ANÁLISIS MECÁNICO DEL MIEMBRO INFERIOR EN ALTERACIONES QUIRÚRGICAS DE CADERA Y RODILLA

Lic. Pablo D. Bordoli

Klgo. Ftra. - Es Profesor de Biomecánica de varias universidades y dirige cursos y programas de actualización para graduados. Es además director de Estudios de la Carrera de Kinesiología de la Universidad Maimónides.

 

El miembro inferior como cadena cinemática cerrada.

Cuando hablamos de alteraciones quirúrgicas de cadera y de rodilla debemos considerar algunos aspectos importantes:

1. Las causas por las que el paciente llega a la cirugía.
2. Las características de la patología en si.
3. Como se verá alterado todo el cuerpo como un sistema luego de la cirugía.
4. La reinserción del paciente en su medio social.

Desde la BIOMECÁNICA podemos realizar un análisis de esos aspectos:

1. Las causas por las que el paciente llega a la cirugía: Puede ser

• una causa accidental (una fractura)
• por acumulación de efectos pequeños.

Ambas dejan ver a un paciente en condiciones mecánicas incongruentes con la vida diaria por lo que se recurre a la cirugía. El dolor y la incapacidad llevan a tomar la decisión. La incapacidad la relacionamos con la posibilidad de realizar movimientos, y descargar el peso corporal mientras se realiza la actividad.

2. Las características de la patología en si: La fractura es un daño permanente que produce alteraciones mecánicas, a corto plazo y largo plazo (con o sin cirugía, esto se trata en el punto siguiente). A la fractura se llega por una carga normal en un hueso débil, o una carga elevada que el hueso no puede soportar. La carga se considera elevada según el punto de referencia que se tome. Para un hueso largo las cargas longitudinales en flexión o compresión son normales, son las que soporta todos los días, pero una carga (que puede ser leve fuera de ese sistema) en torsión, no es una carga normal, y puede producir la fractura. Al fracturarse el hueso ve disminuída o impedida su capacidad de:

• soportar el peso corporal suprayacente.
• ser una palanca para la acción muscular.
• A estos aspectos debemos sumarle:
• Dolor.
• Aspectos psicológicos.
• Inflamación: produce tensión intracompartimental lo que reduce la actividad muscular, por imposibilidad mecánica, dolor o elevado costo energético causado por esa tensión.

3. Como se verá alterado todo el cuerpo como un sistema luego de la cirugía.

Visto así el miembro inferior puede presentar las más variadas características de acuerdo a la evolución de la patología previa, las características de cada individuo y el tipo de cirugía (no sólo la técnica sino también el material utilizado). El paciente va a mostrar varias situaciones mecánicas a la evaluación:

• pérdida de fuerza (por atrofia, inflamación, falta de respuesta neurológica, dolor)
• entumecimiento muscular (contractura antiálgica y de posición)
• incompatibilidad de circuitos motores (el circuito original de movimiento es modificado por las adaptaciones a la patología, y luego por las modificaciones impuestas por los implantes).
• miembro operado menos cargado a causa del temor (la mayoría de las veces resulta imposible convencer al paciente de perder el miedo, es como que hay que inventar ejercicios para que lo cargue sin darse cuenta y tome confianza indirectamente).
• articulaciones descargadas y poco lubricadas.

Al prescribir los ejercicios no podemos olvidarnos de dos circunstancias fundamentales: cuando el miembro inferior trabaja como cadena abierta o cerrada. El miembro inferior puede trabajar en cadena abierta, la que permite la versión de su último miembro móvil aislado del resto. En el caso del miembro inferior, generalmente el pie actúa como miembro móvil (portado) junto a la tibia, el pie sigue a la tibia y sólo hace fuerza para adaptarse al terreno. El miembro inferior trabaja como cadena cerrada y sus miembros se movilizan todos al moverse la cadena, lo que obliga a la rodilla y a la cadera a adaptar al miembro inferior al terreno de acuerdo a las reacciones del tobillo.

4. La reinserción del paciente en su medio social.

Considerando la ocupación del paciente y su hábitat laboral y familiar, debemos encarar su rehabilitación no sólo para darle apoyo psíquico sino apoyo mecánico desde un proyecto ergonómico. Debemos indicar con precisión el uso de apoyos externos y de adaptaciones de los muebles de los lugares donde va a desenvolverse diariamente. Debemos enseñar el correcto uso de la postura y las actividades que puede realizar y las que no.

Características estructurales de la rodilla.

Es guiada como la tibioperoneo - astragalina, pero con un poco más de movilidad. Su grandes requerimientos mecánicos la obligan a disipar la energía absorbida en los movimientos hacia la rotación conjunta. Cuando la rodilla está trabada, se lesiona.

La rodilla es una articulación del miembro inferior que tiene que estar preparada para varias circunstancias mecánicas cotidianas (sin considerar a los deportistas, sobre todo los de alto rendimiento):

• Es la articulación que regula el consumo energético del miembro porque su flexo-extensión permite elevar o descender el centro de masas de todo el sistema.
• Cuando el miembro inferior trabaja en cadena abierta (por ejemplo en el balanceo durante la marcha) permite el deslizamiento anterior (artrocinemático) que permite la versión anterior de la tibia en giro conjunto (miembro portado).
• Pero el miembro inferior trabaja casi siempre en cadena cerrada lo que implica: sus miembros se mueven automáticamente siguiendo al primero que se mueve. Este movimiento es en flexión, lo que implica meniscos móviles, o sea, inestables, con una estructura capsulo-ligamentaria en posición de reposo. Los puntos fijos para la acción muscular se invierten en relación al concepto clásico, por lo que los mismos traccionan desde los pies. La poderosa tensión tricipital mantiene la flexión de las rodillas y el cuadriceps toma punto fijo en la rótula (fijada a través de los tres vastos) y tracciona de la pelvis hacia delante gracias al recto anterior. La cadena cerrada provoca también que el punto fijo para la movilización artrocinemática sea distal: la tibia se tralada sobre el astrágalo fijo, el fémur se desliza sobre los platillos tibiales y la pelvis se moviliza sobre la cabeza del fémur.
• La gran presión (principalmente por sobrepeso y/o malas posturas) provocan grandes compresiones en el cartílado lo que implica un rodamiento para el que las articulaciones sinoviales no están del todo preparadas.

Características estructurales de la cadera.

La cadera es una articulación sinovial - universal con todas las posibilidades de movimiento, que en condiciones fisiológicas debe soportar el 50% del peso corporal. Los trastornos vertebrales (desviaciones funcionales y estructurales) provocan una variación en el reparto de la carga a nivel caderas, que lleva al devenir patológico de la misma: compresión, desgaste, disminución de la movilidad (que debe ser compensada a nivel de rodilla y vértebras lumbares). La cadera actúa en función del cuidado del cuello femoral, que hace las veces de una viga en voladizo, y cuya integridad es protegida por la tensión de los abductores de cadera. La falla de alguno de ellos se compensa con la tensión de aductores y la falla del conjunto produce importantes compensaciones en unidades biomecánicas vecinas o la fractura del cuello femoral.

El miembro inferior y su diseño en relación a la marcha.

Los miembros inferiores evolucionaron como estructuras de sostén, para lo cual cumplen con ciertos requisitos mecánicos estructurales y funcionales:

• Una articulación proximal universal, que posibilita orientar al miembro en cualquier dirección en el espacio, pero que exige gran coordinación Neuromuscular.
• Músculos biarticulares que deben producir grandes tensiones para soportar el peso corporal sobre un solo miembro mientras se moviliza el otro. Para ello el tensor de la fascia lata y el fascículo superficial del glúteo mayor actúan en conjunto tensando la aponeurosis de envoltura del muslo y mejorando el efecto compartimental de la musculatura del muslo, sobre todo cuando actúa en cadena cerrada, ya que la fijación de la rodilla exige tensión adicional. Cuando rehabilitamos pacientes con cirugía de cadera o rodilla es importante estimular la función de estos músculos para acelerar la bipedestación.
• El valgo fisiológico en la rodilla que amplía la base de sustentación.
• El requisito fucional es la coordinación de algunos movimientos en cadera y rodilla (acompañada de tobillo) para adaptar los miembros inferiores al terreno durante la marcha, conocidos como determinantes de la marcha.

El tronco y la columna vertebral en la locomoción.

Para comprender eso se debe interpretar el mecanismo de movilidad del raquis durante la marcha humana. Debemos aceptar a la columna vertebral como eje de los movimientos corporales. Para ello evoluciona desde la filogenia y la ontogenia como un mecanismo primordial alrededor del cual gira toda la motricidad humana.

Si la evolución de las especies depende del buen uso de la energía disponible y de su adaptación a una ecología específica; debemos mirar el diseño del raquis (con sus curvas fisiológicas) en términos energéticos y discernir cómo influyen sus diferentes estructuras para soportar el peso corporal, mientras realiza la actividad más importante para la que fue diseñada: la LOCOMOCION.

Por eso el análisis del raquis y una de sus funciones primordiales (locmoción) es esencial en los trastornos quirúrgicos de los miembros inferiores. Es raro analizar el raquis en personas con trastornos de los miembros inferiores, también lo es en trastornos de la marcha.

Las curvas lordóticas y cifóticas,la presencia de un disco intervertebral, un par de articulaciones sinoviales y gran cantidad de ligamentos son los componentes de esta cadena cinemática. Su óptima interacción disminuye el consumo energético en la postura bípeda y la locomoción. Ejercicios para mejorar el equilibrio pueden colaborar a dismiuir el consumo energético. Para analizar correctamente la marcha debemos describir los subsistemas óptimos que interactúan durante la marcha.

Psicomotricidad.

El hombre es el último escalón evolutivo. Su columna vertebral presenta diferencias de forma y número mínimas con los demás animales vertebrados. Todos ellos sufren las mismas fuerzas, ya que habitan el mismo planeta. Lo que varía es:

-el clima

-el tamaño del animal

-la disposición de la columna vertebral ante la aceleración gra- vitatoria.

El peso corporal produce un cizallamiento permanente (en bipedestación y sedestación) entre dos vértebras, a nivel de los discos. En el resto de los animales no bípedos sus influencias serán diferentes, pero también serán diferentes sus posibilidades de movimiento.

El primitivo vertebrado se trasladaba en un plano horizontal (actuales cocodrilos, tortugas, serpientes, etc.): a expensas de una ondulación lateral acompañada del movimiento rítmico de los miembros. Estos, luego, pasan de una situación lateral, a colocarse por debajo del tronco, para soportar directamente el peso corporal. Su raquis presenta una gran cifosis. Mantenerse de pie les significa un elevado costo energético ante la imposibilidad de trabar las articulaciones de sus miembros. Como se mantienen en semiflexión requieren actividad muscular permanente y alto consumo de energía.

Como su centro de gravedad está situado cerca del suelo y por delante de los miembros posteriores, aprovechan casi toda la fuerza de reacción del piso en avanzar. Pero el diseño de su raquis les proporciona otra ventaja: la posibilidad de trasladarse en el plano sagital. Los movimientos de extensión y flexión de la columna vertebral (galope) les proporciona la velocidad necesaria para alcanzar su presa o huir de los depredadores.

Los antiguos peces mantienen la locomoción horizontal (para la que presentan un aleta posterior vertical). Los peces que descienden de mamíferos, o sea, que han evolucionado en tierra y han vuelto al agua, adoptan la locomoción sagital (con una aleta horizontal).

¿Cómo puede aumentar la velocidad un cuadrúpedo? ¿Aumentando las contracciones musculares?¿Aumentando las inclinaciones laterales?

* La pelvis puede girar alrededor de un eje horizontal (anteversión - retroversión).

* La columna vertebral puede hacer flexión-extensión en un plano sagital.

El centro de gravedad, al colocar las patas bajo el cuerpo, se eleva: aumenta levemente el gasto de energía. Pero la disminución de contracciones musculares, con el menor rozamiento y la ganancia de energía potencial, disminuye la energía total.

Desde los reptiles como el cocodrilo, las especies evolucionaron de dos maneras hacia la bipedia:

* El cuerpo del animal se ubica por delante de los miembros inferiores. La pelvis desarrolla un isquion largo para que favorezca el balanceo cuerpo-cola sobre las caderas (pájaros).

* La habilidad para extender la columna vertebral lleva el potencial de cargar el centro de gravedad del cuerpo sobre las caderas y cerca de ellas con la finalidad de disminuir el brazo de resistencia. La pelvis desarrolla un isquion pequeño con grandes fosas ilíacas para aumentar la superficie de inserción de los glúteos, abdominales e ilíacos (homo sapiens).

Al salir de la vida acuática el primer problema a resolver, fue disminuir el efecto de la fricción del cuerpo contra el suelo: por lo costoso que es iniciar la marcha en esas condiciones hasta alcanzar cierta inercia que permita ahorrar algo de energía. Un cuadrúpedo como el cocodrilo gasta mucha energía por la fricción de su vientre y porque su largo y recto raquis se debe dirigir alternativamente a un lado y al otro, compensado por el movimiento de las cinturas anterior y posterior en sentido opuesto.

En un paciente que arrastra los pies, disminuimos la fricción con un bastón o similar.

Cuanto más larga es la columna y angosta la pelvis, menos se mueve el centro de gravedad lateralmente: se gasta menos energía. Si la columna es muy larga aumenta el brazo de palanca, por lo tanto el diseño para contrarrestar esa desventaja consiste en un raquis polisegmentado y músculos cortos que actúan en cada segmento cinético vertebral con gran coordinación. Para avanzar necesitan moverse alternativamente con inclinaciones laterales (por ejemplo la serpiente), factor heredado por todos los cuadrúpedos y bípedos.

Las dos cinturas y el mecanismo oscilado.

A partir de lo visto hasta ahora podemos pensar que en un bípedo:

- La energía para caminar la proveen la alternación de incurvaciones laterales del raquis.

- El miembro inferior que sostiene el cuerpo hace de pivot del mismo y soporta el peso corporal.

- La necesidad de extender los miembros inferiores en cada fase de despegue representa una energía adicional para la marcha.

- La distancia a cubrir con una oscilación (zancada) está deter- minada por el ancho de la pelvis y el arco de círculo que puede realizar sobre una de las caderas (tener en cuenta además rigidez articular y elongación muscular).

Al analizar la marcha ¿tenemos en cuenta que el acortamiento de los músculos posteriores impide desarrollar una zancada larga y que ésto no permite el giro de las vétebras y la pelvis?

¿Qué problemas puede traer por efecto acumulativo?

Un bípedo al caminar gasta energía al iniciar la marcha y controlando cada movimiento. En el raquis ocurren simultáneamente los tres movimientos, donde el más importante es la ROTACION (recordar que se realiza en un plano horizontal donde casi no influye la aceleración de la gravedad). El bípedo usa el campo gravitatorio en el que se mueve:

- transforma energía potencial en cinética (centro de gravedad alto)

- su peso es una acción que provoca una reacción del piso que facilita el apoyo de pivot de los miembros inferiores.

Los músculos intervienen para controlar los excesos de movilidad, los grados de movimiento que no se usan. Lo deben realizar en el momento justo para evitar fallas en el sistema. Para evitar el efecto acumulativo de microtraumas.

Cuando se sobrecarga una articulación puede sufrir un daño pequeño, que con la repetición puede llevar a un daño mayor por efecto acumulativo. Un mecanismo de feedback monitorea el stress en cada articulación intervertebral y lo reduce variando la actividad muscular.

Las fuerzas que actúan sobre las articulaciones deben ser resistidas por ellas. Su magnitud no debe exceder la resistencia biológica de cada articulación. Ante cargas excesivas los músculos se contraen para disminuir la tracción de estructuras no contráctiles. Hay infinidad de músculos que pueden intervenir. La combinación más parecida a la aprendida de niño y mejorada con el paso de los años (la habitual) es la provoca el menor gasto energético.

Podemos empezar por calcular la magnitud de la tracción- compresión y tensión ligamentaria. Es una función de:

-la geometría espinal

-cargas externas

-actividad muscular.

Como todas las vértebras están hechas del mismo material, todas soportan el mismo nivel de stress. El sistema nervioso central monitorea los niveles de stress y usa esta información para coordinar la actividad muscular, asi puede realizar sus actividades con la menor sobrecarga posible. A este sistema se le suma uno nociceptor.

El anillo fibroso es responsable de la transmisión de las cargas, mientras que el núcleo pulposo se comporta como un pivot para el giro de la vértebra. La vértebra cizalla hacia adelante y tensa el anillo fibroso y los ligamentos vertebrales comunes transformándose en una estructura rígida que se responsabiliza de la transmisión de las cargas. Su deformación depende del tiempo que dure la situación de stress ya que es viscoelástico. La tensión del anillo fibroso aumenta la presión del núcleo pulposo lo que le permite actuar de fulcro del movimiento.

La bipedestación misma representa una carga para el raquis. Este debe poner en funcionamiento su aparato muscular para:

*obtener igual stress relativo en todas las articulaciones

*traducir el esfuerzo en compresión pura (para el disco interver- tebral) y mínima tracción para las articulaciones interapofisarias y sistema ligamentario posterior.

El grado de stress pasa a ser fundamental para el control de la columna. Los 300 kg. teóricos que puede soportar, nunca se alcanzan por la respuesta neurológica de los propioceptores.

La columna puede enfermarse ante cargas anormales causadas por:

* Levantar un objeto pesado lejos del centro de gravedad del cuerpo. Los músculos espinales tienen un brazo de palanca muy corto y les cuesta mucho equilibrar un brazo de resistencia tan largo.

*La flexión del raquis trata de usar sólo ligamentos y un equili- brado ritmo de contracciones musculares. El problema ocurre en la anteversión de la pelvis, ya que hace aumentar el brazo de resis- tencia e inicia la actividad muscular (glúteo mayor e isquiosura- les). La contractura de éstos exige actividad espinal extra: se dispone de menos músculos para contrarrestar el stress interver- tebral

*Una carga inesperada que no da tiempo a la contracción muscular compensatoria.

La columna lumbar realiza inclinación lateral alternando hacia un lado y al otro, mientras la pelvis rota hacia un lado y la cintura escapular hacia el otro. La LOCOMOCION HUMANA se basa en este sistema hombros-raquis-pelvis, que representa un mecanismo oscilado en un campo gravitatorio. Las fibras del anillo fibroso se estiran o relajan alternativamente según el sentido de cada torsión de la columna vertebral.

Es tentador especular que el mayor o menor movimiento del raquis está gobernado por la necesidad de rotar la pelvis para disminuir el gasto de energía. Se aprovecha así la energía almacenada en el anillo fibroso y no son necesarios los músculos del miembro inferior. Si extiendo la cadera con la musculatura gasto energía para aumentar la rotación de la pelvis y alargar la zancada y ganar velocidad. Los miembros inferiores deben seguir a la pelvis.

BASMAJIAN confirma que halló registro electromiográfico mínimo en los miembros inferiores al caminar. La inclinación lateral promedio de la marcha es de 7º, que incluye una rotación transmitida a la pelvis. La lordosis facilita la torsión automática en la inclinación lateral. En la fase de balanceo disminuye la lordosis lumbar, se inclina la columna y rotan pelvis y hombros. Al final de la fase la columna está enrollada, el psoas restablece la lordosis y desenrrolla la columna. Para aumentar la velocidad, el giro debe generarse en el raquis.

El mecanismo oscilador conserva la energía gracias a su estructura viscoelástica. Consideramos a la columna y sus medios de unión como dispositivos para almacenar energía. El GRADO DE LORDOSIS es el principal factor para convertir a un músculo inclinador lateral (psoas, cuadrado lumbar) en rotador axial. El grado de curvatura lumbar es fundamental para el individuo y está dado por:

-forma de los discos y cuerpos vertebrales

-oblicuidad de la cara superior del sacro

El stress intervertebral es modulado por la coordinación de las contracciones musculares y su falla produce lesiones. El stress se origina a partir de los siguientes factores:

* cizallamiento intervertebral

* compresión axial

* contracciones musculares

* rotación axial en cada segmento cinético vertebral

Al caminar, la torsión pendular vertebral transmite el giro a la pelvis. Si la persona lleva una carga o tiene rigidez intervertebral, disminuye la posibilidad de rotar, disminuyendo así la oscilación pelviana. La forma de compensarlo es aumentando la lordosis. La hiperlordosis compensa la falta de rotación axial. Puede ocurrir también que para disminuir el stress de tracción de las articulaciones debo flexionar la lordosis. Esto disminuye la inclinación lateral-rotación y exige una compensación de otros sectores vertebrales o de los miembros inferiores.

Si la carga teórica es de 300 kg. y el raquis nunca alcanza los 210 kg. ¿Por qué puede fallar hasta la rotura con cargas menores? Debe faltar la explicación de algún mecanismo.

Hay una parte del anillo fibroso que jamás tenemos en cuenta: las fibras tensoras. Se hallan entre dos láminas del anillo fibroso y se disponen en forma perpendicular a las mismas, insertándose en ambas. Actúan como pegamento entre dos laminillas del anillo. Logra que el deslizamiento entre dos de ellas durante el movimiento sea suave y mínimo.

A cargas permanentes, a lo largo del tiempo, las fibras tensoras se elongan respondiendo a las exigencias mecánicas, ceden y permiten el abombamiento del disco. En situaciones normales resiste cargas muy altas, pero al dañarse las fibras tensoras, el disco pasa a ser muy débil. Las fibras periféricas son las que sufren el mayor stress y las primeras en dañarse.

Conclusiones: seré breve en las conclusiones. Todo paciente con cirugía de cadera y/o rodilla debe encarar su rehabilitación con una conciencia del cuerpo como un sistema total y si el principal objetivo de la misma es reeducar la marcha, las condiciones en que se encuentre la columna vertebral va a ser fundamental para el éxito de la misma. En todo paciente con problemas de miembros inferiores debes evaluar el raquis y viceversa.

BIBLIOGRAFIA

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