CAPITOLO III
La biomeccanica del ginocchio:
il modello attivo
Il modello attivo di seguito descritto prende in considerazione, rispetto a quello tradizionale, anche altri parametri, quali la forza peso e la forza muscolare.
Nel 1978 Henderson e Miller misero in evidenza l’importanza dell’inclinazione del plateau tibiale nella biomeccanica del ginocchio, descrivendo il test di compressione tibiale.
Mediante il test di compressione tibiale, si osserva come la flessione del garretto determini lo scivolamento in senso craniale della tibia rispetto al femore.
Lo stesso effetto si determina anche nella stazione quadrupedale; durante la fase di appoggio, si genera una forza tra piede e terreno che determina una compressione tibiale.
A differenza della compressione, la spinta tibiale craniale è una forza attiva, poiché è originata anche dalla compressione dei muscoli a livello del plateau
Gli unici elementi che contrastano la spinta tibiale craniale sono il LCA, passivamente, e i muscoli posteriori della coscia, che agiscono attivamente.
La spinta tibiale craniale è favorita sia dai muscoli estensori del ginocchio che, attraverso il tendine tibio-rotuleo, esercitano una trazione in direzione craniale della tibia, sia dall’inclinazione del plateau tibiale46.
La forza peso agisce sul piano inclinato del piatto tibiale e qui si scompone in due forze: la componente di compressione, diretta a terra e passante per il garretto e la componente di scivolamento, diretta cranialmente; la spinta tibiale craniale è tanto maggiore quanto più il piatto tibiale è inclinato44 (Fig. 1).
In condizioni fisiologiche, il LCA , assieme al corno caudale del menisco mediale, provvede a neutralizzare in maniera passiva la spinta tibiale craniale, mentre i muscoli posteriori della coscia, in particolare il bicipite femorale e il gruppo del pes anserinus, si oppongono alla spinta tibiale craniale in maniera attiva39.
Il ginocchio fermo, sottoposto alla forza peso, è quindi un modello statico, alla cui stabilità concorrono sia delle forze attive, muscolari, sia delle restrizioni passive, i legamenti, la conformazione dell’osso e la capsula articolare.
Figura 1: Scomposizione della forza peso trasmessa dal femore sulla tibia. (Slocum 1991)
Durante il movimento, i muscoli deputati alla flessione ed all’estensione del ginocchio cooperano con il legamento crociato anteriore per la stabilità dell’articolazione, per bilanciare il peso (momento della forza) a livello del centro di rotazione.
Durante la fase di appoggio dell’andatura, affinché il ginocchio mantenga costante l’angolo di flessione, la risultante tra i momenti della forza di estensione e flessione deve essere uguale a 044 (Fig. 2).
La rottura del legamento crociato anteriore si può osservare in assenza di un episodio traumatico in soggetti particolarmente pesanti rispetto alla loro struttura scheletrica o con scarse masse muscolari48.
La rottura del legamento crociato in questo caso può essere spiegata dal fatto che nel momento in cui le masse muscolari sono insufficienti a contrastare la spinta tibiale craniale, rimane unicamente il LCA ad impedire lo scivolamento in senso craniale della tibia.
Tutte queste considerazioni sono alla base dei nuovi interventi messi a punto per la risoluzione della rottura del legamento crociato anteriore.
Primo fra tutti è la TPLO®, che si basa sul cambiamento dell’inclinazione del plateau tibiale per neutralizzare la spinta tibiale craniale.
Figura 2: Risultante dei momenti delle forze generate dal muscolo quadricipite (A) ed estensore lungo delle dita (E), in equilibrio con il movimento generato dal muscolo bicipite femorale (B), dal gruppo del pes anserinus con la porzione craniale del semimembranoso (C), dal gastrocnemio con il flessore superficiale delle dita (D).
Questa tecnica prevede un’osteotomia eseguita con una lama biradiale a livello della porzione prossimale della tibia, lasciando intatta la cresta tibiale per non indebolire l’osso; mediante un’apposita tabella, si calcola la rotazione del segmento, espressa in centimetri di traslazione posteriore della corticale caudale della tibia, per ottenere una correzione dell’’inclinazione di 5-7° del plateau tibiale rispetto all’asse della tibia e quindi neutralizzare la forza di spinta tibiale craniale.
Slocum, grazie ai suoi studi sulla biomeccanica del ginocchio dimostrò che il plateau tibiale nel cane ha un’inclinazione compresa tra i 18 e i 60°, con una media di 24°, e, tanto più questa è elevata, tanto maggiore è la spinta tibiale craniale39; queste osservazioni sono alla base dell’intervento dell’osteotomia livellante del piatto tibiale messo a punto dallo stesso Slocum e descritto precedentemente.
Per capire meglio il principio base di questa chirurgia, lo stesso Slocum prende come esempio un carrello parcheggiato su un piano inclinato (Fig. 3); il suo peso, chiamato C (compressione assiale) tende a trascinarlo verso il basso a causa della gravità, creando una forza (D) a causa dell’inclinazione; se si tende una corda (F, a rappresentare il legamento crociato anteriore), fra l’estremità del carrello ed un punto fisso, ed un cuneo (E, a rappresentare il menisco) dietro la ruota, si evita lo scivolamento del carrello (traslazione craniale della tibia).
Se la corda si rompesse, il carrello schiaccerebbe il cuneo.
La forza D può essere eliminata ponendo il carrello su una superficie piana, rendendo quindi inutile la corda F (LCA) e il cuneo E (menisco) per mantenere la stabilità.
Pur non eliminando il peso del carrello, vengono eliminati gli effetti deleteri della compressione articolare (Fig. 4).
Tutte queste considerazioni sono state il punto di partenza per la Scuola Veterinaria di Zurigo, che nel 2002 ha proposto un nuovo intervento, l’avanzamento della tuberosità tibiale (TTA).
Come presupposto alla TTA si deve ricordare che la forza complessiva agente sul ginocchio, risultante dall’interazione dell’azione operata dai diversi gruppi muscolari e dalla forza peso, può essere considerata solo approssimativamente parallela al legamento tibio- rotuleo46 (Fig. 5).
Figura 3: Carrello sul piano inclinato. (Slocum B, Devine T, 1996)
Figura 4: Carrello su una superficie piana. (Slocum B, Devine T, 1996)
Le forze che agiscono nell’allineamento femoro-tibiale subiscono delle modificazioni durante il movimento dell’articolazione: nella fase di sostegno del peso con arto fermo, o fase neutra, le forze saranno diverse rispetto a quella di sostegno del peso durante il movimento e la propulsione, o fase attiva39.
Con il ginocchio in flessione, l’angolo compreso tra il tendine tibio-rotuleo e il plateau tibiale è di 90°; in questo modo la forza tangente è neutralizzata e il LCA non è sottoposto a trazione39.
Questa situazione nel cane, si può ottiene solamente quando l’arto è flesso a 90°, definito punto limite di flessione; quando l’arto è completamente esteso l’angolo arriva a 105°; mentre in completa flessione, quest’angolo si riduce a 70°39.
Da queste considerazioni consegue che in estensione, sempre rispettando il punto limite, il carico si trova sul LCA, mentre in flessione è trasferito sul legamento crociato posteriore (LCP)44.
Durante la fase attiva, se il legamento crociato anteriore non è più competente per una sua totale o parziale rottura, la forza tangente non è più contrastata, portando ad una sublussazione anteriore della tibia rispetto al femore durante il movimento.
Figura 5: Flp rappresenta la forza esercitata sul legamento patellare; Fa la forza risultante agente sul ginocchio; Fb la componente di Fa perpendicolare al plateau tibiale; SF la forza di spinta tibiale craniale.
Per eliminare la forza di scivolamento anteriore, si dovrebbe raggiungere un grado di flessione troppo lontano dal livello raggiunto fisiologicamente.
Per questo motivo si può pensare di spostare l’inserzione del legamento patellare, in modo che assuma una posizione perpendicolare rispetto al plateau tibiale30 32 44.
Così facendo la risultante delle forze agenti sul ginocchio diventerebbe parallela alla perpendicolare al piano; la risultante di due forze parallele è nulla, con conseguente neutralizzazione della spinta tibiale (shear force) e successivo annullamento della funzione del legamento crociato incompetente39 (Fig. 6).
Figura 6: Flp è perpendicolare al plateau tibiale; con Fa perpendicolare a Fb, SF è nulla.
