REVISTA DE ORTOPEDIA Y TRAUMATOLOGÍA
Volumen 42, pp 53-61
© 1996 EDITORIAL GARSI
Problemas mecánicos de la rodilla
M. A. DÍEZ ULLOA y J. COUCEIRO FOLLENTE
Servicio de Cirugía Ortopédica y Traumatología.
Complejo Hospitalario Universitario de Santiago de Compostela. La Coruña.
Correspondencia:
Dr. M. A. DÍEZ ULLOA.
Servicio de COT.
Hospital General de Galicia.
Galeras, s/n.
15705 Santiago (La Coruña).
En Redacción: Octubre de 1997.
TEMA DE ACTUALIZACIÓN
RESUMEN: Se presenta una visión de la fisiología articular de la rodilla desde el punto de vista del movimiento, las áreas de contacto de las superficies articulares durante el mismo y los distintos sistemas de fuerzas que se presentan en cada una de sus dos articulaciones principales. Asimismo se muestran las consecuencias que conlleva el desequilibrio de dichos sistemas de fuerzas desde un punto de vista patogénico y se esbozan los principios del tratamiento de diferentes afecciones en tanto en cuanto dependientes de aspectos mecánicos. Debe destacarse la idea de que todos los planteamientos mecánicos se basan en supuestos teóricos. A la hora de sacar conclusiones de los mismos hay que tener presente que no es igual una extensión en el vacío que una contra resistencia, y que también el sistema de fuerzas varía según donde se encuentre la resistencia. Por todo ello, los estudios dinámicos de la marcha son los que aportan datos más relacionados con la clínica, y de hecho en ese sentido se encamina la investigación biomecánica clínica.
PALABRAS CLAVE: Rodilla. Mecánica articular.
MECHANICAL PROBLEMS OF THE KNEE
ABSTRACT: The articular physiology of the knee was examined from the vantage point of movement, the contact areas between articular surfaces during movement and the force systems in each of the two main knee articulations. The pathogenic consequences of imbalances in these force systems were examined and the principles for treating disorders dependent on mechanical factors were described. The idea that all mechanical suppositions are based on theoretical concepts should be underlined. When drawing conclusions, one should not lose sight of the fact that limb extension in space is not the same as extension against resistance and that the system of forces varies with the site of resistance. This is why dynamic walking studies provide the data most closely related with clinical findings, which explains the trend toward their use in clinical biomechanical research.
KEY WORDS: Knee. Articular biomechanics.
La articulación de la rodilla globalmente considerada presenta una alta incidencia de artrosis degenerativa. Esto es debido a que sobre ella actúa un sistema de fuerzas importantes, con unos brazos de palanca muy largos y en una situación de equilibrio inestable. Durante el ciclo de la marcha la transmisión de estas cargas se realiza entre el pie y la cadera, que son puntos relativamente estables y fijos en relación al suelo y al tronco, respectivamente. Por su parte, la rodilla es el elemento móvil que ha de actuar como amortiguador principal de los desequilibrios del sistema formado por el cuerpo es movimiento respecto al suelo, lo que lleva a cabo mediante el desequilibrio y reequilibrio de su propio sistema de fuerzas.
El estudio del movimiento articular puede realizarse independientemente de las fuerzas actuantes (cinemática), en relación con las diversas fuerzas implicadas en él (cinética) o en relación con las aceleraciones producidas por éstas en el desarrollo de aquél (dinámica).42 Resumiendo, el movimiento articular no es sino la actuación de una serie de fuerzas sobre una articulación provocando un movimiento de las superficies articulares entre sí (trabajo = fuerza * desplazamiento) con unas aceleraciones (fuerza = masa * aceleración).
Las fuerzas que actúan sobre la rodilla en el ciclo de la marcha son el peso del cuerpo, equilibrado con la fuerza de reacción del suelo y las contracciones de los grupos musculares.3,4,42 Estas fuerzas originan unos momentos respecto al centro de rotación femorotibial, por lo que se puede calcular la fuerza de contracción muscular al conocer el peso y las distancias a dicho centro de rotación. Se origina un movimiento entre los elementos articulares mediante el desplazamiento de las superficies articulares entre sí producido por el par de fuerzas generado por peso del cuerpo y las contracciones musculares. La fuerza resultante que cierra y equilibra al sistema que actúa sobre la articulación sin producción de movimiento es la fuerza de reacción articular que comprime las superficies articulares entre sí. Por otra parte, cuando se produce un movimiento existe un giro de uno de los componentes alrededor de un eje del otro componente con un momento de inercia del primero (I) conocido, lo que conlleva una aceleración angular (a).
En cualquier actividad del miembro inferior, y principalmente en la marcha, se generan como resultantes unas 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 responsables del daño progresivo de las superficies articulares al ir lesio-nando la estructura del cartílago con sus componen-tes de compresión, fundamentalmente, y de cizallamiento, si bien este último se desprecia en los estudios biomecánicos por ser prácticamente inexistente. Ello tiene su razón en el bajísimo coeficiente de fricción cartílago-cartílago que se debe, por un lado, a las propiedades viscoelásticas de éste y, por otro, a la lubrificación proporcionada por el líquido sinovial.6,10,27
Para conocer la fuerza de reacción articular caben dos posibilidades: a) la medición directa in vivo, y b) su cálculo a partir de otras fuerzas conocidas del sistema que actúan sobre la rodilla en un instante determinado. En la práctica la opción es la segunda, bien en estudios experimentales sobre rodillas de cadáver o bien mediante cálculos matemáticos a partir de observaciones in vivo de las otras fuerzas implicadas en el sistema cinético o dinámico de la rodilla. Una prueba de la falta del valor absoluto de los resultados de estos cálculos es que la fuerza de contracción muscular se suele simplificar aislando un solo grupo muscular, con lo que siempre se comete un error a la baja. Por otra parte, el grupo elegido para los cálculos en el instante del apoyo del talón es el cuádriceps, mientras que hay estudios electromiográficos que muestran que el grupo muscular más activo en este instante son los isquiotibiales. En cualquier caso hay que tener siempre presente que un experimento no es más que la mayor aproximación posible a la realidad, manteniendo bajo control e idealmente constantes el mayor número posible de variables, salvo la estudiada, para objetivar los cambios en ésta acarreados por las variaciones en aquéllas. De hecho, los estudios de marcha han demostrado que las fuerzas en el movimiento in vivo varían de una manera considerable respecto a los modelos estáticos basados simplemente en los ejes de carga y el alineamiento de la extremidad inferior,1 incluso con una deformidad en valgo y debido al momento adductor durante la fase de apoyo monopodal se sobrecarga el compartimento medial.53
La articulación femorotibial
El movimiento
La articulación femorotibial (FT) tiene un movimiento tridimensional y, por tanto, posee tres componentes de giro: angulación varo-valgo (plano frontal, eje anteroposterior), rotación (plano transversal, eje vertical) y flexoextensión (plano sagital, eje transversal). También posee tres componentes de desplazamiento: mediolateral, anteroposterior y compresión-separación. Al analizarlos se observa que de los tres componentes de desplazamiento sólo es trascendente el anteroposterior en un mecanismo combinado con el rodamiento de los cóndilos femorales sobre la tibia guiado por el ligamento cruzado posterior,42 siendo éste el predominante en los primeros grados de flexión y el desplazamiento al final de la misma.39 El desplazamiento mediolateral es mínimo por la congruencia articular proporcionada por los meniscos y las partes blandas (ligamentos y contracción muscular), pero tiene un papel en la etiopatogenia de la osteocondritis disecante en su localización clásica en la vertiente medial del intercóndilo. En lo relativo a la compresión-distracción se encuentra definido por la fuerza de reacción articular y la elasticidad del cartílago. En lo referente a los componentes de giro, el de angulación es mínimo y no es sino la traducción de unos componentes de distracción-compresión no equilibrados entre ambos compartimentos (medial y lateral); por su parte, el de rotación es generalmente automático e involuntario y de un orden de magnitud poco importante (nulo en extensión completa con un máximo de unos 10 a 90° de flexión). Así pues, el movimiento principal es el de flexoextensión.42
Hay que señalar que el grado de flexión de la rodilla en un ciclo de marcha varía a lo largo de dicho ciclo, pero que nunca estará completamente extendida.32,42 El ritmo es doblemente bifásico, con una flexión inicial de unos 20° en la fase de apoyo de talón, seguida de una extensión hasta los 2° durante la fase de apoyo monopodal, para de nuevo volver a flexionarse a 35° en el momento del despegue y seguir hasta los 60-75° en la mitad de la fase de balanceo, para volver a extenderse al final de ésta.32 Globalmente, el arco de movimiento varía entre los 0 y los 140° de flexión. Se asume que en la vida diaria sólo se emplea el arco 0-115° 42 y que con un arco 0-90° la disfunción originada es despreciable. La magnitud del desplazamiento femorotibial es del orden de 2 mm.53
Este movimiento de flexoextensión funciona como un helicoide y no como una bisagra simple, ya que existe una combinación de flexoextensión con rotaciones debida a la mayor dimensión proximo-distal del cóndilo medial respecto al lateral. En estudios por estereofotogrametría se ha visto que la flexión de la rodilla conlleva una rotación interna tibial acompañadas de una adducción y traslación medial de la tibia respecto al fémur.40,41 Asimismo, para el movimiento de flexión se coordina el rodamiento de los cóndilos sobre las mesetas con el deslizamiento anterior del fémur sobre la tibia guiado por el ligamento cruzado posterior. Este deslizamiento anteroposterior femorotibial aumenta la potencia del aparato extensor hasta en un 30% al obtener un momento mecánico más favorable.4
Por el mecanismo de rotación automática descrito anteriormente sucede el fenómeno conocido como autoatornillamiento, que produce el bloqueo femorotibial en extensión completa aumentando la estabilidad articular, entre otras situaciones, en el instante del apoyo del talón en la marcha. Tiene lugar dicho mecanismo mediante la rotación externa progresiva con la extensión de la rodilla en fase de balanceo, produciendose el bloqueo de manera progresiva en los últimos 15° de extensión.
El pivote del giro en la flexoextensión
Para un estudio preciso del movimiento de una articulación en cualquier plano se ha descrito la estereofotogrametría. No obstante, y dada la gran complejidad de tal técnica, se continúa empleando el modelo de los centros instantáneos de rotación descrito por Reuleaux en el siglo pasado.47 Se correspondería al punto alrededor del cual sucede el giro en un instante determinado, observando el fenómeno desde un punto perpendicular al plano en que tiene lugar el movimiento. 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.42 Si hay laxitudes ligamentosas, alteraciones en las superficies articulares o también con el uso de algunas ortesis se altera el recorrido del centro instantáneo de rotación, con lo que se generan áreas de sobrecarga en las superficies articulares. Recientemente se ha descrito un eje fijo para el movimiento de flexoextensión y otro para el de rotación en la articulación de la rodilla.25 La orientación del eje de flexoextensión permitiría explicar la rotación concomitante.
La fuerza reactiva articular
Posee un punto de aplicación, una dirección, un sentido y un módulo, siendo dicho módulo la magnitud de la fuerza originada en el sistema de fuerzas de la articulación, y el punto de aplicación (punto de mayor contacto entre las superficies articulares) la clave para definir el equilibrio en la distribución de fuerzas, esto es, para definir la aparición de áreas de concentración de tensiones. El punto de aplicación FT está situado en el punto de corte entre el eje mecánico del miembro y la superficie articular. Durante la marcha se encuentra en el compartimento medial durante la fase de apoyo, coincidiendo con el mayor módulo de la fuerza de reacción articular para desplazarse al compartimento lateral durante la fase de balanceo, coincidendo con los menores valores del módulo de la fuerza de reacción articular.30 De hecho, el área de contacto en la meseta tibial medial es un 50% mayor que en la lateral.30 Otro aspecto que hay que tener presente al hablar de la distribución de tensiones en la articulación FT es la existencia de unos meniscos articulares que aumentan la superfiice de contacto hasta triplicarla y que en el caso del compartimento lateral posibilitan la congruencia articular.49
Al estar definido el punto de aplicación de la fuerza reactiva por el alineamiento general del miembro se explica la vulnerabilidad de la rodilla a las alteraciones mecánicas. Se suele asumir que en apoyo monopodal estático el eje mecánico cruza la interlínea FT en su punto medio,29 pero realmente se encuentra de 3 a 17 mm medializado.43,44 Tal simplificación, entre otras cosas, anula cualquier momento valguizante o varizante del cuádriceps. Si se analiza el plano frontal las desviaciones en varo de la rodilla producen una sobrecarga del compartimento medial y las desviaciones en valgo excesivo del lateral. Además, en ambos casos, se desequilibran el aparato extensor y la trayectoria rotuliana, apareciendo inestabilidades y áreas de concentración de tensiones. Al analizar el plano sagital tanto el flexo como el recurvatum generan áreas de concentración de tensiones en la rótula, añadiéndose en el segundo caso un componente de inestabilidad por rótula alta relativa. En cuanto a las alteraciones rotacionales, la rotación interna genera un varo relativo y viceversa. A este respecto hay que comentar que con la edad hay una cierta tendencia a la retroversión del cuello femoral y a la rotación externa compensatoria de la rodilla,12,38 situación propia de las gonartrosis tricompartimentales y ligeramente alterada en las gonartrosis principalmente mediales, donde hay una extrarrotación tibial menor que la fisiológica.57,58
Si se estudia la variación de la reacción articular y del grado de contracción muscular en un ciclo de marcha37 se observan unos picos: a) inmediatamente después del apoyo de talón (aproximadamente 3* peso corporal); b) a mitad de la fase de apoyo (aproximadamente 2* peso corporal); c) inmediatamente anterior al despegue de los dedos (aproximadamente 3-4* peso corporal), y d) previo al apoyo del talón. El primero coincide con un pico de actividad EMG en los músculos isquiotibiales, el segundo con uno en el cuádriceps para evitar el colapso en flexión de la rodilla, el tercero con uno del tríceps sural en el impulso hacia arriba y adelante durante el despegue y el cuarto de nuevo a los isquiotibiales para bloquear la rodilla antes del impacto del talón con el suelo.37 Debe apuntarse también el hecho de que en el instante del apoyo del talón la fuerza de reacción del suelo tiene un componente medial de aproximadamente un 5% de su valor total, lo que provoca una tendencia al varo en la rodilla que ha de compensarse con un momento valguizante originado a raíz de la distribución desigual de tensiones entre ambas mesetas tibiales.3,4
Los desequilibrios en la articulación femorotibial
Por desviaciones en el eje mecánico puede presentarse una tendencia al varo o al valgo. En el primer caso, el más frecuente, se incrementa el componente medial de la fuerza de reacción del suelo al choque del talón. En el segundo caso ambos se compensarán. La redistribución de tensiones entre ambos platillos reequilibra el sistema de fuerzas que actúa sobre la rodilla.4,42 hasta el instante en que se pierde el contacto FT en el compartimento lateral, lo que sucede más o menos a los 12° de varo.42 Una vez que ha sucedido esta pérdida de contacto hay otros dos mecanismos de compensación:4,42a) la co-contracción de cuádriceps e isquiotibiales (agonistas y antagonistas), con lo que aumenta la fuerza reactiva articular, y b) la elongación del ligamento lateral externo y del pivote central (ligamentos cruzados).
La co-contracción muscular precisa de un tiempo de reacción para que funcione el arco reflejo protector de la articulación, por lo que ante situaciones de instauración muy rápida o ante fuerzas muy grandes que sobrepasen la capacidad muscular para mantener las superficies articulares en contacto el principal mecanismo compensador es la elongación ligamentosa.4,42 Definida la capacidad de elongación de un ligamento (K), la fuerza de elongación (F) es función del incremento del ángulo FT (Z) y de la distancia desde el ligamento hasta el punto de aplicación de la fuerza reactiva articular [brazo de palanca, (W)]. F = Z * W * K, y el momento elongador será M = Z * K * W2. Como quiera que el brazo de palanca es mayor en el caso del ligamento colateral que en el del pivote central, también lo será la tensión elongadora.4
La incompetencia funcional de los ligamentos cruzados supone un desplazamiento anteroposterior anómalo del fémur sobre la tibia. La lesión del ligamento cruzado posterior conlleva una pérdida del mecanismo de deslizamiento-rodamiento de los cóndilos sobre las mesetas y la consiguiente disminución del momento extensor hasta en un 30%. La lesión del ligamento cruzado anterior produce una inestabilidad anteromedial que predispone a las roturas meniscales (especialmente del cuerno posterior del menisco interno), al contacto anómalo en la escotadura intercondílea y a la aparición de sintomatología rotuliana.
Tratamiento de los desequilibrios en la articulación femorotibial
El tratamiento se dirige básicamente a reestablecer el equilibrio del sistema de fuerzas que actúa sobre la rodilla en cada instante. Para ello se tratará de mantener los mecanismos de deslizamiento-rodadura y de autoatornillamiento que son fruto del equilibrio fisiológico en el plano sagital y en el transversal. Pero la alteración más frecuente es en el equilibrio en el plano frontal, para lo que se intentará que el eje mecánico cruce a la interlínea FT en el centro de la misma y que ésta mantenga una inclinación aceptable respecto al suelo.
La corrección del desequilibrio varo-valgo se consigue habitualmente mediante osteotomías realineadoras. Como lo más frecuente es el desequilibrio en varo, la osteotomía más practicada es la valguizante de la metáfisis proximal de la tibia,3,7,9,28 y aunque es un tema aún debatido suele aconsejarse una leve hipercorrección.9,28 Si el varo es mayor de 20° o hay una gonartrosis por valgo excesivo, la osteotomía se suele realizar en el fémur para evitar inclinaciones excesivas de la línea articular. No obstante, si el valgo es menor de 12° o la inclinación articular menor de 10° puede plantearse la osteotomía tibial.8,36El mecanismo terapéutico de las osteotomías metafisarias tibiales probablemente añada un componente de descompresión intraósea de la zona de concentración de tensiones, además de la actuación sobre los ejes de carga. Si existe una contractura en flexo importante o una edad avanzada suelen preferirse las técnicas de artroplastia, que será total si la afectación articular es tricompartimental o existe una enfermedad inflamatoria sinovial no mecánica.
El manejo de las lesiones ligamentosas se enfoca al mantenimiento de la estabilidad articular dinámica. Una mayor profundización en el tratamiento de las lesiones ligamentosas queda, y con mucho, fuera de las perspectivas de este capítulo.
En lo referente a las lesiones meniscales producen alteraciones en la cinemática articular y sobrecarga bajo el platillo tibial ipsilateral demostrable por gammagrafía. El tratamiento actualmente recomendado es la meniscectomía parcial para eliminar el dolor y las alteraciones cinemáticas (bloqueos, etc.), manteniendo la máxima superficie para distribución de tensiones y en el compartimento lateral la mayor congruencia articular posible. En esta línea han surgido las técnicas de reparación meniscal y de trasplante meniscal. De nuevo, una mayor profundización en el manejo de las lesiones meniscales queda fuera de los objetivos de este capítulo.
Articulación femororrotuliana
La trayectoria rotuliana normal
La trayectoria de la rótula a lo largo del fémur tiene unos 5 a 7 cm de longitud24,56 y transcurre desde el hueco supratroclear a los cóndilos, pasando por el surco rotuliano del fémur24 hasta las superficies distal y posterior de los cóndilos femorales.13 En estudios con TAC dinámica se definen dos patrones básicos de movilidad rotuliana en el surco femoral: uno, con un recorrido centrado desde la flexión de 90° hasta la extensión completa, y otra con una sub-luxación lateral entre los 20° de flexión y la extensión completa (patrón de subluxación en «J»).52 Se ha demostrado mediante la sección secuencial y dirigida de las partes blandas perirrotulianas que a lo largo de su recorrido la rótula se ve guiada principalmente por la geometría del surco femoral a partir del momento en que la rótula y el fémur entran en contacto, mientras que hasta ese momento juegan un papel primordial los tejidos blandos.23 Los retináculos, además de ser los ligamentos colaterales de la articulación femororrotuliana (FR),45 transmiten fuerzas de pequeña magnitud a la rótula y un desequilibrio entre ellos origina un desplazamiento medial-lateral de la rótula sin incrementar la compresión contra el fémur.24 Con la flexión se tensan pasivamente --más el lateral--, ya que el eje de giro de la femorotibial es posterior a la articulación FR.24
Dado que en el recorrido de flexoextensión de la rodilla, excepto en la extensión completa, hay un pequeño rango de deslizamiento anteroposterior y una libertad de rotación de 10° en ambas direcciones entre el fémur y la tibia, las relaciones de la rótula a lo largo de la trayectoria pueden verse modificadas por ello. Estas rotaciones se controlan activamente por las contracciones musculares automáticas,16,22,24 reguladas por la información recogida en receptores articulares y periarticulares y se guían pasivamente por la tensión de las estructuras posteriores.16,22 En todo el rango de rotación femorotibial coronal fisiológica la rótula se mueve con el fémur sin sufrir desplazamientos respecto a él.16,22 La rótula bascula a lo largo del recorrido de flexión siguiendo a la tibia en el plano sagital, pero a un ritmo menor e independiente.
Las causas de una trayectoria rotuliana inadecuada pueden estar en las deficiencias musculares o de los mecanismos guía, en las anomalías óseas, en un alineamiento inadecuado del miembro inferior11,54 o en las alteraciones que en todos ellos puedan provocar los traumatismos. Dicha trayectoria puede corregise hasta cierto punto mediante el fortalecimiento de las fibras oblicuas del vasto medial, el estiramiento de la fascia lata y los ejercicios específicos de movilidad articular.11
Las alteraciones de la trayectoria se objetivan principalmente con los estudios de imagen en el plano coronal de la articulación FR, por ejemplo, la proyección radiológica axial de la rótula, en los que se puede observar su ángulo de congruencia, inclinación y/o desplazamiento. Existen muchas proyecciones axiales sin variaciones significativas hechas entre 30 y 60° de flexión.15,34 Se entiende por inclinación la pérdida del paralelismo en dicho plano coronal entre la línea ecuatorial de la rótula y la línea que une los puntos más ventrales de las vertientes del surco rotuliano femoral. El desplazamiento es la distancia, en el plano coronal de la articulación femororrotuliana, entre un punto determinado de la rótula --generalmente el centro21-- y el fondo del surco rotuliano femoral. Tal distancia se mide entre las proyecciones perpendiculares a dichas referencias sobre la línea definida por la intersección de un plano frontal con dicho plano coronal. El desplazamiento puede ser en sentido lateral (la inmensa mayoría de las veces) o medial. No obstante, habitualmente la trayectoria de la rótula se suele estudiar agrupando desplazamiento e inclinación con el ángulo de congruencia de Merchant, que es el formado por la bisectriz del ángulo del surco (fondo y ápices de ambos cóndilos en proyección axial) y la línea que une el fondo del surco con el ápex de la cresta rotuliana. Su valor fisiológico es de 6° con la bisectriz y lateral a esta última línea.34
El área de contacto
Tanto el área rotuliana de contacto con el fémur como las tensiones de la articulación FR dependen de la fuerza del cuádriceps16,17,24,46 y del ángulo de flexión FT.14,16,17,24,42,46,51 La incompetencia funcional del ligamento cruzado anterior hace variar de una manera irregular ese área de contacto.48
La superficie instantánea de contacto con el fémur es una franja transversal de 2 a 4 cm2 de superficie que va aumentando progresivamente y desplazándose proximalmente en la rótula durante la flexión.14,24,51 Otros autores consideran que realmente el área llega a ser mayor, de hasta 8 cm2, con lo que disminuiría sustancialmente la magnitud de las tensiones calculadas por unidad de área.16 Se han descrito diferencias entre individuos en esta huella patelar, aunque dentro de un esquema morfológico similar. Incluso se han visto modificaciones adaptativas de las áreas de contacto ante la aparición de lesiones en el cartílago articular rotuliano.16
Hasta 20° de flexión la rótula está en el hueco supratroclear14,24,51 donde se ha descrito24 una compresión contra el fémur que no está unánimemente aceptada.20 A partir de esos 20° sucede el contacto de la rótula con el surco femoral en la región más proximal de la superficie articular rotuliana y se delimitan dos áreas: una en la carilla medial y otra en la lateral. Con la flexión progresiva se van desplazando ambas zonas hacia proximal, a la vez que se van extendiendo hacia el centro de la rótula hasta unirse a 45° en una franja única que extiende por ambas carillas y la cresta media.14,24,51 Cuando se han descrito superficies de contacto de mayor área ésta es única.16 Al seguir aumentando la flexión FT prosigue su desplazamiento para llegar a la zona más proximal de la carilla articular a los 120°. Hay que señalar que a partir de 70° el tendón cuadricipital contacta con el fémur y comparte con la rótula las tensiones de una manera directamente proporcional a la flexión:14,16,24,26,51 la razón entre la presión sobre la rotula y la presión sobre el tendón cuadricipital pasa de ser 12,2 a 70°,24 a 2 a 120°,26 a 1 a 130° y de 0,75 a 150° de flexión.24
Se ha comprobado que existe una rotación externa de la tibia en los últimos grados de extensión que contribuye a formar el ángulo Q.27,45De 0 a 20° hay una intrarrotación tibial que disminuye el ángulo Q por el desbloqueo del mecanismo de autoatornillamiento de la articulación. Hasta los 20° de flexión, aproximadamente, no se inicia el contacto FR. En este momento se añade un componente de medialización sobre la rótula que neutraliza el componente lateralizante originado por el ángulo Q, ya que el vasto medial se extiende más distalmente que el lateral.20,24 En flexión de 20° existe un contacto congruente27,56 y un aumento de 10° en el ángulo Q35 puede elevar las tensiones en un 45%.26,45
Con una flexión mayor de 20° la rótula se encuentra en una posición anterior al centro de rotación de la rodilla, con lo que mejoran las condiciones de acción del cuádriceps20 y su trayectoria se va lateralizando hasta los 60 ó 70º de flexión27,51,56 En este momento se produce la máxima tensión en el ligamento cuadricipital y en el tendón rotuliano.45 A los 70° comienza el contacto entre el tendón cuadricipital y el fémur24,45 y la trayectoria se medializa. Al llegar a los 90° la trayectoria vuelve a lateralizarse,27,56 ya que las fibras largas de los músculos vastos discurren dorsales al eje de giro de la rodilla y perpendiculares al eje de la tibia, con lo que pierden su función extensora de la rodilla.24 Más allá de los 120° de flexión la rótula se desplaza lateralmente a la vez que se inclina medialmente y penetra más profundamente en la escotadura intercondílea, con lo que sucede una disminución del grosor funcional,24 es decir, disminuye el momento del aparato extensor. Asimismo, la carilla impar o paramediana de la rótula (odd facet) entra en contacto con el fémur y la articulación FR se constituye con los cóndilos femorales, no con el surco rotuliano femoral, siendo incongruente.13,22
Las fuerzas
El aparato extensor dibuja en el plano frontal un ángulo con vértice en el centro de la rótula y abierto hacia lateral que da lugar al ángulo Q (son ángulos suplementarios en la línea vertical definida por el tendón rotuliano). Existe, por tanto, un componente de lateralización de la trayectoria mayor proporcionalmente a dicho ángulo Q. La tensión que soporta el tendón cuadricipital es mayor que la del rotuliano,10,24,33 aunque la relación varía con el ángulo de flexión. Así, a 30° de flexión la fuerza del tendón rotuliano es un 30% superior a la del cuadricipital y entre 90 y 120° la del cuadricipital es superior a la del rotuliano, también en un 30%.45 Los radios de rotación de sus momentos relativos cambian,33 ya que al ser la inserción del primero en la base y en la cara anterior de la rótula, aquélla queda más alejada del eje de flexoextensión de la rodilla que la inserción del tendón rotuliano que tiene lugar en la zona rugosa distal de la cara posterior de la rótula.24 El brazo de palanca del tendón cuadricipital aumenta con la extensión,31 lo que explica que también las fuerzas, como ya se ha dicho, estén en función del ángulo de flexión de la rodilla.14,24,42,46,51 El momento extensor va aumentando con la flexión hasta hacerse máximo de los 20 a 30° para disminuir con flexiones mayores al variar la zona de contacto FR.53
La rótula está sometida a unas tensiones muy complejas y su conocimiento exacto es difícil,5,48,51 aunque en cualquier caso sus valores son muy altos.17 Aunque pequeños errores en los cálculos teóricos de los brazos de palanca conllevan grandes errores en los cálculos de fuerzas, se ha estimado que pueden alcanzar los 3.000 N, e incluso los 6.000 N en la gente joven, y se aproximan a los de fractura en algunos de los valores alcanzados en actividades de la vida diaria, como, por ejemplo, subir unas escaleras.5 Sin embargo, se ha sugerido también que estos cálculos podrían ser erró-
neos, siendo las tensiones reales mucho menores.16
Se han realizado cálculos de la magnitud de la fuerza de reacción FR en el desarrollo de diversas actividades46,50 en las que se observó que durante
todo el movimiento de flexoextensión de la rodilla la fuerza de reacción FR fue mayor que la de tracción cuadricipital.42 En la marcha sobre terreno llano dicha fuerza FR alcanza sus valores más bajos46 con un pico durante la fase de apoyo equivalente a la mitad del peso del cuerpo. Estos valores aumentan en otras actividades que precisen de una mayor flexión de la rodilla, y así, en el ascenso de una rampa llegan a 1,7 veces el peso corporal y a 2,4 veces al levantarse de una silla sin ayuda de los brazos.50 Al subir (y sobre todo al bajar50) escaleras se llega a unos 60° de flexión y a unas fuerzas de 3,3 veces el peso del cuerpo,42,46 mientras que con las sentadillas se llega a valores de 7,6 veces el peso corporal.46 Al caer de una altura de 1 metro la fuerza FT llega a ser de 24 veces el peso corporal y la FR de 20 veces.50
El patrón de distribución de fuerzas durante la flexión de la rodilla ayuda a mantener una presión más o menos constante por unidad de área en el cartilago ar-ticular de la rótula a lo largo del arco de movimiento,20,24,26si bien la zona central recibe las presiones más altas y hay un gradiente descendente hacia la periferia.24 Si se consideran por separado las carillas lateral y medial hay una relación constante de 1,6 a 1 entre la carilla lateral y la medial en cuanto a superficie de contacto y magnitud de tensiones de compresión,24 lo que podría explicarse por una inclinación de la rótula con la flexión.56 Por otro lado, la superficie de la carilla lateral suele ser mayor que la de la carilla medial en una razón aproximada de 2:1 (tipos de Wiberg).56
Los desequilibrios en la articulación femororrotuliana
Habitualmente consisten en una trayectoria rotuliana inadecuada y se traducen en una sintomatología dolorosa en la región anterior de la rodilla. El origen del dolor puede encontrarse tanto en las estructuras óseas como en las partes blandas: alerones rotulianos, sinovial, tendón cuadricipital o rotuliano, etc. Por otro lado, puede tratarse de un problema de inestabilidad en el que no exista dolor, pero esto es menos frecuente. La génesis del dolor puede deberse a: a) microtraumatismos por distracción o pellizcamiento de las partes blandas (incluso se han descrito microneuromas en el alerón rotuliano externo); b) la aparición de áreas de concentración de tensiones en la rótula secundariamente a una trayectoria desequilibrada (tanto en el sentido mediolateral como proximodistal), y c) un componente de estasis venoso intraóseo.2 Quizá debido a las alteraciones descritas en la FT respecto a la evolución con la edad del alineamiento torsional de la rodilla se ha visto una lateralización de la trayectoria rotuliana en pacientes mayores de 50 años con gonalgias no traumáticas.55
Tratamiento de los desequilibrios en la articulación femororrotulianos
La idea básica es reequilibrar la trayectoria rotuliana, teniendo presente si hay un problema de desplazamiento, de inclinación, de ambos o de ninguno de los dos.18,19 El tratamiento es esencialmente conservador con rehabilitación específica (entre otros aspectos, potenciación del músculo vasto medial oblicuo) apoyada con ortesis o vendajes (por ejemplo, con tiras de esparadrapo a lo McConnell)19específicos y AINEs en las fases más dolorosas.2,11,19Sólo cuando tras 1 año de tratamiento conservador bien hecho persiste la sintomatología dolorosa se plantea la cirugía, salvo casos de inestabilidad muy grave. Esta cirugía se dirigirá preferentemente a las partes blandas, esencialmente mediante la liberación del alerón rotuliano lateral. Las transposiciones mediales o ventrales de la tuberosidad tibial consiguen básicamente variar el área de concentración de tensiones,24 por lo que deberán reservarse sólo para casos determinados.
En las entesitis (Osgood-Schlatter, Sinding-Larsen-Johansen) lo fundamental es no perder la paciencia con los tratamientos conservadores, especialmente en los adolescentes, ya que el tratamiento conservador obtiene resultados excelentes, quedando la cirugía para casos especialmente recalcitrantes o con signos radiológicos de avulsión completa. Las ortesis de descarga suelen rendir buenos resultados en casos rebeldes.
Si ya existe lesión irreparable por el organismo del cartílago articular el tratamiento abarca otras técnicas quirúrgicas que rebasan el alcance de este capítulo, entre ellas, el implante de condrocitos autólogos cultivados.
Bibliografía
1. Andriacchi, TP; Stanwyck, TS, y Galante, JO: Knee biomechanics and total knee replacement. J Arthroplasty, 1: 211-219, 1986.
2. Arnoldi, CC: Patellar pain. Acta Orthop Scand, (suppl 244): 1-29, 1991.
3. Bartel, DL: Unicompartmental arthritis: Biomechanics and treatment alternatives. AAOS Instruct Course Lect, 41: 73-76, 1992.
4. Burstein, AH, y Wright, TM: Biomechanics. En: Insall, JN (Ed): Surgery of the Knee. Churchill-Livingstone, 1993, 43-62.
5. Carpenter, JE; Kasman, J, y Matthews, LS: Fractures of the patella. J Bone Joint Surg, 75A: 1550-1561, 1993.
6. Charnley, J (Ed): Low Friction Arthroplasty of the Hip. Theory and Practice. Berlín. Springer-Verlag, 1979, 6.
7. Coventry, MB: Osteotomy about the knee for degenerative and rheumatoid arthritis: Indications, operative techniques and results. J Bone Joint Surg, 55A: 23-48, 1973.
8. Coventry, MB: Proximal tibial varus osteotomy for osteoarthritis of the lateral compartment of the knee. J Bone Joint Surg, 69A: 32-38, 1987.
9. Coventry, MB; Ilstrup, DM, y Wallrichs, SL: Proximal tibial osteotomy. A critical long-term study of eighty-seven cases. J Bone Joint Surg, 75A: 196-201, 1993.
10. Denham, RA, y Bishop, RED: Mechanics of the knee and problems in reconstructive surgery. J Bone Joint Surg, 60B: 345-352, 1978.
11. Doucette, SA, y Goble, EM: The effect of exercise on patellar tracking in lateral patellar compression syndrome. Am J Sports Med, 20: 434-440, 1992.
12. Eckhoff, DG; Johnston, RJ; Stamm, ER; Kilcoyne, RF, y Wiedel, JD: Version of the osteoarthritic knee. J Arthroplasty, 9: 73-79, 1994.
13. Elias, SG; Freeman, MAR, y Gokcay, EI: A correlative study of the geometry and anatomy of the distal femur. Clin Orthop, 260: 98-103, 1990.
14. Ferguson, AB; Brown, TD; Fu, FH, y Rutkowski, R: Relief of patellofemoral contact stress by anterior displacemente of the tibial tubercle. J Bone Joint Surg, 61A: 159-166, 1979.
15. Fernández-Baíllo, N: Grado de congruencia femoropatelar. Parámetros habituales. Tesina de licenciatura. Universidad Autónoma de Madrid, 1984.
16. Fernández Fairén, M, y Vázquez, JV: Determinación de las superficies de contacto y de las solicitaciones femoropatelares. Rev Ortop Traumatol, 42: 362-369, 1995.
17. Ferrández, L; Usabiaga, J; Yubero, J; Sagarra, J, y De No, L: An experimental study of the redistribution of patellofemoral pressures by the anterior displacement of the anterior tuberosity of the tibia. Clin Orthop, 238: 183-189, 1986.
18. Fulkerson, JP, y Shea, KP: Disorders of the patellofemoral joint. J Bone Joint Surg, 72A: 1424-1429, 1990.
19. Fulkerson, JP; Kalenak, A; Rosenberg, ThD, y Cox, JS: Patellofemoral pain. AAOS Instruct Course Lect, 41: 57-71, 1992.
20. Goldberg, VM; Figgie III, HE, y Figgie, MP: Technical considerations in total knee surgery. Management of patella problems. Orthop Clin North Am, 20: 189-199, 1989.
21. Gomes, LSM; Bechtold, JE, y Gustilo, RB: Patellar prosthesis positioning in total knee arthroplasty: A roentgenographic study. Clin Orthop, 236: 72-81, 1988.
22. Goodfellow, J; Hungerford, DS, y Zindel, M: Patellofemoral joint mechanics and pathology. 1. Functional anatomy of the patellofemoral joint. J Bone Joint Surg, 58B: 287-290, 1976.
23. Heegaard, J; Leyvraz, PF; Van Kampen, A; Rakotomanana, L; Rubin, PJ, y Blankevoort, L: Influence of soft structures on patellar three-dimensional tracking. Clin Orthop, 299: 235-243, 1994.
24. Hehne, HJ: Biomechamics of the patellofemoral joint and its clinical relevance. Clin Orthop, 258: 73-85, 1990.
25. Hollister, AM; Jatana, S; Singh, AK; Sullivan, WW, y Lupichuk, AG: The axes of rotation of the knee. Clin Orthop, 290: 259-268, 1993.
26. Huberti, HH, y Hayes, WC: Patellofemoral contact pressures. The influence of Q-angle and tendofemoral contact. J Bone Joint Surg, 66A: 715-724, 1984.
27. Hungerford, DS, y Barry, M: Biomechanics of the patellofemoral joint. Clin Orthop, 144: 9-15, 1979.
28. Jakob, RP, y Murphy, SB: Tibial osteotomy for varus gonarthrosis: Indications, planning and operative technique. AAOS Instruct Course Lect, 41: 87-93, 1992.
29. Johnson, F; Leitl, S, y Waugh, W: The distribution of load across the knee. J Bone Joint Surg, 62B: 346-349, 1980.
30. Kettelkamp, DB, y Jacobs, AW: Tibiofemoral contact area. Determination and implications. J Bone Joinrt Surg, 54A: 349-356, 1972.
31. Kaufer, H: Mechanical function of the patella. J Bone Joint Surg, 53A: 1551-1560, 1971.
32. LaFortune, MA; Cavanagh, PR; Sommer, HJ, III, y Kalenak, A: Three-dimensional kinematics of the knee during walking. J Biomech, 25: 347-357, 1992.
33. Maquet, P: Mechanics and osteoarthritis of the patellofemoral joint. Clin Orthop, 144: 70-73, 1979.
34. Merchant, AC; Mercer, RL; Jacobsen, RH, y Cool, CR: Roentgenographic analysis of patellofemoral congruence. J Bone Joint Surg, 56A: 1391-1399, 1974.
35. Merkow, RL; Soudry, M, e Insall, JN: Patellar dislocation following total knee replacement. J Bone Joint Surg, 67A: 1321-1327, 1985.
36. Morrey, BF, y Edgerton, BC: Distal femoral osteotomy for lateral gonarthrosis. AAOS Instruct Course Lect, 41: 77-85, 1992.
37. Morrison, JB: The mechanics of the knee joint in relation to normal walking. J Biomech, 3: 51-61, 1970.
38. Moussa, M: Rotational malalignment and femoral torsion in osteoarthritic knees with patellofemoral joint involvement. A CT scan study. Clin Orthop, 304: 177-183,1994.
39. Müller, W (Ed): The Knee. Form, Function and Ligament Construction. New York. Springer-Verlag, 1986, 8-15.
40. Nilsson, KG; Kärrholm, J, y Ekelund, L: Knee motion in total knee arthroplasty. A roentgen stereophotogrammetric analysis of the kinematics of the Tricon-M knee prosthesis. Clin Orthop, 256: 147-161, 1990.
41. Nilsson, KG; Kärrholm, J, y Gadegaard, P: Abnormal kinematics of the artificial knee. Acta Orthop Scand, 62: 440-446, 1991.
42. Nordin, N, y Frankel, VH: Biomechanics of the knee. En: Nordin, N, y Frankel, VH (Eds): Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System. Philadelphia. Lea-Febiger, 1989, 115-133.
43. Paley, D, y Tetsworth, K: Mechanical axis deviation of the lower limbs. Clin Orthop, 280: 48-71, 1992.
44. Paley, D: Corrective osteotomies for lower limb deformities. Curr Orthop, 8: 182-195, 1994.
45. Rand, JA: The patellofemoral joint in total knee arthroplasty. J Bone Joint Surg, 76A: 612-620, 1994.
46. Reilly, DT, y Martens, M: Experimental analysis of the quadriceps muscle force and patellofemoral joint reaction force for various activities. Acta Orthop Scand, 43: 126-132, 1972.
47. Reuleaux, F (Ed): The Kinematics of Machinery: Outline of a Theory of Machines. London. Macmillan, 1876. Citado en: Nordin, N, y Frankel, VH: Biomechanics of the knee. En: Nordin, N, y Frankel, VH (Eds): Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System. Lea-Febiger, 1989, 117.
48. Ronsky, JL; Herzog, W; Brown, TD; Pedersen, DR; Grood, ES, y Butler, DL:In vivo quantification of the cat patellofemoral joint contact stresses and areas. J Biomech, 28: 977-983, 1995.
49. Seedholm, BB; Dowson, D, y Wright, V: The load-bearing function of the menisci. En: Ingwersen, OS (Ed): The Knee Joint. Recent Advances in Basic Research and Clinical Aspects. Amsterdam. Excerpta Medica, 1974, 37-42.
50. Seedholm, BB, y Terayama, K: Knee forces during the activity of getting out of a chair with and without the aid of arms. Biomed Eng, August, 278-282, 1976.
51. Singerman, R; Berilla, J; Kotzar; Daly, J, y Davy, DT: A six-degree-of-freedom transducer for in vitro measurement of patellofemoral contact forces. J Biomech, 27: 233-238, 1994.
52. Stanford, W; Phelan, J; Kathol, MH; Rooholamini, SA; El Khoury, GY; Palutsis, GR, y Albright, JP: Patellofemoral joint motion: Evaluation by ultrafast computed tomography. Skeletal Radiol, 17: 487-492, 1988.
53. Stiehl, JB: Biomechanical aspects of total knee replacement. A review of the literature. Electronic J Orthop, 1997.
54. Tria, AJ; Palumbo, RC, y Alicea, JA: Conservative care for patellofemoral pain. Orthop Clin North Am, 23: 545-554, 1992.
55. Ulloa, MAD; Sánchez, J, y Fernández-Baíllo, N: La trayectoria rotuliana en mayores de 50 años. XXXI Congreso SECOT. Zaragoza. Septiembre 1994.
56. Wiberg, G: Roentgenographic and anatomic studies on the patellofemoral joint. Acta Orthop Scand, 12: 319-402, 1941.
57. Yagi, T, y Sasaki, T: Tibial torsion in patients with medial-type osteoarthritic knee. Clin Orthop, 213: 177-183, 1986.
58. Yagi, T: Tibial torsion in patients with medial-type osteoarthritic knees. Clin Orthop, 302: 52-56, 1994.
