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LA VERIFICA BIOMECCANICA

A cura del Prof. Giancarlo Pellis

Il dispositivo a centro di rotazione variabile progettato su quanto ricavato dallo studio sperimentale (fig. 2.1) è stato successivamente verificato per determinare l’eventuale corrispondenza con le “specifiche condizioni biomeccaniche” ritenute da Insall (86) criteri da rispettare affinché un dispositivo meccanico non crei incompatibilità al movimento fisiologico:


Fig. 2.1

1 - il centro istantaneo di rotazione deve ricadere sulla perpendicolare del punto di contatto tra le superfici articolari.
2 - le superfici articolari o i legamenti, o entrambi, non devono essere forzati in un direzione innaturale.

A seguito di quanto sopra sono stati proposti 2 lavori sperimentali.
Il primo studio (Pellis G., Di Cosmo F.: “Influenza di diversi tipi di snodo per tutore del ginocchio sui rapporti dinamici fra femore e tibia, 16° Congresso Nazionale, Società Italiana di Artroscopia, Genova 2003,) ha messo in luce la simmetria tra la movimentazione fisiologica del ginocchio e quella meccanica offerta dallo snodo KTJ a centro di rotazione variabile.
Per lo studio sono stati realizzati 5 radiogrammi di un ginocchio sano a varie angolazioni di flessione (0°, 30°, 60°, 90°, 110°) sui quali sono stati evidenziati i contorni radiologici dei capi articolari (Fig.2.2).


Fig. 2.2. - Radiografie di un ginocchio tipo a 0°, 30°, 60°, 90° e 110°

Il modello di confronto
È stato quindi ricostruito un modello monoplanare del ginocchio in materiale plastico (Fig. 2.3) che riproduceva il profilo del femore e della tibia, rispettando le dimensioni medie dell’articolazione di un adulto, fissato sui rispettivi bracci (femorale-superiore e tibiale-inferiore) dello snodo. Quale riferimento per un corretto posizionamento tra la parte meccanica e quella plastica è stato utilizzato il metodo di Nietert (Fig. 2.4).


Fig. 2.3

Il modello così realizzato è stato fotografato ai vari gradi di flessione 0°, 30°, 60°, 90° e 110° (fig. 2.5) e ricavati i profili articolari.


Fig. 2.4
– Metodo di Nieret individua il posizionamento del centro di rotazione del ginocchio misurando la lunghezza antero-posteriore del condilo femorale. Un terzo di tale misura è stata posta come distanza alla quale tracciare la parallela alla tangente al profilo posteriore del condilo femorale e la parallela alla tangente al suo profilo inferiore. L’intersezione delle due parallele, individua il centro iniziale di rotazione.


Fig. 2.5

Sovrapponendo i contorni radiologici e i profili articolari è risultato che questi ultimi, in ogni fase della flessione, si trovano sempre in una posizione di marcato parallelismo.
Ciò fa dedurre che se nel ginocchio sano il centro di rotazione ricade sempre sulla perpendicolare del punto di contatto tra le superfici articolari, la stessa perpendicolarità viene a verificarsi nel modello costruito e, di conseguenza trasmessa al ginocchio sul quale il dispositivo stesso viene fissato.

Il secondo studio (Pellis G., Di Cosmo F.: Tensioni indotte sui legamenti crociati da diversi tipi di snodo per tutore del ginocchio, 16° Congresso Nazionale, Società Italiana di Artroscopia, Genova 2003), mira a determinare la tensione esercitata sui legamenti crociati quando la movimentazione di flesso-estensione è imposta da uno snodo a centro fisso e quando, invece, da uno snodo a centro di rotazione variabile KTJ.
In particolare sono state verificate le forze di trazione alle quali i legamenti crociati e la distanza alla quale i due capi ossei vengono costretti dal diverso movimento imposto dalle due tipologie di snodo.
Per lo studio è stata usata una macchina per la ginnastica passiva con la quale sono state eseguite una serie di prove con il braccio originale, che presentava uno snodo a centro fisso (Fig. 2.6). Le stesse misure sono state riproposte con un braccio modificato; al centro fisso è stato sostituito uno snodo a raggio di rotazione variabile KTJ (Fig. 2.7).


Fig. 2.6 / 2.7

L’articolazione del ginocchio è stata ricostruita utilizzando un femore ed una tibia fissati alla macchina con 4 anelli di materiale plastico muniti di viti convergenti al centro in modo da poter bloccare i rispettivi segmenti ossei in una precisa posizione spaziale.
Ciò ha permesso di poter disporre i condili femorali ed i piatti tibiali in modo tale da riproporre perfettamente il rapporto che gli stessi hanno in vivo durante la flesso-estensione.
Indipendentemente dallo snodo utilizzato, era sempre la macchina che produceva il movimento e il tipo di snodo che imponeva la traiettoria al ginocchio.
I legamenti crociati che sono stati “ricostruiti” con del filo di dacron del diametro di 3mm ed inseriti attraverso i capi ossei. Ambedue i legamenti, fissati alla testa della tibia, dopo aver oltrepassato i condili femorali, sono stati prolungati ed agganciati alla base del braccio della macchina con interposto un dinamometro, per la misura della trazione (Fig. 2.8).


Fig. 2.8

Analisi dei risultati
Il movimento completo, eseguito dalla macchina, era da 0° a 110°. Le misure sono state effettuate ogni 15°.
Analizzando i dati registrati con lo snodo KTJ (Tab. 2.1) risulta che i legamenti sono sottoposti ad una trazione che si equivale, contrapponendosi, in ogni frazione del movimento; oltre a ciò le trazioni sono lievemente più elevate nella massima flessione, posizione nella quale il LCA, con il fascio postaro-laterale, ed il LCP, con la porzione anteriore, presentano il loro massimo spessore (Insall 1986).
Le forze di trazione riscontrate con lo snodo a centro fisso, invece, sono decisamente asimmetriche ed irregolari (Tab.2.2.).


tab. 2.1

Tab. 2.2

In riferimento ai dati riportati, possiamo indicare che lo snodo a centro di rotazione variabile KTJ, propone un movimento naturale, molto simile a quello fisiologico mantenendo, così, il perfetto contatto tra i capi articolari ed evitando l’insorgenza di tensioni anche ai legamenti collaterali, alla capsula articolare ed ai menischi (ricordiamo, infatti, che questi ultimi sono collegati alla capsula articolare ed ai legamenti crociati: LCP con il corno posteriore del menisco esterno e LCA con il corno anteriore del menisco interno).

I dati sulla tensione LCA/LCP concordano anche con la costruzione anatomica degli stessi; dalle descrizioni delle inserzioni tibiali e femorali, infatti, sappiamo che le fibre dei legamenti crociati non hanno tutte la stessa lunghezza e direzione; la loro forma “elicoidale”, fa sì che durante i movimenti, non tutte le fibre vengono poste in tensione simultaneamente.
Roud già nel 1913 aveva proposto una tesi sostenendo che durante la flesso-estensione alcune fibre dei crociati restavano sempre in tensione data la loro diversa lunghezza. Ciò permette di controbilanciare la tensione LCALCP in qualunque fase della flesso-estensione evitando movimenti a cassetto esattamente come riscontrato dai nostri dati sperimentali.

Al contrario, la prevalenza di tensione di un legamento rispetto all’altro, creerebbe una situazione di squilibrio analoga a quella che si viene a determinare nel “tiro alla fune”.

Infine in merito alla distanza alla quale vengono trascinati i due capi ossei da un dispositivo meccanico che impone la propria traiettoria, si riporta un confronto grafico particolarmente significativo tra un dispositivo a centro fisso (Fig.2.10) e il dispositivo KTJ a centro di rotazione variabile (Fig.2.11).

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