Análisis mediante elementos finitos del efecto de las roturas meniscales y meniscectomías

Objetivos

Se ha desarrollado un modelo tridimensional mediante elementos finitos de la articulación femorotibial para determinar las áreas de contacto y distribución de presiones entre el menisco y el cartílago articular e investigar los efectos de la meniscectomía.

Material y método

Partiendo de imágenes de una rodilla sana, obtenidas por resonancia magnética nuclear (RMN), se ha elaborado un modelo geométrico de elementos finitos sobre el que se han desarrollado diferentes tipos de meniscectomías, estudiando el comportamiento del modelo en diferentes situaciones: con menisco sano, con lesión meniscal, tras meniscectomía parcial y tras meniscectomía total, para analizar los efectos sobre el cartílago articular.

Resultados

En el modelo de lesión meniscal del tipo longitudinal la aparición de tensiones de tracción en el borde de la fisura meniscal podría explicar la inestabilidad de estas lesiones y su propagación. En el modelo de meniscectomía parcial, se origina un incremento de la compresión sobre el cartílago articular en zonas inicialmente descargadas. Finalmente, en el modelo con meniscectomía total, el menisco externo es el que absorbió la totalidad del contacto apareciendo importantes cambios sobre el cartílago del cóndilo femoral lateral.

Conclusiones

Consideramos, analizando los resultados obtenidos, que influyen tanto la zona meniscal resecada como la cantidad de menisco que se reseca. Además, las roturas de los meniscos son inestables a largo plazo. Asimismo, hemos comprobado que la meniscectomía parcial altera el comportamiento normal de la articulación, y en especial del cartílago articular, aumentando hasta un 126% las tensiones de compresión, lo que podría justificar su deterioro.

Objective

A three-dimensional finite-elements model of the femorotibial joint was developed to identify contact areas and the distribution of pressures between the meniscus and articular cartilage, and to investigate the effects of meniscectomy.

Materials and methods

Using images of a healthy knee obtained by magnetic resonance imaging (MRI), a finite-element geometric model was prepared and different types of meniscectomy were modeled. We studied the behavior of the knee in different situations to analyze the effects on the articular cartilage: healthy meniscus, meniscal tear, after partial meniscectomy, and after total meniscectomy.

Results

In the model of a longitudinal meniscal tear, the appearance of traction forces at the edge of the meniscal injury could explain the instability of these lesions and their propagation. In the partial meniscectomy model, compression of the articular cartilage increased in zones that were initially unloaded. Finally, in the total meniscectomy model, the lateral meniscus absorbed all the contact, resulting in important changes in the cartilage of the lateral femoral condyle.

Conclusions

In view of the results obtained, we conclude that both the zone and amount of meniscal tissue removed are influential factors. In addition, meniscal tears are unstable in the long term. Likewise, we confirmed that partial meniscectomy alters normal joint behavior, particularly the articular cartilage, by increasing compression forces by up to 126%, which could explain the resulting deterioration.