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Análisis Biomecánico de la Rodilla

Descripción funcional, descripción anatómica, patologías, soluciones de ingeniería y análisis numérico
by

Sofia Henao

on 26 July 2012

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Transcript of Análisis Biomecánico de la Rodilla

la tibia rueda hacia adelante
Si la miro funcionalmente...
Si la miro anatómicamente...
Diferentes
puntos de vista
Articulación
de Rodilla
(cc) image by anemoneprojectors on Flickr
0-15% CM
Flexión hasta 18°
Extensión hasta 5°
Flexión hasta 65°
Extensión hasta 2°
15-40% CM
40-70% CM
70-97% CM
Arcos de movimiento de la rodilla en una zancada
Plano sagital
Plano frontal
Apoyo: abducción
Oscilación: adducción
Cinemática
Movimiento
Intervalo
(cc) image by anemoneprojectors on Flickr
Plano transversal
Respuesta a la carga --> Rotación interna
Apoyo --> Rotación externa
Oscilación --> Rotación interna
Cinética
*PCLM (porcentaje del producto peso del cuerpo por longitud de la pierna
Patrón de momento fuerza de reacción
Magnitud y dirección aproximadas de la fuerza de reacción con respecto a la rodilla, en sucesivos instantes del apoyo
Cinética de la rodilla en el plano sagital, a cadencia libre
El diagrama de momento articular es un poco diferente del patrón del momento de la fuerza de reacción, por qué?
La masa de los segmentos situados debajo de la rodilla es más importante --> La fuerza de inercia!
La Rodilla
Los Huesos de la Rodilla
Los Músculos de la Rodilla
Vista anterior
Vista posterior
fase final de la oscilación (of)
Ciclo de Marcha
fase de contacto inicial (ci)
fase incial de apoyo o de respuesta a la carga (ai)
fase media de apoyo (am)
fase final del apoyo (af)
fase previa a la oscilación (op)
fase incial de oscilación (oi)
fase media de oscilación (om)
Movimiento:
Función:
Postura en extensión de la rodilla.
Estabilidad en el apoyo.
Movimiento:
Función:
Flexión de la rodilla (15°).
Absorción del impacto.
Movimiento:
Extensión de la rodilla.
Función:
Longitud de paso adecuada.
Preparación para el cuerpo.
Movimiento:
Extensión de la rodilla.
Función:
Estabilidad en el apoyo.
Movimiento:
Se completa la extensión de la rodilla.
Función:
Estabilidad en el apoyo.
Avance del paso.
Movimiento:
Flexión de la rodilla.
Función:
Preparación para la oscilación.
Movimiento:
Flexión de la rodilla.
Función:
Separación pie-suelo suficiente para avance del miembro.
Movimiento:
Extensión pasiva de la rodilla.
Función:
Avance del miembro.
cuádriceps!
cuádriceps!
isquiotibiales!
cuádriceps!
isquiotibiales!
cuádriceps!
soleo!
gemelos!
recto anterior!
sartorio!
bíceps femoral!
[Descripción Funcional] & [Descripción Anatómica]
Descripción Funcional
Descripción Anatómica
[Patologías] & [Soluciones de Ingeniería]
Soluciones de Ingeniería
Flexión Inadecuada
Patologías
Extensión Exagerada
Causas
Fase inicial del apoyo
Fase incial de oscilación
disminuye capacidad normal de amortiguación
si no se eleva suficiente la pierna y el pie, se produce un arrastre de los dedos
Fase de preoscilación
no existe flexión de rodilla, el tobillo está flexionado de forma exagerada y el contacto de talón tibia está prologado
Es provocada o por una tracción de la tibia por el sóleo o del fémur por el glúteo mayor
Se acompaña de una flexión plantar de tobillo precoz y una disminución de la flexión de cadera
Debilidad del Cuádriceps
lesiones del nervio ciático, atrofia secundaria por desuso
hiperextensión de rodilla como mecanismo sustitutivo de un cuádriceps débil
Contractura en Extensión de Rodilla
a pesar de que se flexione adecuadamente bajo estiramiento pasivo
lento
, puede mostrar graves limitaciones bajo la marcha.
Flexión Exagerada
Extensión Inadecuada
Causas
flexión exagerda de rodilla en la fase incial del apoyo (oscuro). El tobillo aparece en flexión dorsal exagerada.
flexión exagerada de rodilla para compensar una flexión plantar exagerada de tobillo. La flexión de rodilla se ve también aumentada por la flexión de cadera que intenta evitar el arrastre de los dedos
Pérdida del alcance final de la zancada normal (clara), lo que deja el miembro sin preparación para el apoyo
En ambas fases aparece una flexión dorsal del tobillo exagerada. Las imágenes claras (sujeto normal) muestran la pérdida del avance corporal por la posición retrasada del muslo
Plano Sagita
l

Plano Sagita
l

Plano Fronta
l

Varo de rodilla
Valgo de rodilla
Causas

marcha paralítica
- músculos abductores débiles (cojera del glúteo mediano)
Implantes
Mediante un procedimiento quirúrgico se reemplazan las superficies que soportan el peso en la articulación de rodilla para aliviar el dolor y la incapacidad generada por la osteoartritis u otras enfermdades
Prótesis robóticas
Las prótesis robóticas deben tener varios componentes que se integran con la función del cuerpo: Biosensores que detectan las señales del sistema nervioso y muscular del usuario
Prótesis hidráulicas
Las prótesis hidráulicas usan cilindros hidráulicos para controlar la flexión de la rodilla. Los sensores nevían señales al microprocesador que analiza estas señales y comunica cuál es la resistencia que el cilindro hidráulico debe smunistrar
Prótesis mecánicas
Las prótesis mecánicas son el tipo más simple para reemplazar artificalmente una rodilla faltante. Existen monocéntricas y policéntricas
Caminador
Un caminador es una herramienta usada por personas discapacitadas o ancianas, las cuales necesitan soporte adicional para mantener el balance y la estabilidad mientras caminan
Muletas & Bastones
Ayudas para contrarrestar problemas en la mobilidad de personas con discapacidad o lesiones que limitan su habilidad para caminar
Ortésis
un apoyo u otro dispositivo externo aplicado al cuerpo para modificar los aspectos funcionales o estructurales del sistema neuromusculoesquelético.
Se pueden clasificar en base a su función en: estabilizadoras, funcionales, correctoras y protectoras.
Férula
Una férula es un dispositivo usado para soportar o inmovilizar lo rodilla por un corto período de tiempo
Modelación Numérica
Bipedestación Estática
Rr
Rl
W
Fy --> -W+Rr+Rl=0
W=Rr+Rl
Mo -- > Rr.x-Rl.x=0
Rr=Rl
+
x
amarillo --> contracción concéntrica
naranja --> contracción isométrica
morado --> contracción excéntrica
fémur
rótula
tibia
peroné
vastus lateralis
rectus femoris
vastus medialis
vastus intermedius
biceps femoris
semitendinosus
semimembranosus
gastronemius
soleus
popliteus
satorius
gracilis
poco tiempo disponible!!!
frena el avance de la tibia
flexión de 40°!!!
posición retrasada miembro + pie en equino
--> flexión previa + rápida flexión de cadera + flexión activa de rodilla
sobrepasada la proyección de la cadera --> la pierna oscila como un péndulo libre
Bibliografía
Biomecánica de la marcha humana normal y patológica (Instituto de Biomecánica de Valencia).
Fundamentals of Biomechanis. Equilibrium, Motion, and Deformation (Özkaya & Noroin).
Proyecto: Optimización del proceso de tomografías de personas con amputación transfemoral, para análisis de esfuerzos mediante el método de los elementos finitos (Juan Fernando Ramírez Patiño, Maurizio Massaro, Juan Pablo Valderrama).
Simulación numérica realizada por Isabela Mariaka, estudiante de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Colombia.
Wikipedia.

Empuje extensor
Hiperextensión
[N.m/Kg]
[W/Kg]
[grados]
aparición de fatiga en los músculos estabilizadores, hiperlaxitud de los ligamentos que soportan la rodilla extendida
contención de la tibia por el sóleo, del fémur por el glúteo mayor y ligera inclinaci
ón anterior del tronco para situar anteriormente la fuerza de reacción
ai
af
am
Espasticidad del Cuádriceps
ai
oi
la flexión de rodilla se ve inhibida
hiperactividad del cuádriceps que suprime la flexión de rodilla originando una hiperextensión
Flexión Plantar del Tobillo Exagerada
restricción voluntaria del movimiento de la tibia, una contractura en la flexión plantar del tobillo o la espasticidad del sóleo
ai
ci
reduce el robillo del talón y una inhibición de adelantamiento de la tibia
am
af
Debilidad en Flexores de Cadera
oi
esfuerzo aumentado de la flexión de cadera
rango de movilidad pasivo insuficiente debido a retraccciones capsulares o a una contractura de cuádriceps
Dolor
lesiones artríticas de la superficie articular o la inestabilidad consiguiente a múltiples lesiones de ligamentos
ai
oi
op
se evita la flexión de rodilla para disminuir o suprimir las fuerzas de cizalladura y...
...reducir las fuerzas de compresión producidas por la contracción del cuádriceps
Fase inicial del apoyo
Fase media de la oscilación
Fase media (A) y final (B) del apoyo
Fase inicial de oscilación
Actividad Inadecuada de los Músculos Isquiotibiales
llesiones de la nuerona motora superior y el uso de los isquiotibiales para suplementar o reemplazar la insuficiente actuación del glúteo mayor
ai
am
af
of
comienzo prematuro y con mayor intensidad de la flexión
om
Flexión Plantar del Tobillo Exagerada
om
contractura de flexión plantar del tobillo o parálisis de los dorsiflexores
flexión exagerada de la rodilla como mecanismo compensatorio a la caída del pie
...arrastre de los dedos!
sin compensación...
Debilidad del Músculo Sóleo
am
af
incapacidad del sóleo para controlar el movimiento de la tibia
extensión inadecuada de rodilla
Contractura en Flexión de Rodilla
ai
am
af
of
om
oi
op
- fase alterada por contractura a 30° - fase alterada por contractura a 30° - fase
alterada
fase alterada por contractura a 15° - fase alterada
por contractura a 15° - fase alterada
descargar cadera dolorosa contralateral o una deformación en valgo del pie
cuando hay un despegue tardío, se crea una situación de tensión postural en la rodilla debido a la alineación anterior del peso corporal
la contractura en flexión plantar del tobillo hiperextiende la rodilla al avanzar el fémur
acción prematura del sóleo retrae la tibia
la imposibilidad para movilizar rápidamente la rodilla ocasiona un arco inadecuado de flexión durante la marcha
flexión inadecuada de rodilla
Rr
Fk
Fy --> Rr-Fk=0
Rr=Fk
+
Prótesis vs. Órtesis
las prótesis estan pensadas para sustituir un órgano o miembro o parte del mismo, mientras las órtesis reemplazan o refuerzan su función
la dorsiflexión inadecuada del tobillo lleva a una inclinación anterior del tronco y, por lo tanto, a un soporte extensor de cadera.
acción de los isquiotibiales + fuerza de reacción - acción potente del cuádriceps = estabilidad en el apoyo a pesar de la flexión de rodilla aumentada
Resultados!
Diagrama de Cuerpo Libre
Para empezar...
Restricciones & Fuerzas
Mallado
Sólido
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