IL GINOCCHIO. Anatomia e biomeccanica. Di Aniello Langella. Medico Chirurgo Specialista in Ortopedia e Traumatologia Specialista in Fisioterapia.

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1 1 IL GINOCCHIO Anatomia e biomeccanica Di Aniello Langella Medico Chirurgo Specialista in Ortopedia e Traumatologia Specialista in Fisioterapia. 2011

2 2 IL GINOCCHIO Anatomia umana Biomeccanica articolare

3 3 Lo studio dell anatomia del ginocchio umano parte dalla conoscenza del complesso articolare che si viene a realizzare dall incontro armonico e fisiologico tra l epifisi distale di femore, tra quella prossimale della tibia e la rotula. Parte dell anatomia funzionale del ginocchio viene anche distribuita sulla relazione articolare che si realizza con il perone attraverso una sindesmosi. Definita come ginglimo angolare, l articolazione del ginocchio consente un movimento attivo di circa 135 in flessione con estensione a 0. Piccoli m ovimenti di pochi gradi sono consentiti in una fisiologia comune in valgo varizzazione. Così in rotazione interna ed esterna a femore fisso. In linea generale possiamo asserire che esistono due distinti apparati preposti alla articolarità del ginocchio. Un complesso esterno formato essenzialmente dalla capsula, dai ligamenti collaterali e dal rotuleo. Il complesso interno è formato dai due crociati e dalle fibrocartilagini meniscali All interno dell articolazione i due menischi di tessuto fibrocartilagineo si presentano più spessi verso il muro meniscale e diventano sottili a pochi millimetri man mano che si sagittalizzano. La loro forma è data dalla necessità di rendere maggiore e completo l accordo tra le superfici articolari. Il mediale ha una forma semilunare mentre il laterale ricorda maggiormente una forma circolare.

4 4 I due menischi sono aderenti alla capsula e tra di loro si raccordano anteriormente con brevi ligamenti. I quattro segmenti ossei sono solidarizzati grazie alla presenza della robusta capsula fibrosa. La capsula è rafforzata lateralmente dai due ligamenti collaterali, rispettivamente il mediale e il laterale. Queti due ligamenti consento di stabilizzare i movimenti in valgizzazione evarizzazione. All interno la struttura articolare sono presenti i due crociati che stabilizzano l articolazione nei movimenti di traslazione anteriore e posteriore garantendo la flesso e- stensione. Nel disegno accanto possiamo cogliere un aspetto anatomico dell ambiente articolare del ginocchio. I due menischi che si ancorano ai piatti tibiali e che si uniscono anteriormente e posteriormente grazie all apparato ligamentoso intrinseco. Al centro le aree dove si ancorano le entesi distali dei due ligamenti crociati. Le due aree colorate centrali corrispondono alle salienze ossee disposte sul piano tibiale prossimale e che sono anatomicamente dette spine. Il LCA possiede come primaria funzione, quella di evitare lo scivolamento anteriore del femore sulla tibia e come secondario fine biomeccanico quello di evitare l intrarotazione tibiale. Il LCP consente di evitare lo scivolamento posteriore del femore sulla tibia, primariamente ed in maniera secondaria evita l extrarotazione della tibia. I due collaterali accompagnano i movimenti di carico e di flesso estensione del ginocchio ed hanno la primaria funzione di evitare la valgo varizzazione. Secondariamente il laterale stabilizza il ginocchio in senso sagittale sia anteriore che posteriore, mentre il mediale non consente lo scivolamento anteriore sul piano sagittale del femore sulla tibia.

5 5 La funzione articolare del ginocchio è certamente il risultato di un equilibrio esistente tra le strutture capsulari e legamentose, ma è anche l espressione di una corretta congruità tra le superfici articolari e gli assi anatomici e funzionali. Una dislocazione lateralizzata ad e- sempio della tuberosità tibiale e quindi del ligamento rotuleo, una varizzazione articolare sono elementi pregiudiziali per un corretto buon funzionamento dell articolazione. Il presente lavoro è quindi realizzato su uno standard di corretta anatomia descrittiva e di corretta fisiologia. Nei due disegni che seguono: in primo piano il crociato anteriore in ortostasi in primo piano. A destra la stessa sezione articolare che si avvicina ai 90 di flessione. Preparato anatomico a vista frontale in articolazione umana privata della capsula e della rotula. Visibili i due ligamenti in condizioni anatomiche normali.

6 6 LCM Il preparato anatomico qui allestito riguarda una vista frontale dove si coglie per intero l ambiente intercondiloideo ed i piani meniscali. In questo ambiente si realizza il delicato equilibrio di tensione, trazione e torsione parziale tra le componenti legamentose. LCP L artrocinetica LCA LCL Le funzioni articolari delle diverse articolazioni MM ML del corpo umano vanno analizzate in maniera differente da caso a caso. Nel soggetto normale ad e- sempio l osservazione può essere effettuata in ortostasi in assenza di sforzo e di dinamicità. Tuttavia vanno considerate ugualmente tutte le condizioni fisiologiche dove è possibile osservare delle varianti non meno importanti alla biomeccanica stessa. Una flessione di ginocchio effettuata in un tempo determinato, in assenza di carico, in ortostasi e distribuita su di un range compreso tra 0 e 90 può offrire all osservazione importanti dati di analisi. Lo stesso gesto motorio posto in clinostasi oppure in decubito laterale o prono, può dare risultati totalmente diversi. In tal senso è bene richiamare dei parametri di base da codificare, individuare e registrare affinchè nella ripetizione si possano avere dati omogenei di confronto. Gli elementi quindi da valutare sono molti e complessi. Per dovere di sintesi e per avere comunque a disposizione dei dati sufficientemente concreti e oggettivi, prenderò in considerazione solo alcuni di essi. IL TEMPO di esecuzione del movimento - T IL RANGE ARTICOLARE - R LO SFORZO articolare ossia il carico - L LO STATO POSTURALE - P Variando questi elementi si potranno avere risultati assolutamente diversi. Si sono sperimentate molte terminologie per poter individuare le varie fasi di un movimento articolare. Le varie caratteristiche, cercando di codificarne, in qualche modo i ritmi, le caratteristiche sia quali che quantitative. Ritengo che non sia ancora completo lo scenario di studio di questi compartimenti, considerando ad esempio il particolare interesse che nel campo si apre grazie alla innovazione tecnologica applicata alle ortesi, ai presidi ed agli ausili e non solo in campo ortopedico, ma anche riabilitativo. Lo studio della biomeccanica articolare in realtà apre nuovi spazi di studio e di interesse che coinvolgono il fisico, il medico, l informatico. Indagare su questa articolazione vorrà quindi dire approntare elementi di analisi complessi che possano portarci ad un risultato quali quantitativo all eccellenza. Monitorare ad esempio il movimento con artrogoniometri informatizzati, accelerometri, elettromiografi di superficie, vorrà dire avere a disposizione una vasta gamma di parametri volti tutti alla elaborazione di un risultato inopinabile sul piano quantitativo e così da ridurre ad un numero.

7 7 Il presente lavoro vuole sottolineare l importanza dello studio circa gli aspetti biomeccanici dell apparato legamentoso del ginocchio e per questo è doveroso richiamare nozioni base relative alla terminologia adottata. Per SCIVOLAMENTO si intende uno spostamento di una superficie su un altra. In alcune articolazioni questo meccanismo si realizza tra un piano rettilineo ed uno convesso. Nella nomenclatura francese questo movimento corrisponde al glissement mentre in quella anglosassone corrisponde al gliding o sliding. Questo movimento consente spostamenti traslatori, angolari e misti Un altro parametro da considerare è il ROTOLAMENTO. Per rotolamento si intende in biomeccanica articolare, quella circostanza nella quale due punti equidistanti delle due superfici articolari vengono a contatto durante il movimento. Infine bisogna considerare i MOVIMENTI DI COMBINAZIONE. Questo particolare sistema di regolazione del movimento articolare si esprime al meglio proprio nel ginocchio dove scivolamento e rotolamento si realizzano nello stesso istante in cui inizia il movimento angolare. Nel ginocchio dopo i primi di fless ione l equidistanza tra i punti (che è costante nel rotolamento), progressivamente si attenua, fino al momento nel quale lo scivolamento prevale sul rotolamento, producendo un disaccoppiamento dei punti di contatto. Questa combinazione di moto si ripercuote direttamente su quella che è la componente attrito che viene a ridursi drasticamente in quanto si fraziona tra il volvente e il radente. Nel corpo umano abbiamo altri esempi del genere. Attraverso la combinazione tra scivolamento e rotolamento anche la testa omerale dopo un certo range ottimizza la sua resa (lavoro) offrendo minori superfici di contatto e quindi minore attrito. Nel ginocchio la combinazione sinergica e progressiva tra questi due momenti attivi è fortemente condizionata dalla presenza dei crociati, dalla loro integrità.

8 8 La combinazione tra queste due caratteristiche fondamentali di movimento nel ginocchio offre numerosi spunti di studio che possono aiutarci a comprendere meglio le patologie correlate alla biomeccanica articolare. Abbiamo prima accennato che il ginocchio attivamente copre un range articolare di flessione che va da 0 a 140. In alcuni testi si parla di estensione Ritengo che questo dato sia assolutamente improprio e fuori dalla bibliografia. L estensione di ginocchio è 0 e solo in determinate patologie si assiste ad una iperestensione attiva, anche se passivamente l articolazione, nel normale può raggiungere i 5 circa. Durante la marcia si realizza un arco di movimento che va da 0 a 67. Nel salire e scendere le scale (considerando un gradino standard in altezza) si passa da 0 a 90, mentre nel gesto di sedere il range è variabile ed approssimativamente tra Posto che nel ginocchio si realizza in flesso - estensione, un meccanismo di rotolamento e scivolamento, è necessario congetturare sulla possibilità (innaturale) che si possa verificare un movimento di glnglimo angolare a fulcro fisso. Se ciò avvenisse e si verificasse esclusivamente il moto in base al rotolamento, il piatto tibiale si troverebbe troppo corto in relazione allo spostamento dei condili e di conseguenza si verificherebbe una lussazione posteriore dell estremo distale di femore. Il rapporto inoltre, esistente tra i due movimenti viene realizzato su fulcri variabili già a partire dalla estensione massima, quando il condilo comincia la fase di rotolamento alla quale di aggiunge quella di scivolamento che diventa la sola componente negli ultimi gradi di flessione. Bisogna ora considerare un dato anatomico importante che è dato dalla asimmetria dei condili femorali. In presenza di questo presupposto anatomico biomeccanicamente importante, lo scivolamento si viene a realizzare dapprima sul condilo mediale e poi su quello laterale. Nel rotolamento la priorità di impegno biomeccanico è inversa. A questo punto bisognerà individuare lungo il corpo dei condili una curva (segmento di una spirale) che istante per istante, è costituita dai differenti punti di rotazione. Tali punti essendo i condili anatomicamente diversi disegnano una geometria non speculare a causa della differente curvatura dei condili stessi. Gli assi ideali attorno ai quali si realizza il movimento di rotolamento e scivolamento si distribuiscono a formare un piano obliquo e spazialmente rassomigliante ad un elica.

9 9 Nel disegno a sinistra viene evidenziato il piano ad elica sul quale si distribuiscono gli assi di rotazione istante per istante. complessa. Ma la meccanica articolare non è soltanto studio delle leve, delle forze e degli attriti. Non è lo studio dei risultati in base all esercizio finalizzato. Studiare la biomeccanica articolare del ginocchio ed in particolare le relazioni esistenti tra il meccanismo di moto ed il sistema di controllo centrale e periferico, è il vero scopo della conoscenza di questa articolazione così importante e Per questo ci intratterremo a descrivere brevemente le componenti neurologiche che agiscono in sede di capsula e soprattutto di ligamenti crociati (in particolare il crociato anteriore). Gli aspetti neurofisiologici. Il ginocchio può essere considerato un grande e complesso recettore del movimento. Grazie alle terminazioni sensitive indovate nei tessuti molli ed in particolare a livello dei ligamenti descritti, il cervello raccoglie informazioni circa i differenti piani di deambulazione, l inclinazione, la pendenza, lo sforzo da impiegare nel promuovere il gesto motorio. Il ginocchio ha la funzione di realizzare un contatto, assieme al piede con l ambiente di moto. Per ottenere e completare questa funzione importante, il sistema nervoso comunica attraverso dei recettori specifici e specializzati nel trasmettere lo stato posturale del corpo e di quella articolazione. I recettori specifici del ginocchio si definiscono propriocettori. Questi sono formazioni nervose attraverso le quali la corteccia sensitiva prima, e quella motoria acquisiscono dati biomeccanici dalla periferia. I propriocettori localizzati nel ginocchio e vedremo in seguito, dove maggiormente, inviano istante per istante al SNC lo stato di moto o di quiete dell articolazione; il suo carico, lo stato di affaticamento muscolare, la presenza di uno stato di patologia o di disfunzione concomitante ad eventi avversi. Si tratta di formazioni recettoriali specializzate a trasmettere al midollo spinale il segnale indice dello stato. La risposta a questo punto può essere midollo mediata oppure avendo bisogno di verifiche (memoria, esperienza, stato di coscienza) giunge al cervello. Risposta cerebro mediata.

10 10 I propriocettori del ginocchio sono essenzialmente indovati lungo il ligamento crociato anteriore ed i collaterali. Il crociato quindi diventa nel ginocchio non solo una struttura biomeccanicamente capace di svolgere funzioni di stabilizzazione ed equilibrio ma esso stesso è da considerare come recettore di moto, in quanto partecipa attivamente alla goniometria centrale istante per istante. La sua è una funzione di cervello periferico al quale aafluiscono stimoli di tensione, di trazione, di compressione. Stimoli cioè propriocettivi, ma anche nocicettivi. Esistono diversi tipi di recettori deputati a questo controllo, ma tra questi i più importanti sono: Tale controllo avviene per mezzo di due tipi di recettori distinti: I fusi neuromuscolari (distribuiti solo nel ventre muscolare) Gli organi tendinei del Golgi (localizzati nei tendini) I fusi neuromuscolari Sono questi ultimi che assieme agli altri recettori, anche a terminazione libera che contribuiscono alla ricostruzione cerebrale dello stato di moto e di riposo, del movimento e dell azione. La presenza di questi recettori all interno dell articolazione del ginocchio ci deve porre di fronte, continuamente ad adottare scelte strategiche importanti tese al recupero di un articolazione con deficit funzionale. Una disfunzione articolare nella quale si è persa la percezione propriocettiva deve poter essere studiata in maniera globale cercando di individuare già dalle prime fasi quelle che possono essere i rimedi per poter ritornare ad uno stato di funzione accettabile. La scelta di una terapia farmacologica, riabilitativa, chirurgica, ortesica deve tenere conto di questa anatomia funzionale. Dott. Aniello Langella aniello@langella.net Medico Chirurgo Specialista in Ortopedia e Traumatologia Specialista in Fisioterapia. 2011