-
BIOMECANICA TENDOANELOR I LIGAMENTELOR Aceste structuri sunt
pasive (nu produc micare, precum muchii), fiecare joac un rol
esenial n micarea articular.
Rolul ligamentelor i a capsulei articulare, structuri care fac
conexiunea os-os, este de a crete stabilitatea mecanic a
articulaiei, de a ghida micarea articular i de a preveni o micare
exagerat.
Funcia tendoanelor este aceea de a ataa muchii de os, deci, de a
contribui la producerea micrii articulare. De asemenea, tendonul
face posibil ca mijlocul muchiului s fie la distan optim de
articulaia asupra creia acioneaz, fr a fi necesar o lungime mare
ntre originea muchiului i inseria acestuia.
Patologia tendoanelor i ligamentelor este comun. Pentru a nelege
n ce fel apar disfunciile i mecanismul de regenerare, trebuie
cunoscute funciile i proprietile mecanice ale tendoanelor i
ligamentelor.
-
Compoziia i structura tendoanelor i ligamentelor
-
Colagenul MECANOTRANSDUCIE
-
Elastina Proprietile mecanice ale tendoanelor i ligamentelor
sunt dependente i de proporia de elastin pe care aceste structuri o
conin. Proteina denumit elastin este prezent n cantitate redus n
tendoane i n extremitatea ligamentelor, dar n ligamentele elastice,
precum ligamentul galben, proporia fibrelor de elastin este
substanial. Substana fundamental Substana fundamental din ligamente
i tendoane este constituit din proteoglicani (peste 20% din
matricea solid), glicoprotine, proteine plasmatice i o varietate de
molecule mici. Acioneaz ca un liant ntre micriofibrilele de
colagen.Proteoglicanii pot ajuta la stabilizarea scheletului de
colagen, din tendoane i ligamente.Contribuie la rezistena global a
acestei structuri compozite.
-
Structura exterioar a tendoanelor i ligamentelor i inseria
acestora pe os Sunt acoperite de un esut conjunctiv moale. La
nivelul ligamentelor acest strat exterior nu are o denumire
specific, n timp ce la nivelul tendoanelor poart denumirea de
PARATENON Micrografie electronic a inserei unui tendon patelar de
cine (25.000). 1 fibre de colagen paralele; 2 fibrocartilaj
nemineralizat; 3 fibrocartilaj mineralizat; 4 os cortical Inseria
pe os a unui ligament colateral medial de oarece. A fibre de
colagen; B fibrocartilaj nemineralizat; C fibrocartilaj
mineralizat; D os cortical
-
Rolul ligamentelor n stabilitatea micrilor articulare
Stabilitatea articulaiei genunchiului Ligamentele colaterale au rol
n: - stabilizarea micrii de flexie extensie; - stabilizarea i
restricionarea micrilor transversale (n jurul unui ax
perpendiculare pe planul frontal);- stabilizarea micrii rotatorii
(n jurul axului mecanic al membrului inferior). Ligamentele
ncruciate sunt cele care asigur micarea complex a articulaiei
genunchiului de rostogolire, alunecare (n vecintatea poziiilor
extreme de flexie i extensie) i combinaia celor dou (la o flexie
intermediar). Stabilitate cinematic sagital
-
Stabilitatea sagital asigurat de ligamentele ncruciate. 1-2
ligamentul ncruciat anterior; 3-4 ligamentul ncruciat posterior
-
Stabilitatea cinematic frontal Reprezentarea genunchiului stng
asupra cruia acioneaz un moment ncovoietor aprut n timpul unor
exerciii fizice: a momentul ncovoietor tinde s creeze genu valgum;
b momentul ncovoietor tinde s creeze genu varumn micrile extreme,
care se desfoar n timpul activitilor sportive (fotbal, schi, etc.)
apar momente de ncovoiere care tind s schimbe dispunerea axului
mecanic al membrului inferior i, implicit, s poziioneze genunchiul
n genu varum sau genu valgum.
-
Stabilitatea rotatorie n extensie Stabilitatea rotatorie, n
extensie, a genunchiului: a vedere n seciune transversal a
genunchiului, n poziie relaxat, cu figurarea ligamentelor ncruciate
(stnga) i a celor colaterale (dreapta); b poziia ligamentelor
ncruciate n rotaie extern; c poziia ligamentelor colaterale n
rotaia extern; d poziia ligamentelor ncruciate n rotaie intern; e
poziia ligamentelor colaterale n rotaie intern
-
Stabilitatea articulaiilor coloanei vertebrale Restricionarea
micrii de flexie i deviaia standard (n parantez) ca urmare a
rezistenei opuse de ligamentele vertebrale. La nivelul coloanei
vertebrale, conform studiilor efectuate, s-a observat c ligamentele
vertebrale au o mare influen n restricionarea micrilor. Astfel, dup
tierea ligamentelor longitudinale se observa o marcant descretere a
rezistenei la flexie, dar n cazul rezeciei articulaiei
zigoapofizare modificrile sunt foarte mici. Aceasta denot faptul c
rezistena la flexie a articulaiei zigoapofizare este dat de
ligamentul capsular i nu de contactul dintre feele articulare. n
restricionarea micrii, ligamentele supraspinoase i interspinoase
joac un rol foarte important, dar numai n ultima jumtate a flexiei.
Aceasta este datorat rigiditii variabile a ligamentelor. Ligamentul
galben (ligamentum flavum), care are o elasticitate ridicat, are
rol n restricionarea flexiei reduse, la flexie maxim rolul su fiind
mai puin important
Ligamentele vertebrale Restricionarea micrii de flexie [%]
Flexie redus Flexie maxim Ligamentul supraspinos/interspinos 8%(
5%) 19%( 7%) Ligamentul galben 28%( 10%) 13%( 6%) Ligamentul
capsular 25%( 8%) 39%( 8%)
-
Creterea micrii de flexie ca urmare a secionrii ligamentelor
vertebraleLI ligamentul intraspinosLS ligamentul supraspinosLF
ligamentul galbenLC ligamentul capsular
-
Fore fiziologice care acioneaz n tendoane i ligamente Variaia
forelor, pe un ciclu de mers, care acioneaz asupra ligamentelor:
ncruciat anterior (LIA), ncruciat posterior (LIP), colateral medial
(LCM) i colateral lateral (LCL). n partea de sus a diagramei sunt
reprezentate, schematic, fazele mersului: Fc faza de clci; Fr faza
de rulare a plantei pe sol; Fv faza de vrf; Fp faza de
pendulare
-
Mrimea forei ce acioneaz asupra ligamentelor vertebrale i
deviaia standard (SD) la un moment de flexie de 6,9Nm.n ce privete
forele ligamentare de la nivelul coloanei vertebrale, Stemper a
efectuat determinri experimentale in vitro, asupra unui lot de 10
cadavre, cu vrstele (n momentul decesului) cuprinse ntre 25 i 45 de
ani. Experimentele au fost fcute asupra regiunii lombare, mai
precis, asupra segmentului vertebral carte cuprinde vertebrele L3 i
L4. n urma aplicrii unui moment de flexie de 6,9Nm (valoare
fiziologic), asupra segmentului vertebral, autorul a ajuns la
concluzia c ligamentele supraspinoase i interspinoase suport cea
mai mare for, urmate fiind de ligamentul capsular i de cel
intertransvers.
LigamenteFora ligamentar ( 1SD) [N]Ligamentul
supraspinos/intraspinos 66.2 (13.6) Ligamentul capsular drept14.5
(6.7) Ligamentul capsular stng22.8 (10.9)Ligamentul intertransvers
drept15.0 (8.4)Ligamentul intertransvers stng3.4 (1.1)
-
Proprietile biomecanice ale tendoanelor i ligamentelor
Elasticitatea neliniar F1 = k0 1F2 = k02+k1(2 1)F2 = k22F3=
k03+k1(31) +k2(32)F3 = k33.Fp= k0p+k1(p1) ++kp-1(pp-1)Fp = kpp
-
Proprietile biomecanice ale tendoanelor i ligamentelor
Elasticitatea neliniar Ligamentul anterior longitudinal de la
nivelul coloanei vertebrale
-
Relaia dintre tensiune ideformaie specific i dependena
extinderii pliurilor n funcie de deformaia specific Imagini obinute
cu sistemul de coeren optic ale tendonului de la coada de oarece,
pentru diferite deformaii specifice: a) = 0; b) = 0,005; c) = 0,01;
d) = 0,015; e) = 0,02 f) = 0,025. Pliurile apar, n aceste imagini,
sub forma unei succesiuni de benzi deschise i nchise la culoare.
Benzile deschise sunt corespunztoare vrfurilor pliurilor, n timp ce
cele nchise reprezint adnciturile pliurilor.
-
Comportarea biomecanic a tendoanelor i ligamentelor Diagrama for
n funcie de deformaie, n cazul unei solicitri de ntindere, pentru
un tendon de iepure n prima regiune, forele necesare obinerii
elongaiei sunt mici i odat cu continuarea deformaiei rigiditatea
esutului crete i, progresiv, forele necesare producerii aceleai
elongaii sunt mai mari, sfritul acestei prime zone fiind
caracterizat de o cretere a rigiditii de la 1,5% la 4%. A doua
regiune reprezint rspunsul esutului la continuarea deformaiei.
Chiar dac aceast regiune este mai mult sau mai puin liniar, este
denumit regiune liniar. Fibrele de colagen devin paralele iar
ondularea iniial scade. n a treia regiune apar mici reduceri de
for, care pot fi observate att la tendoane ct i la ligamente,
cauzate de ruperea secvenial, precoce, a ctorva mnunchiuri de fibre
de colagen. La sfritul regiunii liniare, valoarea total a ncrcrii
se noteaz cu Flin. Punctul n care este atins aceast valoare
reprezint punctul n care esutul ncepe s cedeze substanial.Cnd se
atinge valoarea maxim Fmax corespunztoare forei de rupere, ruptura
se produce imediat, iar potenialul tendoanelor i ligamentelor de a
suporta fore mai scade dramatic.
-
Diagrama for n funcie de deformaie pentru ligamentul galben
(conine ntre 60% i 70% de fibre de elastin) Se constat faptul c,
naintea deteriorrii totale, nu mai exist zone care s ilustreze
ruperea mnunchiurilor de fibre de colagen aa cum se ntmpl n cazul
tendoanelor (zonele 3 i 4, figura antaerioara), fracturarea fiind
asemntoare cu cea a unui material rigid. Regiunea de rupere este
caracterizat de o deformaie foarte mic, zona respectiv fiind
corespunztoare solicitrii simultane a tuturor fibrelor, fie c sunt
de elastin sau de colagen. Rigiditatea mic a ligamentului galben n
prima zon de deformaie (corespunztoare condiiilor fiziologice),
face ca forele care acioneaz asupra acestei structuri i, implicit,
tensiunile care se dezvolt s aib valori mici, protejnd, n acest
fel, mduva spinrii.
-
Mecanismul de deteriorare al tendoanelor i ligamentelor Ruptura
progresiv a unui ligament ncruciat anterior de la un cadavru uman,
n condiiile unei viteze de deformare n limite fiziologice n urma
unor determinri experimentale pe un cadavru, Noyes a demonstrat c,
prin aplicarea unei fore graduale pn la limita de rupere, ruptura
progresiv a ligamentului ncruciat anterior are ca efect deplasarea
componentelor articulaiei tibio-femurale. La ncrcare maxim mrirea
spaiului intraarticular este de civa milimetri. Ligamentul are un
aspect de continuitate, chiar dac se observ c au intervenit micro i
macrorupturi i c are o deformaie mare.
-
Corelaia dintre rezultatele acestui test in vitro i observaiile
clinice, pun n lumin evenimentele care au loc la nivelul
ligamentului ncruciat anterior din timpul activitii zilnice i n
timpul deteriorrii, cu diferite grade de severitate, ale acestuia.
Diagrama rezultat n urma studiului experimental a fost convertit
ntr-o diagram for deplasare articular i a fost divizat n trei zone
corespunztoare la: 1 ncrcarea care simuleaz testele clinice; 2
ncrcarea pe care o suport ligamentul n limite fiziologice; 3
ncrcarea pe care o suport ligamentul ncepnd de la apariia
microrupturilor pn la ruperea total. Microrupturile pot interveni
chiar nainte ca ncrcarea fiziologic s depeasc valoarea sa maxim i,
ntr-adevr, microrupturile pot s apar n condiii fiziologice, n orice
ligament.
-
Factori care afecteaz proprietile biomecanice ale tendoanelor i
ligamentelor Vrsta Variaia rigiditii ligamentului colateral medial
i a inseriei acestuia pe tibie n funcie de vrsta animalelor Pentru
loturile cu vrst mic (epifiz deschis) are loc o avulsie tibial, n
timp ce pentru loturile cu vrst mai mare (epifiz nchis) ruptura
ligamentului are loc n zona de mijloc (numai n 15% din cazuri are
loc avulsia tibial), iar rigiditatea este mai mare. Acest lucru
este explicabil prin faptul c odat cu maturizarea, are loc ngroarea
fibrelor de colagen, iar inseria ligamentului pe tibie este mai
rezistent i cu o rigiditate mai mare dect a zonei mediane a
ligamentului.
-
Activitatea fizic i imobilizarea Ca i osul, ligamentele i
tendoanele se remodeleaz ca rspuns la solicitrile mecanice
exercitate asupra lor. Astfel, acestea devin mai rigide i mai
rezistente la solicitri mecanice intense, iar atunci cnd tensiunile
exercitate asupra lor sunt mai mici, rezistena i rigiditatea
scad.Antrenamentul fizic, are ca efect o cretere a rigiditii
tendoanelor i a rezistenei interfeei os-ligament. Tipton i colab.
au comparat: rezistena i rigiditatea a ligamentului medial
colateral de la un grup de 10 cini care au fost, zilnic, solicitat
intens timp de 12 luni (alergare timp de o or cu o vitez de 56km/h,
completat de o alergare cu viteza de 78km/h, timp de 30min.) cu un
grup martor de 7 cini, la care solicitrile au fost n limite
normale. Ligamentele cnilor cu activitate fizic intens au devenit
mai rezistente i mai rigide dect ligamentele din grupul martor, ca
o consecin a mririi diametrului fibrelor de colagen. De asemenea,
din punct de vedere al proprietilor structurale, inseria
ligamentului pe os nu a suferit diferene semnificative, n schimb,
rezistena la rupere a jonciunii a crescut simitor.
-
Woo a studiat efectul exerciiilor de scurt sau lung durat asupra
proprietilor biomecanice ale tendoanelor digitale de porc
(corespunztoare muchilor flexori i extensori ai degetului). n acest
studiu, autorul a mprit animalele n dou grupe, prima grup a fost
supus unui regim de micare intens timp de 3 luni (scurt durat),a
doua grup durata exerciiilor a fost de 12 luni (lung durat).
Regimul intens de micare a constat n faptul c animalele au alergat
cu o vitez de 6 pn la 8km/h pe o distan de 40km parcurs timp de o
sptmn. Pentru comparaie, s-a utilizat un grup martor care a avut o
activitate fizic normal. Dup terminarea perioadei de efectuare a
exerciiilor, porcii au fost sacrificai, analizndu-se att structura
tendoanelor ct i inseria acestora pe os: scurt durat nu exist
diferene semnificative, n ceea ce privete structura tendonului
extensor al degetului, comparativ cu grupul martor. lung durat, s-a
observat c s-a produs o cretere a seciunii tendonului extensor,
completat de o cretere, cu aproximativ 22%, a tensiunii de rupere
la o solicitare de ntindere. inseria celor dou tendoane studiate pe
os: a avut loc o cretere cu aproximativ 19%, a rezistenei mecanice
numai a jonciunii os-tendon flexor (n cazul grupului cu exerciii de
lung durat).
-
Noyes a demonstrat o reducere a proprietilor mecanice a
complexului os-ligament-os de la nivelul genunchilor de primate
imobilizate timp de 8 sptmni. Cnd aceste ligamente au fost testate
la ntindere pn la rupere, s-a constatat o descretere cu 39% a forei
de rupere i cu 32% a energiei stocate pn la rupere, n comparaie cu
un grup martor, care a avut o activitate fizic normal. De asemenea,
s-a observat o descretere a rigiditii i, n consecin, deformaii
crescute ale ligamentelor imobilizate, comparativ cu lotul martor.
La primatele imobilizate a cror ligamente nu au fost testate, s-a
stabilit un program de recuperare iniiat imediat dup perioada de
imobilizare. S-a demonstrat faptul c recondiionarea ligamentelor
necesit o perioad ndelungat. Astfel, dup 5 luni de recuperare,
ligamentele au prezentat o rigiditate cu 20% mai mic dect a
grupului martor. Acest parametru a devenit comparabil cu cel al
grupului martor de abia dup 12 luni de recuperare.
-
Woo i Gomez au sintetizat diferitele rezultate experimentale
obinute de-a lungul timpului, ntr-o diagram care ilustreaz rspunsul
att a proprietilor structurale, ct i a proprietilor mecanice pentru
substana ligamentar i a jonciunii ligamentului pe os, n condiiile
exerciiilor fizice, a recuperrii i a imobilizrii.Se observ c
activitatea fizic intens (exerciii fizice), duce la o mbuntire a
proprietilor structurale i biomecanice ale ligamentelor, n timp ce,
imobilizarea duce la o degradare a structurii i la scderea
rezistenei mecanice. Activitatea de recuperare, de lung durat, este
deosebit de important, cu att mai mult cu ct matricea ligamentar se
regenereaz mult mai rapid (sptmni) dect inseria ligamentului, sau a
tendonului pe os (luni).