MECANICA DEL LIGAMENTO DURANTE MOVIMIENTOS CON 3 GRADOS DE LIBERTAD EN LA ARTICULACION AC

Richard E.Debski, Ph.D., I.M.Parsons, M.D., Freddie H.Fu, M.D., Savio L-Y Woo, Ph.D., D.Sc.(Hon.)

INTRODUCCION

La mejora en los procedimientos de reconstrucción para tejidos blandos en la articulación acromioclavicular (AC) se basa en la comprensión completa de la función general de la articulación y en el rol de cada una de las estructuras de la articulación intacta. Varios estudios experimentales^1-4 han examinado el rol de la AC y de los ligamentos coracoclaviculares (CC) durante movimientos con un (1) grado de libertad (DOF) de la articulación. Sin embargo, la función de estos tejidos blandos durante las condiciones de carga similares a las que existen durante el daño aún no ha sido estudiada. Por ello el objeto de este trabajo fue la caracterización de las fuerzas in situ en los ligamentos AC y CC durante aplicaciones de cargas de 70 N en direcciones anterior, posterior y superior, mientras se permite un movimiento con 3 DOF. Hemos aceptado como hipótesis que la dirección de las fuerzas en el ligamento CC sean diferentes para cada condición de carga debido a las diferentes orientaciones anatómicas.

MATERIALES Y METODOS

Nueve hombros humanos cadavéricos sometidos a congelación poco después del deceso fueron desarticulados en la articulación glenohumeral y el tejido blando fue removido a excepción del que corresponde a la cápsula AC y los ligamentos CC. La escápula fue entonces montada en un manipulador robótico a través de un sensor universal de fuerza-momento (UPS)¹, mientras que la clavícula fue rígidamente fijada a la base del robot.

La posición de referencia para todos los ensayos de carga se determinó minimizando el momento alrededor del eje mayor de la clavícula mientras se lograba una fuerza de 10 N de compresión en la articulación. En estas condiciones el robot aplicó diez ciclos de una carga anterior a la clavícula. La clavícula se encontraba libre de trasladar a lo largo de los tres ejes mientras que la orientación de la articulación se mantenía constante durante los ensayos. Este procedimiento se repitió para una carga de 70 N aplicada en las direcciones posterior y superior. Durante el último ciclo la cinemática resultante debida a cada condición de carga se repitió después de remover secuencialmente AC inferior, AC superior, y ligamentos trapezoide y conoide. La diferencia vectorial entre las fuerzas antes y después de la remoción de cada ligamento individual determina la fuerza in situ en esa estructura durante la condición especificada de carga. Se utilizó el método de mediciones repetidas con un factor en ANOVA para determinar el efecto de cada condición de carga sobre las fuerzas in situ para cada ligamento.

RESULTADOS

La clavícula se desplazó 5.2 ± 2.5 mm, 6.4 ± 2.1 mm y 4.2 ± 2.8 mm, respectivamente, durante la carga anterior, posterior y superior de la articulación AC. Bajo 70 N de carga anterior la magnitud de la fuerza in situ en el ligamento superior AC fue determinada como mayor que las de los otros ligamentos (p < 0.05) (Figura 1). Aunque no pueden mostrarse diferencias estadísticas entre todos los ligamentos durante carga posterior, los ligamentyos superior AC y trapezoidal soportaron el mayor valor de fuerzas (p < 0.05) mientras que los ligamentos trapezoidal y conoidal soportaron similares condiciones de fuerza.

Para facilitar la visualización la dirección de la fuerza en los ligamentos conoidal y trapezoidal fueron transformados a una presentación en diagrama polar usando dos ángulos, denominados elevación y desviación. (Figura 2 y Tabla 1). La elevación representa el ángulo que cada fuerza hace con el plano transversal, mientras que la desviación representa el ángulo entre la línea de fuerza y el plano escapular. La línea de acción de los ligamentos trapezoidal y conoidal fue elevada desde el plano transversal y dirigida posteriormente para cargas tanto posteriores como superiores. Los datos direccionales para estos ligamentos están presentados solamente para las condiciones de carga posterior y superior puesto que la fuerza en cada ligamento fue mayor que 20 N.

DISCUSION

Los resultados presentes apoyan nuestra hipótesis de que las direcciones de la fuerza in situ en los ligamentos conoidal y trapezoidal son diferentes. Por consiguiente ellos no deben ser considerados como un ligamento único durante los procedimientos de reconstrucción aún cuando ellos soporten magnitudes similares de esfuerzo durante la mayoría de las formas de carga. Las técnicas actuales de reconstrucción de ligamentos siguientes a daños en la articulación AC no tiene en cuenta estas diferencias direccionales². La comparación de los datos obtenidos en este trabajo con experimentos previos de tipo 1-DOF^3-4 muestra una diferencia significativa en la magnitud de la fuerza que soporta cada estructura. Esto sugiere que los vínculos cinemáticos instalados en la articulación son importantes y que el rol de los ligamentos individuales resulta afectado por movimientos acoplados que se presentan durante la aplicación de las cargas. Más aún, creemos que este método robótico, utilizando UFS, tiene el potencial necesario para examinar las fuerzas en los injertos de reemplazo de ligamentos CC, como así también las fuerzas en los tejidos blandos durante otros modos de daño.

Tabla 1 Elevación y desviación de los ligamentos coracoacromiales durante carga posterior y superior.

Leyendas de las figuras

Figura 1

Fuerza in situ (valor medio ± desviación standard) en los ligamentos superior, trapezoidal y conoidal de AC en condiciones de carga anterior, posterior y superior; (* p < 0.05).

Fuerza in situ

Dirección de carga

Figura 2

Dirección de la fuerza in situ en el trapezoide y conoide para carga superior (Vista posterior de un hombro izquierdo).

REFERENCIAS

1. Fujie H et al. J Biomech Eng, 115:211-217, 1993

2. Flatow EL, instr. Course Lect. 42: 237-245, 1993

3. Fujuda K., et al.. J. Bone Joint Surg., 68A:434-439, 1986

4. Lee K-W et al.. Am J. Sports Med. 25:858-862, 1997.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece la asistencia técnica de Ms. Kimberly Griger y el apoyo del Centro Médico de la Universidad de Pittsburgh.