Caratterizzazione biomeccanica

Il danno al legamento interosseo talo-calcaneale (ITCL) del canale del tarso è stato riconosciuto come una delle principali cause di instabilità della sotto-astragalica. Tuttavia, a causa delle scarse conoscenze su questo legamento le manifestazioni cliniche di danno al ITCL restano perlopiù oscure. La mancanza di prove cliniche certe limita la capacità dei medici adibiti alla riabilitazione di diagnosticare il danno al legamento. Sebbene il ruolo

Lunghezza da MR neutra (mm) In vivo In vitro 1 4.06 5.51 2 5.63 7.47 3 5.31 8.95 4 5.21 8.46 5 5.52 10.40 6 5.22 15.00 7 6.22 11.97 8 5.87 12.86 9 9.55 14.38 10 6.99 19.39 11 8.93 18.75

Tabella 4.2: Misure della lunghezza del legamento interosseo ottenute su diversi campioni in modelli in vivo e in vitro (Imhauser, 2004)

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funzionale dell’ITCL sia ancora in gran parte oscuro, Smith (1958) basandosi su osservazioni anatomiche ha descritto la funzione svolta dal ITCL di limitare l’eversione, come si dirà anche più avanti, mentre Cachill (1965) ritiene che esso svolga la funzione di mantenere in opposizione, in ogni posizione, l’astragalo e il calcagno. Attraverso alcuni studi svolti sul ITCL si è dimostrato come il suo sezionamento causi un incremento nell’escursione totale della sotto-astragaliga, specialmente in adduzione e dorsi-flessione, suggerendo quindi che esso contribuisce sostanzialmente alla stabilità dell’articolazione, in particolare in supinazione. Hintermann et al. (1995) ha evidenziato il contributo del ITCL al movimento di rotazione tra la tibia e il calcagno durante il carico assiale e la dorsiflessione-plantarflessione del piede.

In un esperimento condotto da Tochigi et al. (2000) su sei piedi sani congelati di cadaveri (tre femmine, due maschi e uno non identificato) di età media di 59.8 anni (da 24 a 85) ai quali è stato sezionato il legamento talofibulare anteriore e posteriore, il calcaneo-fibulare, e il legamento deltoideo, si è applicata una forza di +/-60 N alla frequenza di 0.1 Hz per verificare la relazione tra carico e spostamento per movimenti relativi tra l’astragalo e il calcagno in prove assiali e trasversali.

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L’esperimento consisteva dunque di due tipi di prove meccaniche: una prova a trazione-compressione assiale e una prova a trazione trasversale multi-direzionale, la prima atta a verificare l’ipotesi di Cahill sul ruolo del ITCL, la seconda in grado di determinare la direzione primaria di instabilità dell’articolazione a seguito del sezionamento del legamento.

Durante la prova assiale il campione è stato sottoposto ciclicamente a carico sia da compressione a trazione (distrazione) sia da trazione a compressione, lungo un’asse diretto perpendicolarmente alla pianta del piede. Nella prova trasversale invece, il calcagno è stato fissato alla base di un piatto in modo tale che il campione potesse essere ruotato nel piano trasversale con incrementi di 30°, mentre l’astragalo è stato fissato tramite un cuscinetto a sfera all’attuatore che applicava la forza solamente lungo assi paralleli alla pianta del piede.

La relazione risultante di carico-spostamento è caratterizzata da una curva sigmoide. Si può osservare una regione relativamente piatta per una forza pari a 0, dove la rigidezza è anch’essa pari a 0, definita zona neutra. Questa è caratterizzata da un ampio spostamento prodotto da una forza debole. Per quantificare la zona neutra, lo spostamento che si verifica per un carico tra +/-10N è stato definito come ‘zona neutra di lassità’.

Figura 4.7: Curva tipica di carico-spostamento per prove trasversali di 300°-120°. Lo spostamento per carichi di +/-10N è la zona neutra di lassità misurata per forze negative-positive (Misura 1) e positive-negative (Misura 2)

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In tutti i test, oltre la zona neutra si può osservare una relazione non-lineare, plottata nel grafico con una relazione logaritmica, di carico-spostamento. Qui l’apparente rigidezza dell’articolazione aumenta in modo monotono con la grandezza della forza applicata (F). Quando l’analisi di regressione conferma una relazione lineare tra spostamento (|U|) e ln|F|, la pendenza della retta si definisce flessibilità (C).

Figura 4.8: Dati di carico-spostamento della regione non-lineare plottati semi-logaritmicamente. Si noti il valore di flessibilità C. Ogni prova è stata preceduta da quattro cicli di precondizionamento seguiti da tre cicli nei quali si

sono raccolti i dati a intervalli di 200 Hz.

Dunque, i cambiamenti delle caratteristiche di carico-spostamento dovuti al sezionamento dei legamenti sono stati analizzati in base a due parametri. Il primo è la “zona nautra di lassità” che è una misura del gioco dell’articolazione. Quando un’articolazione è soggetta ad uno spostamento lineare ciclico, nessuna struttura trattiene il movimento entro la zona neutra. Aumentando lo spostamento, si raggiunge la fine della zona neutrale non appena la prima struttura comincia a porre resistenza. Nelle prove trasversali, la misura della zona neutra di lassità permette di identificare gli assi primari lungo i quali l’ITCL agisce per costringere il movimento nel piano trasversale.

Il secondo parametro misurato è stato quello della “flessibilità”, che riferisce alla resistenza opposta dall’articolazione a forze applicate fuori dai limiti della zona neutra. Un incremento di flessibilità a seguito del sezionamento di un legamento indica che quel legamento era un freno al moto nella direzione della prova. Le prove assiali hanno dimostrato che con il sezionamento dell’ITCL aumenta sia la zona di lassismo sia la flessibilità con una distorsione assiale. Tutto ciò suggerisce che l’ITCL svolge un ruolo

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importante nel mantenere l’apposizione nell’articolazione, perlomeno finché l’articolazione si trova in posizione neutra.

Nella serie di prove a trazione trasversale, le uniche responsabili dei risultati avuti sono le caratteristiche proprie dell’articolazione. Il complesso sotto-astragalico è formato dalla superficie articolare astragalo-calcaneale posteriore e quella astragalo-calcaneo-scafoidea. Il movimento della sotto-astragalica è profondamente influenzato dalla forma e dall’orientamento di queste superfici articolari. L’ ITCL giace nel canale del tarso tra le due articolazioni, e connette l’astragalo al calcagno per mezzo di fibre corte e disposte obliquamente dall’alto e medialmente parallelamente alla linea centrale del canale del tarso. Il sezionamento dell’ ITCL aumenta la flessibilità della sotto-astragalica in modo predominante nella direzione volta a 270°, direzione abbastanza distinta da quella anatomica delle fibre del legamento. La spiegazione di ciò probabilmente risiede nel fatto che quando la forza mediale di trazione è applicata al calcagno, lo spostamento avviene non solo in direzione mediale ma anche verso il basso, a causa della inclinazione della faccetta del calcagno. Perciò, forze a trazione mediale anche di qualche grado portano ad una dislocazione del legamento. Inoltre un appiattimento delle fibre su un piano parallelo all’asse diretta a 60°-240° può influire sul legamento. A causa di questo fenomeno, il legamento si è dimostrato resistente a deformazioni applicate a 240°. Il grande incremento nella zona neutra di lassità dovuto al sezionamento dell’ ITCL è stato riscontrato lungo un asse diretto a 300°-120°, dunque leggermente differente da quello di aumento di flessibilità (270°), probabilmente a causa della configurazione articolare dell’articolazione astragalo-calcaneale posteriore. Lo spigolo della superficie calcaneare posteriore scorre quasi parallelo all’asse 330°-150°, che è la direzione dominante di lassità della zona neutra sia prima sia dopo il sezionamento dell’ ITCL. Come risultato, poiché l’articolazione sotto-astragalica si sposta più facilmente lungo quest’asse, la direzione predominante di aumento di lassità non concorda con quella di aumento di flessibilità, ma è vicino all’asse dello spigolo.

I risultati ottenuti suppo rtano l’ipotesi di Cahill secondo cui l’ ITCL stabilizza la sotto-astragalica mantenendo in opposizione l’astragalo e il calcagno. Studi precedenti hanno mostrato come il sezionamento dell’ ITCL porta ad un incremento dell’intervallo di rotazione dell’articolazione specialmente in inversione (Kjӕrsgaad -Anderson et al., 1988;

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Kundson et al., 1997) all’instabilità del complesso caviglia-sottoastragalica (Toghigi et al., 2000), e ad una disconnessione meccanica della sotto-astragalica che porta ad un movimento libero tra la tibia e il calcagno (Hintermann et al., 1995). Poiché come visto, non vi sono muscoli che connettano direttamente l’astragalo ed il calcagno, le sole strutture che stabilizzano l’articolazione sono di natura legamentosa.