu genunchiul flexat. Principala sa actiune mecanica este de a se opune translatiei posterioare a tibiei in raport cu femurul, acest ligament furnizand mai mult de 95% din forta rezultata pentru controlul alunecarii posterioare, fiind ajutat in aceasta actiune de alti stabilizatori secundari care se afla in portiunea postero-laterala si postero-mediala a capsulei, ligamentele colaterale medial si lateral, tendonul popliteu. Alte functii mecanice ale ligamentului incrucisat posterior sunt impiedicarea translatiei posterioare, opusa hiperextensiei articulatiei genunchiului, limitarea rotatiei interne si a hiperflexiei.

Rolul ligamentelor colaterale

Ligamentul colateral lateral, zis si ligament fibular, are o lungime medie de 5 cm si are aspectul unui cordon fibros de forma rotunda. Din punct de vedere anatomic, se insera pe epicondilul lateral al femurului si pe capul peroneului. Functia ligamentului colateral lateral  este cea de sustinere a partii laterale a articulatiei genunchiului, in acest complex are rol adjuvant al bandeletei iliotibiale, a tendonului popliteu si ligamentului arcuat al tendonului bicipital.

Ligamentul colateral lateral este supus la tractiune in timpul extensiei gambei pe coapsa si la relaxare in timpul flexiei. Pentru a suporta tensiunile la care este supus, acest ligament are o conformatie anatomica solida si compacta. Statistic, s-a constatat ca acest ligament este cel mai ades supus traumelor de tip distorsiv.

Ligamentul colateral medial, zis si tibial, prezinta o lungime medie de circa 8-9 cm si anatomic se subdivide in doua parti: partea profunda si cea superficiala. Partea profunda, formata dintr-un fascicul de fibre, orientat in sens vertical, care se intinde de la marginea condilului femural medial pana la circumferinta platoului tibial medial, prezentand o forta de insertie impreuna cu meniscul medial. Portiunea superficiala a ligamentului colateral medial se separa de partea profunda la nivelul articular si se insera la circa 3-4 cm dedesubtul platoului tibial, sub tendonul laba gastei, de care este separat printr-o bursa.

Este principalul stabilizator static al genunchiului, opunandu-se incarcarii in valg si in rotatie si este pus in tensiune in timpul extensiei complete a gambei, si initiaza o detensionare intre 30 si 40 grade de flexie, apoi va reveni din nou in tensiune la circa 60-70 grade de flexie. O portiune a ligamentului colateral medial  va ramane in tensiune pe tot  arcul miscarii cu scopul de a proteja articulatia genunchiului de  incarcare in valg si de fortele externe de tip rotational.

Este important de amintit ca, in cazul rupturii ligamentului incrucisat anterior, ligamentul colateral medial impreuna si cu alte structuri postero-laterale ale articulatiei genunchiului, preiau din functia ligamentului incrucisat anterior, mai ales aceea de impiedicare a translatiei anterioare a tibiei.