La biomeccanica del legamento crociato anteriore
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- Daniele Esposito
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1 Corso teorico- pratico IL LEGAMENTO CROCIATO ANTERIORE LO STATO DELL ARTE CIRCA IL TRATTAMENTO, LA RIABILITAZIONE E LA VALUTAZIONE DEL RECUPERO FUNZIONALE La biomeccanica del legamento crociato anteriore Relatore Ing. Andrea Cereatti
2 Sommario 1. Caratteristiche dell articolazione tibio-femorale 2. Come si muove il ginocchio 3. Biomeccanica del LCA 4. Ricostruzione a singolo e doppio fascio
3 Sommario 1. Caratteristiche dell articolazione tibio-femorale 2. Come si muove il ginocchio 3. Biomeccanica del LCA 4. Ricostruzione a singolo e doppio fascio
4 L articolazione tibio-femorale L articolazione del ginocchio e in particolare la tibio-femorale è costituita dai segmenti ossei di femore e tibia vincolati tra loro da una struttura complessa di elementi l interazione tra i quali ne definisce la cinematica e cioè il movimento
5 Requisiti funzionali: Mobilità vs Stabilità 1) devono essere mobili per raggiungere un ampia e regolare escursione La mobilità è associata all abilità di alcuni legamenti di lavorare isometricamente durante l escursione articolare e dalla abilità delle superfici articolari di scivolare l una sull altra senza né compenetrazione né separazione.
6 Requisiti funzionali: Mobilità vs Stabilità 2) devono essere stabili per garantire un saldo supporto durante le attività motorie. La stabilità articolare è invece la capacità di resistere al movimento provocato da sollecitazioni di carico esterne (stabilità passiva - e stabilità attiva)
7 Strutture di vincolo e di stabilizzazione Elementi passivi Superfici articolari: superfici ossee, cartilagine e menischi Legamenti e capsula articolare Elementi attivi Muscoli
8 Sommario 1. Caratteristiche dell articolazione tibio-femorale 2. Come si muove il ginocchio 3. Biomeccanica del LCA 4. Ricostruzione a singolo e doppio fascio
9 Caso ideale: vincolo perfetto Nel caso in cui femore e tibia fossero collegati tramite una cerniera cilindrica CASO PIANO Y X
10 Caso ideale: vincolo perfetto Nel caso in cui femore e tibia fossero collegati tramite una cerniera cilindrica CASO PIANO Y il ginocchio presenta 1 grado di libertà 1 angolo (flesso-estensione) X
11 Caso più reale: vincolo cedevole Nel caso in cui femore e tibia fossero collegati tramite una elemento elastico CASO PIANO Fe=0 Y In assenza di forze esterne X il ginocchio presenta 1 grado di libertà 1 angolo (flesso-estensione)
12 Caso più reale: vincolo cedevole Nel caso in cui femore e tibia fossero collegati tramite una elemento elastico CASO PIANO Fe=0 Y In assenza di forze esterne X il ginocchio presenta 1 grado di libertà 1 angolo (flesso-estensione)
13 Caso più reale: vincolo cedevole Nel caso in cui femore e tibia fossero collegati tramite una elemento elastico CASO PIANO Fe 0 Y X
14 Caso più reale: vincolo cedevole Nel caso in cui femore e tibia fossero collegati tramite una elemento elastico CASO PIANO Fe 0 Y X
15 Caso più reale: vincolo cedevole Nel caso in cui femore e tibia fossero collegati tramite una elemento elastico CASO PIANO Fe 0 Y X
16 Caso più reale: vincolo cedevole Nel caso in cui femore e tibia fossero collegati tramite una elemento elastico CASO PIANO Y Fe 0 In presenza di forze esterne il ginocchio presenta 3 gradi di libertà: 1 angolo (flesso-estensione) 2 traslazioni (lungo X e Y) X
17 Range di movimento cerniera cilindrica Flesso-estensione Fe=0 IL MOVIMENTO DEL GINOCCHIO VARIA AL Vincolo cedevole Flesso-estensione VARIARE DELLE FORZE Fe 0 Vincolo cedevole ESTERNE Traslazione Y Traslazione X Flesso-estensione
18 Range di movimento cerniera cilindrica Flesso-estensione Fe=0 vincolo cedevole Flesso-estensione Fe 0 vincolo cedevole Traslazione Y Traslazione X Flesso-estensione
19 Range di movimento: vincolo cedevole Traslazione Y CASO PIANO Traslazione X Y Flesso-estensione X
20 Range di movimento: vincolo cedevole Traslazione Y CASO PIANO Traslazione X Y Flesso-estensione X Range di movimento non forzato (Fe = 0)
21 Range di movimento: vincolo cedevole Fe < Flim Range di movimento forzato (Fe < Flim) Traslazione Y CASO PIANO Traslazione X Y Flesso-estensione X Range di movimento non forzato (Fe = 0)
22 Range di movimento Fe < Flim Range di movimento forzato (Fe < Flim) Traslazione Y Traslazione X Fe > Flim Flesso-estensione Range di movimento non forzato (Fe = 0)
23 Come si muove il ginocchio? Il movimento passivo del ginocchio è governato da: Geometria delle superfici articolari dei condili e piatto tibiale Strutture di ritegno (legamenti, menischi, capsula articolare, tendini)
24 Come si muove il ginocchio? Moto di puro rotolamento Moto roto-traslatorio
25 Come si muove il ginocchio? Moto di puro rotolamento Moto roto-traslatorio
26 Movimento del ginocchio in vivo sotto carico
27 Movimento del ginocchio in vivo sotto carico Traslazione degli epicondili rispetto al piatto tibiale in funzione della flesso- estensione GEA rotazione interna della tibia mm mm 140 Cinematica senza carico Cinematica sotto carico (peso corporeo)
28 Movimento del ginocchio in vivo sotto carico Superfice laterale della tibia leggermente convessa, superficie mediale concava
29 Movimento del ginocchio in vivo sotto carico Iwaki et al., 2000 Il condilo laterale raggio maggiore del condilo mediale
30 Movimento del ginocchio in vivo sotto carico Iwaki et al., 2000
31 Movimento del ginocchio in vivo sotto carico rot. Int. GEA flessione Spostamento posteriore del condilo laterale durante la flessione. Rotazione interna della tibia rispetto al femore
32 Movimento del ginocchio in vivo sotto carico rot. Int. Movimento di rotolamento GEA flessione Spostamento posteriore del condilo laterale durante la flessione. Rotazione interna della tibia rispetto al femore
33 Sommario 1. Caratteristiche dell articolazione tibio-femorale 2. Come si muove il ginocchio 3. Biomeccanica del LCA 4. Ricostruzione a singolo e doppio fascio
34 Il contributo delle strutture periferiche e del LCA In generale, la cinematica del ginocchio è determinata dai legamenti che agiscono in sinergia con le superfici articolari. In presenza di forze esterne, i legamenti allungandosi esercitano delle forze che impedisconol ulterioremovimento Traslazione Y Traslazione X Flesso-estensione
35 Proprietà meccaniche del LCA L LCA esercita la sua funzione di vincolo elastico in seguito al suo allungamento Legamento crociato anteriore La forza prodotta in seguito al suo allungamento dipende dalle sue proprietà meccaniche
36 Resistenza alla trazione Che vuol dire?
37 Curva forza-spostamento Forza [KN] Allungamento [mm]
38 Analisi delle forze: curva forza-spostamento Forza [KN] 1 bassa rigidezza Allungamento [mm]
39 Analisi delle forze: curva forza-spostamento Forza [KN] 1 Rigidezza lineare bassa rigidezza Allungamento [mm]
40 Analisi delle forze: curva forza-spostamento Forza [KN] 1 Rigidezza lineare Rottura legamento bassa rigidezza Allungamento [mm]
41 Resistenze alla trazione Legamenti crociati: LCA: 2000 N LCP: 1500 N LMF: 300 N (forza simile al fascio PM del LCP) Strutture mediali: LCM: 550 N CPM: 418 N Stutture posterolaterali: LCL: 500 N LPF: 250 N
42 Resistenze alla trazione Legamenti crociati: LCA: 2000 N LCP: 1500 N LMF: 300 N (forza simile al fascio PM del LCP) Strutture mediali: LCM: 550 N CPM: 418 N Stutture posterolaterali: Letteratura riporta valori molto diversi!!!! fattori prettamente tecnici LCL: 500 N LPF: 250 N
43 Resistenze alla trazione Legamenti crociati: LCA: 2000 N LCP: 1500 N LMF: 300 N (forza simile al fascio PM del LCP) Strutture mediali: LCM: 550 N CPM: 418 N Letteratura riporta valori molto diversi!!!! Stutture posterolaterali: LCL: 500 N LPF: 250 N fattori prettamente tecnici Età dei campioni Woo et al., 1991 Forza del LCA 2-3 volte maggiore nella 3 decade rispetto all 8
44 Il ruolo dell LCA Ruolo primario: controllo della traslazione anteriore test del cassetto anteriore test di Lachman [mm] % cycle dati non pubblicati [mm] dati non pubblicati % cycle verde pre-taglio ACL rosso post-taglio ACL
45 Il ruolo dell LCA Ruolo primario: controllo della traslazione anteriore [mm] test del cassetto anteriore % cycle Ruolo secondario: controllo della rotazione interna in sinergia con i legamenti collaterali Il taglio di questo legamento comporta un aumento della rotazione interna
46 Recrutamento dell LCA Il processo che determina la relazione tra il movimento del ginocchio e le variazioni di lunghezza del legamento stesso Il LCA può essere considerato costituito da due fasci: Fascio antero-mediale (AM) Fascio postrero-laterlae (PL) laterale
47 Recrutamento dell LCA Fascio antero-mediale (AM) Fascio postrero-laterlae (PL) AM PL Huiskes et al., 1985
48 Recrutamento dell LCA Fascio antero-mediale (AM) Fascio postrero-laterlae (PL) AM PL Huiskes et al., 1985 Woo et al., 2010
49 Sommario 1. Caratteristiche dell articolazione tibio-femorale 2. Come si muove il ginocchio 3. Biomeccanica del LCA 4. Ricostruzione a singolo e doppio fascio
50 Analisi biomeccanica per differenti tecniche di ricostruzione Scopi dello studio : 1. Misurare la capacità della ricostruzione a singolo e a doppio fascio nel ripristinare la lassità antero-posteriore e rotazionale 2. Confrontare le forze di tensione degli innesti con la tensione dei legamenti originali
51 Apparati sperimentali Apparato sperimentale per la misura delle rotazioni Apparato sperimentale per la misura traslazioni AP
52 Lassità antero-posteriore: traslazioni
53 Lassità antero-posteriore: traslazioni Diversi livelli di tensione del fascio AM e PL
54 Lassità antero-posteriore: traslazioni Traslazione massima ginocchio intatto 5 mm
55 Lassità antero-posteriore: traslazioni Traslazione massima ginocchio intatto Range di traslazione ridotto per singolo fascio 3.5 mm
56 Lassità antero-posteriore: traslazioni Traslazione massima ginocchio intatto Range di traslazione ridotto per singolo fascio 4 mm Valori traslazioni a 0 gradi di flessione ripristinati con il doppio fascio Alcune ricostruzioni a doppio fascio causano un irrigidimento del ginocchio
57 Lassità antero-posteriore: forze
58 Lassità antero-posteriore: forze Tensione trasmessa dai legamenti
59 Lassità antero-posteriore: forze
60 Lassità antero-posteriore: forze Traslazione minima a 0, tensione massima dell innesto
61 Lassità antero-posteriore: forze 4 mm
62 Lassità antero-posteriore: forze 4 mm
63 Lassità rotazionale
64 Come si definisce il momento di una coppia di forze? Generato da due forze aventi la stessa intensità e linea di azione ma verso opposto momento della coppia F d C = F d
65 Come si definisce il momento di una coppia di forze? Generato da due forze aventi la stessa intensità e linea di azione ma verso opposto momento della coppia F d C = F d 2*F d/2
66 Applicazione del momento torcente d F
67 Lassità rotazionale Rotazione interna della tibia Ottimo ripristino della rotazione interna con doppio fascio, comunque buono con singolo fascio
68 Lassità rotazionale Rotazione interna della tibia Tensione degli innesti Valori di tensione molto alti con doppio fascio, molto bassi con singolo fascio
69 Cosa dice questo studio? Ricostruzione a doppio fascio ripristina leggermente meglio la lassità rotazionale rispetto al fascio singolo Un aumento della resistenza rotazionale comporta valori di tensione elevati degli innesti Miglioramenti della stabilità in seguito all aggiunta di un secondo fascio PL comporta un aumento considerevole delle forze di tensione (Rotture del fascio 3% - 11%) A fronte delle maggiori complicazioni tecniche, i vantaggi a seguito della doppia ricostruzione sono questionabili
70 Domande?
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