La articulación de la rodilla, es una de las principales articulaciones motoras del miembro inferior, pero también es la articulación más vulnerable y susceptible. Las lesiones de rodilla afectan considerablemente la capacidad de vida normal y la salud mental de los pacientes. En el siguiente articulo, vamos a comprender la biomecánica de una articulación de rodilla normal, sin dudas una necesidad urgente para diseñar dispositivos de asistencia para la rodilla y optimizar un programa de ejercicios según su contexto.
Introducción
En primer lugar, es importante discutir y analizar el movimiento real de la articulación de rodilla normal y su biomecánica partiendo de cuatro tipos de movimientos diarios que se realizan en los planos sagital y coronal, estos incluyen caminar, correr, subir escaleras y hacer sentadillas.
En segundo lugar, es importante realizar una descripción general del conocimiento actual sobre los efectos biomecánicos del movimiento de los trastornos musculoesqueléticos y neurológicos más comunes de la rodilla.
Movimientos diarios de la rodilla
La biomecánica de la rodilla se lleva a cabo normalmente en el plano sagital y eje vertical realizando los movimientos diarios: caminar, correr, subir escaleras y sentarse/pararse, son movimientos muy frecuentes en la vida diaria del ser humano, actividades de la vida diaria (AVD). Todos estos movimientos en común tienen funciones principales de la articulación de la rodilla incluyendo soportar el peso corporal (PC), absorber el impacto de los golpes del talón y ayudar al balanceo de las extremidades inferiores (2).
Según investigaciones anteriores, la flexión pasiva de la rodilla podría alcanzar los 160 grados en el plano sagital. La carga máxima a través de la articulación de la rodilla es de 2-3 veces el (PC) al caminar, 2-5 veces el (PC) al pararse y sentarse (sin carga extra), 4-6 veces el (PC) al subir escaleras y por último 7-12 veces el (PC)al correr. (3).
La marcha al caminar se puede dividir en dos fases principales: postura (alrededor del 0-65 % de la marcha) y fases de balanceo (alrededor del 65-100 % de la marcha). La articulación de la rodilla en la fase de apoyo se considera un mecanismo de amortiguación para aceptar el (PC). Al trotar Con el aumento de la velocidad, aumentaría el rango de movimiento, el momento máximo de extensión y la potencia máxima de absorción del impacto.
Con respecto al ciclo de subida de escaleras (incluido el ascenso y descenso de escaleras) se puede dividir en dos fases principales: fase de apoyo (alrededor del 0-62 % del ciclo) y fase de balanceo (alrededor del 62-100 % del ciclo). La biomecánica de la rodilla se ve afectada principalmente por la tasa de longitud de la pierna y la altura de la escalera.
Por último, en el movimiento de la sentada y parada de la silla. El ángulo, el momento y la potencia máximos se producen casi al mismo tiempo que los glúteos abandonan la silla. Obviamente la biomecánica de la articulación de la rodilla se ve afectada principalmente por la tasa de longitud de la pierna y la altura de la silla (4).
Análisis de los movimientos básicos de la rodilla
Debido a la complicada interacción de los mecanismos biológicos subyacentes, la articulación de la rodilla muestra un comportamiento similar a un resorte en los movimientos básicos, principalmente en lo que muestra las típicas curvas momento-ángulo de la rodilla en el plano sagital.
De hecho, se puede observar una relación lineal durante la fase de sentarse y ponerse de pie, y la aceptación del peso y la fase de balanceo al caminar, correr y subir escaleras. Aunque si es cierto según autores que podemos encontrar algunas diferencias si tenemos en cuenta todo el movimiento.
Para correr, Elliott y colaboradores (2013 ) encontraron que la rigidez de la rodilla era de alrededor de 0,38 Nm/grado en la fase de balanceo y de 6,6 Nm/grado, es decir newton por metro sobre el ángulo de la rodilla, en la fase de pie o contacto. Para subir escaleras, trotar y sentarse los valores fueron un bastante más bajos, principalmente en la fase de mayor rigidez de la rodilla o al absorber el impacto contra el suelo, lo que demuestra la importancia de una correcta prescripción de la carga de carrera en simples mortales.
Biomecanica de la rodilla en el plano frontal o coronal
Debido a la forma no uniforme de la superficie articular de la rodilla y la complicada estructura física del fémur y la tibia, el movimiento de la rodilla no puede modelarse tan simple como una bisagra perfecta en el plano sagital. La articulación de la rodilla real se mueve con un movimiento policéntrico, por lo que el centro de rotación cambia durante la rotación de la misma. Logrando así, que el fémur y la tibia se pueden aproximar como una estructura bielíptica, por lo que la tibia rueda sobre el fémur, lo que resulta en una traslación anterior-posterior durante el movimiento de flexión-extensión normal de la rodilla, el clásico y conocido mecanismo de “tornillo”.
En otras palabras, en un contexto de sentadilla, por ejemplo, al flexionar la rodilla el fémur se desplaza posteriormente con respecto a la tibia deslizando por la meseta de la misma, mientras que al extenderla en posición de sentadilla el fémur se desplaza anteriormente sobre la meseta de la tibia.
Implicancias de la rodilla en la sentadilla
A la hora de hablar de la biomecánica de la sentadilla, debemos entender que la rodilla no es la única variable a tratar en un movimiento tan complejo y multiarticular como la sentadilla, es por eso, que características físicas como la relación entre la longitud del fémur y la tibia, la flexibilidad de las articulaciones de la cadera y el tobillo y la fuerza muscular relativa terminan siendo también muy influyentes. (6)
Según autores, los sujetos con una mayor fuerza muscular relativa parecen depender más del flexor de la cadera para levantar más peso y tienen una mayor flexión de la rodilla al ponerse en cuclillas. Además estos sujetos, tienden a promover un mayor uso de los músculos de la cadera desde la sentadilla más profunda para extender las rodillas con potencia durante la fase ascendente.
Conclusiones sobre la biomecánica de la rodilla
Es hora de entender las bases biomecanicas a la hora de seleccionar los mejores ejercicios y adecuar las técnicas de cada movimiento a nuestros contextos especificos. La rodilla enfatiza su actividad de estabilidad y sus grados de acción en el plano sagital favorecidos por un alto grado de flexibilidad y movilidad del tobillo y la cadera. A la hora de prescribir un ejercicio, por ejemplo correr, es importante preestablecer un control de cargas adecuado y una técnica correcta para evitar la excesiva carga de la articulación, ya que, como vimos, el grado de absorción del impacto se ve aumentado ante este tipo de movimientos, siendo la sentadilla un ejercicio de fuerza clave para fortalecer estas estructuras y reducir el riesgo de lesiones.
Referencias Bibliográficas
- Zhang L, Liu G, Han B, Wang Z, Yan Y, Ma J, Wei P. Knee Joint Biomechanics in Physiological Conditions and How Pathologies Can Affect It: A Systematic Review. Appl Bionics Biomech. 2020 Apr 3;2020:7451683. (Enlace)
- Shamaei K, Cenciarini M, Adams AA, Gregorczyk KN, Schiffman JM, Dollar AM. Design and evaluation of a quasi-passive knee exoskeleton for investigation of motor adaptation in lower extremity joints. IEEE Trans Biomed Eng. 2014 Jun;61(6):1809-21.(Enlace)
- Herman, I. P. (2016). Phisics of the human body. Second Edition. Springer.1618 – 7210. (Enlace)
- Hurley S. T., Rutherford D. J., Hubley-Kozey C. The effect of age and seat height on sit-to-stand transfer biomechanics and muscle activation. Physical & Occupational Therapy In Geriatrics. 2016;34(4):169–185. doi: 10.1080/02703181.2016.1267293 (Enlace)
- Elliott G., Sawicki G. S., Andrew M., Herr H. The biomechanics and energetics of human running using an elastic knee exoskeleton. 2013 IEEE 13th International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR); 2013; Seattle, WA, USA. pp. 1–6. (Enlace)
- Kim, S., Miller, M., Tallarico, A., Helder, S., Liu, Y., & Lee, S. (2021). Relationships between physical characteristics and biomechanics of lower extremity during the squat. Journal of exercise science and fitness, 19(4), 269–277.(Enlace)