Investigacion_Biomecanica_Rodilla

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Universidad Autónoma de Nuevo León 
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 
 
 
 
 
Fisiología y Anatomía para Ing. 
 
 
Investigación 
 
BIOMECÁNICA DE RODILLA 
 
 
 
Alumno: Hazael Fernando Mojica García 
 
Matrícula: 1500724 
 
Grupo: 1 
 
Profesor: Dr. Antonio Sánchez Uresti 
 
Días: Jueves 
 
Hora: N1 
 
Salón: FMED 
 
 Fecha de Entrega: … 
 
 
 
 
 
Investigación: Biomecánica de la rodilla
Hazael F. Mojica G.
Lunes 28 de Octubre del 2013
Esta investigación abarca varios temas resumidos acerca de la rodilla, una de las
articulaciones más importantes del cuerpo.
Los temas van desde la ubicación y anatomı́a de la rodilla hasta su manera de moverse y su
análisis biomecánico, concluyendo con algunas enfermedades, pruebas tı́picas y tratamientos
comunes en la rodilla.
Un agradecimiento especial a los autores del libro The Knee: A comprehensive Review, Giles
R. Scuderi y Alfred J Tria Jr5 ya que este libro me ayudó mucho a comprender la
biomecánica de la rodilla en general.
2
ÍNDICE ÍNDICE
Índice
1. INTRODUCCIÓN 4
2. DESARROLLO 7
2.1. Anatomı́a de la rodilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.1. Rótula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.2. Ligamentos y tendones de la rodilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.3. Meniscos laterales y medios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.4. Bursas de la rodilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.5. Cartı́lago articular y fluido sinovial . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.6. Sumario de la anatomı́a de la rodilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2. Movimiento de la rodilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3. Biomecánica de la rodilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.1. Cinemática de la articulación Tibiofemoral . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.2. Conocimientos Históricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.3. Estudios de Imagen por Resonancia Magnética . . . . . . . . . . . . 17
2.3.4. Estudios RSA (Análisis Radiográfico Estereofotométrico) . . . . . . 18
2.3.5. Estudios Fluoroscópicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.6. Tecnologı́a de punta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.7. Cinética de la articulación Rótulofemoral . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.8. Alineamiento de la rodilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4. Imagen de la rodilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4.1. Radiografı́a Convencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4.2. Tomografı́a Computarizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.3. Resonancia Magnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3. TEMAS DIVERSOS 27
3.1. Enfermedades comunes en las rodillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2. Pruebas tı́picas en las rodillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.3. Tratamientos tı́picos en las rodillas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4. CONCLUSIONES 29
5. Referencias 30
3
1 INTRODUCCIÓN
1. INTRODUCCIÓN
La rodilla es uno de las articulaciones más grandes y complejas del cuerpo humano? .
La rodilla une el hueso del muslo (fémur) con el hueso de la espinilla (tibia). El hueso más
pequeño que corre a lo largo de la tibia (fı́bula) y la rótula son los otros huesos que forman la
unión de la rodilla. La rodilla también es la articulación más fácilmente dañada3 . Esta permite
una gran variedad de movimientos, como flexión, extensión, rotación media y rotación lateral.
Como sabemos, las rodillas se ubican en la parte inferior del cuerpo y son las responsables
de muchas de las funciones motrices que posee el cuerpo humano. Desde poder agacharnos y
permanecer de pie erguidos hasta poder desplazarnos y caminar. Su ubicación queda mostrada
en la siguiente imagen (Fig.1):
Figura 1 Ubicación de las rodillas en el cuerpo humano
4
1 INTRODUCCIÓN
Figura 2 Rodilla: Ligamentos y huesos
Los tendones conectan los huesos de la rodilla con los músculos de la pierna que mueven
la articulación de la rodilla. En la imagen anterior (2) se aprecian de mejor manera. Los
ligamentos unen los huesos de la rodilla y proveen estabilidad a la rodilla:
El ligamento cruzado anterior (Anterior cruciate ligament) previene que el fémur se
deslice hacia atrás sobre la tibia (o la tibia deslizarse hacia adelante en el fémur).
El ligamento cruzado posterior (Posterior cruciate ligament) previene que el fémur se
deslice hacia adelante en la tibia.
Los ligamentos colaterales medios y laterales (Medial colateral ligament y Lateral co-
lateral ligament) previenen que el fémur se deslice hacia los lados.
Dos piezas de cartı́lago en forma de C llamadas meniscos medios y laterales actúan como
amortiguadores entre el fémur y la tibia.
Varias bolsas, o sacos de fluidos ayudan a la rodilla a moverse suavemente.
La biomecánica es tradicionalmente descrita como el estudio de la cinética (fuerzas y
momentos) y la cinemática (el movimiento relativo de cuerpos rı́gidos)5. Esto está coloca-
do en la interface entre las ciencias biológicas y las ciencias naturales y por tanto para su
estudio se requiere que los cientı́ficos tengan conocimientos diversos, diversas experiencias
profesionales y diferentes capacidades.
Estudiar un sistema motriz tan complejo como es la rodilla posee muchas limitantes.
Estamos limitados a procedimiento no invasivos para poder estudiar la rodilla en personas
vivas “in-vivo”. En “in-vitro” las limitaciones son diferentes (entiéndase por in-vitro al estudio
5
1 INTRODUCCIÓN
invasivo por lo general en tejidos no vivos) y normalmente son reducidas al movimiento de
una sola rodilla y considerando otros factores como la postura del cuerpo, velocidad e inercia
y demás.
Efectos biológicos como la influencia de las hormonas son muy difı́ciles de cuantificar.
Obtener información relevante estudiando modelos de animales es limitado ya que la mayorı́a
no son bı́pedos o plantı́grados.
Dejando un lado todas las limitaciones mencionadas anteriormente tecnologı́as como CT
(Tomografı́a computarizada), MRI (Imagen de Resonancia Magnética) y otros como el análi-
sis de video a alta velocidad permiten formar un conjunto de herramientas para expandir los
horizontes en las investigaciones de la rodilla.
6
2 DESARROLLO
2. DESARROLLO
2.1. Anatomı́a de la rodilla
La rodilla humana ha evolucionado de los eryops (Es un género extinto de temnospóndilo
que vivió a finales del perı́odo Carbonı́fero y a comienzos del perı́odo Pérmico, en lo que hoy
son los estados de Oklahoma, Nuevo México y Texas). Dicho eryops es el ancestro común de
los reptiles, pájaros y mamı́feros hace 320 millones de años. Las rodillas de los Eryops eran
bicondilares (articulación hecha de dos huesos que poseen dos tipos de movimientos, una es
siemprebalanceo mientras que la otra puede ser balanceo o giro) con una articulación fémur-
fibular, ligamentos cruzados y ligamentos asimétricos colaterales. La rótula es un desarrollo
evolutivo posterior ocurrido hace unos 70 millones de años.5
2.1.1. Rótula
La rótula es un hueso con forma circular – triangular de aproximadamente dos pulgadas
de extensión que está embebida entre los tendones de los cuádriceps por arriba y el tendón
rotular por debajo.
Figura 3 Rodilla. Rótula y sus proximidades
Los huesos embebidos en los tendones
son llamados huesos sesamoides y estos pro-
tegen los tendones y mejoran la funciona-
lidad de las articulaciones manteniendo los
tendones fuera del centro de la articulación.
La rótula es el hueso sesamoide más gran-
de del cuerpo y descansa sobre una ranura
en el fondo del fémur y en la parte superior
de la tibia. La rótula protege los huesos y te-
jidos blandosen la articulación de la rodilla
y resbala cuando la rodilla se mueve permi-
tiendo un apalancamiento en los músculos
de la pierna.
2.1.2. Ligamentos y tendones de la rodi-
lla
El ligamento reticular (también llamado
tendón reticular) está localizado debajo de la
retı́cula. Es de aproximadamente cuatro pul-
gadas de longitud, está insertada en la parte
superior de la tibia y se extiende sobre la par-
te superior de la rótula donde se conecta al
tendón del cuádriceps. EL tendón de la rótu-
la es muy comúnmente dañado o infligido
7
2.1 Anatomı́a de la rodilla 2 DESARROLLO
por tendinitis llamado rodilla de saltador.
Los músculos superiores de las piernas proveen a las rodillas de movilidad (extensión,
flexión y rotación) y fuerza. Los músculos cuádriceps localizados en la parte frontal del
muslo te permiten estirar las piernas, mientras que los músculos isquiotibiales localizados en
la parte trasera del muslo te permiten doblar las piernas. El tendón de los cuádriceps corre
desde músculo del cuádriceps, bajando por ambos lados de la rótula y uniéndose en ambos
lados de la tibia. Este tendón es susceptible a tendinitis de cuádriceps.
Figura 4 Anatomı́a de la rodilla, vista frontal
Los ligamentos son tejidos fuertes y elásticos que conectan hueso con hueso y proveen
estabilidad y protección a la rodilla limitando el movimiento hacia adelante y hacia atrás
del hueso de la espinilla. Existen cuatro ligamentos en la articulación de la rodilla que conec-
tan el fémur con la tibia, el ligamento cruzado anterior (ACL), el ligamento cruzado posterior
(PCL), el ligamento medio colateral (MCL), y el ligamento lateral colateral (LCL).
El ACL está en el centro de la rodilla, este limita la rotación y el movimiento hacia
delante de la pierna.
El PCL está igualmente en el centro de la rodilla, este limita el movimiento hacia atrás
de la pierna.
El MCL corre a lo largo de la articulación de la rodilla, este provee estabilidad a la
parte media de la rodilla.
8
2 DESARROLLO 2.1 Anatomı́a de la rodilla
El LCL corre por la parte exterior de la articulación de la rodilla, este provee estabilidad
a la parte lateral de la rodilla.
El ligamento cruzado anterior es el más frecuentemente dañado. Un giro, torcedura o
sobre-extensión de la rodilla puede generar un tirón o desgarro del ACL.
2.1.3. Meniscos laterales y medios
Los meniscos son cuñas en forma de media luna localizadas en la articulación de la rodilla
en el fondo del hueso del muslo y encima de la superficie uniforme del hueso de la espinilla.
Están hechos de un tejido conectivo denso de colágeno que es más resistente que el cartı́lago
articular y es llamado fibrocartı́lago. Los meniscos cubren aproximadamente 2/3 de la su-
perficie de la tibia y son más delgados en el interior y se van volviendo más gruesos hacia el
exterior. Estos rellenan el espacio entre estos huesos (tibia y fémur) y amortiguan al fémur de
tal manera que no friccione contra la tibia o de deslice fuera.
Figura 5 Meniscos, vista superior (viendo a lo
largo del hueso)
Cuando uno camina, el peso se intercam-
bia entre un menisco y el otro lo cual pue-
de incrementar las fuerzas entre 2 y 4 veces
las del peso del cuerpo, cuando uno corre las
fuerzas se incrementan entre 6 y 8 veces el
peso del cuerpo y son inclusive mucho más
elevadas cuando uno salta.
Los meniscos ayudan a distribuir el
peso del cuerpo en toda la articulación de la
rodilla, lubricando y protegiendo el cartı́la-
go articular de daños de desgaste, estabiliza
la rodilla cuando uno gira y limita la extre-
ma flexión y extensión. Debido al peso que
manejan y su función de estabilización los
meniscos son muy fuertes, pero estos también son muy propensos a la llamada lágrima de
meniscos.
Hay dos meniscos como observamos en la imagen anterior (Fig.5), el menisco lateral
localizado en la parte externa de la rodilla y el menisco medial o medio localizado en la
parte interna.
El menisco lateral es más que una figura en O, y aunque es más corto en longitud este
cubre una gran porción superficial de la tibia. Es muy movible y está únicamente sujetado
a la tibia en la parte externa y trasera de la articulación. Este se desliza hacia adelanta y
atrás, moviéndose libremente en la articulación, absorbiendo hasta un 80% de la carga
aplicada en el exterior de la rodilla. El menisco lateral es menos probable que sea lastimado
o desgarrado por fuerza, porque puede moverse y cambiar de forma.
El menisco medial mide alrededor de 3.5cm en longitud y más que tener forma de C,
se parece a un gajo de naranja. Está estrechamente ligado a la tibia. Este menisco ayuda al
ACL y al MCL a estabilizar la rodilla, absorbiendo 50% de la carga aplicada encima de la
9
2.1 Anatomı́a de la rodilla 2 DESARROLLO
rodilla. El menisco medial es bastante inflexible y no se mueve libremente en la articulación,
por lo tanto, se rompe con más frecuencia que el menisco lateral.
2.1.4. Bursas de la rodilla
Entre los huesos, tendones y ligamentos descansan las bursas, o sacos bursas los cuales
funcionan como amortiguadores o almohadillas para reducir la fricción y permiten al tejido
blando deslizar fácilmente y de manera confortable dentro de la rodilla. Las bursas están
forradas con clélulas sinoviales que secretan un fluido rico en proteı́nas y colágeno que actúan
como lubricante entre las áreas de la rodilla donde la fricción es mayor.
Figura 6 Bursas de las rodillas
Existen 4 bursas mayors en la rodilla
incluyendo la bursa pre reticular, la bursa
supra-reticular, la bursa infra reticular, y la
bursa de pata de ganso. Con demasiada fric-
ción o presión en las bursas estas pueden irri-
tarse o inflamarse. Esta es una condición lla-
mada bursitis. La bursitis pre rotular y la
bursitis de pata de ganso son los tipos más
comunes de bursitis en las rodillas.
2.1.5. Cartı́lago articular y fluido sino-
vial
El cartı́lago articular también llamado
cartı́lago hilaino es un tipo de mancha, dura,
y con apariencia de hueso y hecha de tejido conectivo flexible que cubre las superficies ter-
minales de la tibia y el fémur en la articulación reduciendo la fricción y permitiendo que los
huesos se muevan con facilidad uno contra otro. Generalmente es de 1/8 y 1/4 de pulgada de
espesor.
El fluido sinovial es un fluido grueso, fibroso y parecido a la yema que es secretado por
los tejidos sinoviales dentro de la capsula de la rodilla. Este alimenta el cartı́lago y lubrica la
articulación de la rodilla.
El desgaste de la articulación de la rodilla puede ocasionar que el cartı́lago protector
comience a romperse. Cuando esto ocurre es llamado osteoartritis y si no se trata este puede
generar la pérdida permanente del cartı́lago y dolor crónico en la rodilla.
2.1.6. Sumario de la anatomı́a de la rodilla
Como se ha visto a lo largo de esta última sección la rodilla está formada por varios
componentes básicos, entre los que destacan huesos, cartı́lagos, músculos, tendones, fluidos
y demás6:
10
Principales partes de la rodilla 
 
Ligamento cruzado anterior Cartilago Articular 
 
Fémur Meniscos 
 
 
Principales partes de la rodilla 
 
Ligamento cruzado posterior Rótula 
 
 
Tibia 
 
2 DESARROLLO 2.2 Movimiento de la rodilla
2.2. Movimiento de la rodilla
Los principales movimientos de la articulación de la rodilla son flexión y extensión. Exis-
ten también rotación y corrimiento. La siguiente secuencia de imágenes (Fig.??) muestra la
flexión de la rodilla desde que se encontraba extendida hasta realizar la flexión completa.
Al inicio de la flexión, el fémur rota lateralmente un poco lo cual relaja la tensión en los
ligamentos colaterales. Esto permite que la flexión ocurra. Durante la flexión, los meniscos
(especialmente el menisco lateral) son jalados a la parte trasera de la rodilla. Cuando la flexión
máxima se logra, el PCL es jalado fuertemente,previniendo un futuro corrimiento del fémur
en la tibia.
Cuando la rodilla se está extendiendo, los cóndilos del fémur ruedan en los cóndilos de
la tibia. Cerca del final de la extensión, el cóndilo medial del fémur se desliza hacia atrás
un poco, apretando los ligamentos colaterales. Este movimiento asegura/traba la rodilla en su
lugar lo cual nos da estabilidad para pararnos erguidos.
2.3. Biomecánica de la rodilla
En esta sección trataré de describir de manera mecánica el movimientos de la rodilla
basándome en el libro The knee: A comprehnsive Review de los autores Giles R. Scuderi y
Alfred J Tria Jr5.
La articulación de la rodilla consiste en tres sub articulaciones o partes: Las articula-
ciones tribiofemoral, la rótulofemoral y la tibiofemoral. Debido a que la movilidad de la
última es realmente limitada no será tomada en cuenta para el análisis biomecánico.
2.3.1. Cinemática de la articulación Tibiofemoral
La descripción del movimiento relativo entre cuerpos rı́gidos es llamada cinemática Este
movimiento relativo es gobernado por la geometrı́a de superficie, ligamentos, acciones de los
músculos y la inercia del cuerpo.
13
2.3 Biomecánica de la rodilla 2 DESARROLLO
(a) 1
(b) 2
(c) 3
(d) 4
Figura 7 Movimientos de la rodilla: Flexión
14
2 DESARROLLO 2.3 Biomecánica de la rodilla
Figura 8 Áreas de contacto tribiofemoral de acuerdo al ángulo de flexión. Izquierda con meniscos,
derecha sin meniscos. [After Maquet, Biomecanics of the Knee (Springer-Verlag, Berlin 1984)]
El área de contacto cambia cuando incrementa la flexión (Fig.8). Los meniscos incremen-
tan el área articulada pero tienden a ser apachurrados por los cóndilos esféricos femorales. El
ligamento realiza múltiples tareas: permiten el movimiento y a la vez lo limitan. El rango de
movimiento de la rodilla tiene una variabilidad individual importante y cambia con la edad
(los niños tienen más elasticidad en la articulación que los adultos).
El modelo más ampliamente aceptado para la cinemática de la rodilla describe la tras-
lación posterior de los cóndilos del fémur relativa a la tibia cuando la flexión incrementa.
Sin embargo, difentes metodologı́as revelan diferentes patrones cinemáticos y la literatura
15
2.3 Biomecánica de la rodilla 2 DESARROLLO
existente no es uniforme en la descripción de una cinemática “común” o “normal”. Las dife-
rencias pueden ser atribuidas a un número de factores intrı́nsecos y extrı́nsecos. Los factores
intrı́nsecos están relacionados con las diferencias de cada individuo. Los factores extrı́nsecos
incluyen el montaje de experimentos prácticos con diferencias en la fuerza de los cuádriceps,
contracción de los tendones, además de la variación de los experimentos, el modelo matemáti-
co usado para describir la cinemática de la rodilla influye en los resultados.
2.3.2. Conocimientos Históricos
El estudio de como el fémur se mueve tiene una larga historia. La primera descripción
data del año 1836, cuando Weber y Weber describen el movimiento en el lado medial como
el de una cuña. Desde esta primera descripción basada directamente en las observaciones
visuales de un cadáver, varios métodos han sido usados para examinar la cinemática de la
rodilla humana.
En 1971, Frankel introdujo el concepto del centro instantáneo de rotación a la comu-
nidad ortopédica. El hizo énfasis de que como una unión (de un cuerpo rı́gido) rota alrededor
de otra, existe en algún momento dado un el tiempo un punto con cero velocidad. Este punto
es llamado centro instantáneo de rotación.(Fig.9)
Los trabajos iniciales hechos por Frankel fueron realizados por medio de Rayos-X toma-
dos desde la posición lateral de la rodilla en pacientes acostados de lado, estos eran tomados
en intervalos de 10◦hasta tomar la extensión/flexión completa de la rodilla a 90◦. En otras pa-
labras, la rodilla era tratada como si fuera un mecanismo planar. El movimiento fue reducido
a una proyección en dos dimensiones de una realidad de tres dimensiones.
16
2 DESARROLLO 2.3 Biomecánica de la rodilla
Figura 9 El centro de rotación instantaneo movible, tal como fue descrito por Frankel en el modelo
de dos dimensiones
2.3.3. Estudios de Imagen por Resonancia Magnética
Iwaki H. en el 20097 aplicó MRI (imagen por resonancia magnética) a seis cadáveres para
la descripción de la superficie geométrica y los movimientos pasivos relativos del fémur y la
tibia.
La principal observación cinemática encontrada fue el centro de la flexión femoral (cóndi-
lo medial) permaneciendo relativamente constante a lo la largo del eje X-Y en el plano sagital,
sugiriendo un corrimiento puro del cóndilo desde 0◦hasta 110◦de flexión.
Las limitaciones de este estudio incluyen el hecho de que el MRI no rinde un plano car-
tesiano coordinado homogéneo, todo se centra en estudios de dos dimensiones y las medidas
discretas que tienen perdidas de datos entre los 45◦y los 90◦de flexión.
17
2.3 Biomecánica de la rodilla 2 DESARROLLO
2.3.4. Estudios RSA (Análisis Radiográfico Estereofotométrico)
RSA (“radiographic stereophotogrammetric analysis”).
En un estudio realizado in-vivo con voluntarios haciendo flexiones de rodillas entre 50◦y
60◦o movimientos de completa flexión o extensión se encontraron con que el cóndilo femoral
posee una traslación hacia atrás en la flexión temprana (3mm desde 0◦a 50◦de flexión).
Estos estudios realizados por medio de RSA tienen sus debilidades, tales como la variabi-
lidad del movimiento realizado y el hecho de que se estudia únicamente un solo movimiento
desde la flexión moderada hasta la flexión completa.
2.3.5. Estudios Fluoroscópicos
La fluoroscopia permite seguir el movimiento de la rodilla en tiempo real in-vivo, con
tecnologı́a que permite dibujar en dos dimensiones y por tanto teniendo el modelo de los
huesos en tres dimensiones podemos pasar dichos dibujos 2D a 3D por medio de una técnica
de “formas coincidentes”.
Por medio de dicha técnica se ha encontrado que la mitad de la rotación tibiofemoral ocu-
rre entre la extensión completa y los 30◦de flexión. También que para una flexión profunda, la
traslación del cóndilo medial está en un rango de +3mm a -9mm contra los +1.4mm a -30mm
del cóndilo lateral. La rotación tibiofemoral media durante la flexión es de 13◦.
2.3.6. Tecnologı́a de punta
En la última década la mayorı́a de las publicaciones clı́nicas han descrito la cinemática
de la rodilla de forma pasiva. Diferentes cientı́ficos (Hill, Iwaki, Johal, Most, Li, Lu, Wilson,
Victor) han realizado diversas pruebas en cadáveres o en personas vivas, y han obtenido diver-
sos resultados en experimentos por ejemplo de Traslación de los cóndilos medios y laterales,
la rotación de la tibia, entre otros. Fig.11
18
2 DESARROLLO 2.3 Biomecánica de la rodilla
Figura 10 Un ejemplo de un cadáver en una plataforma para rodilla. La tibia y el fémur están fijos en
contenedores. Dos actuadores controlan el movimiento: deslizamiento vertical de la “cadera”
cambiará la flexión del ángulo, y jalando los cuádriceps afectará la carga del tobillo, medido con un
sensor de carga debajo de la tibia.
19
2.3 Biomecánica de la rodilla 2 DESARROLLO
Figura 11 Rotación de la rotulo ası́ como traslación de los cóndilos medial y lateral en función del
ángulo de flexión.
20
2 DESARROLLO 2.3 Biomecánica de la rodilla
Figura 12 Efecto del ángulo del tendón reticular en el vector de fuerza AP resultante en la tibia.
Debajo de 65◦de flexión, el ángulo del tendón reticular con el eje mecánico de la tibia es positivo y la
tibia es jalada hacia atrás. Más allá de 65◦de flexión, el ángulo es negativo y la tibia es jalada hacia
adelante.
2.3.7. Cinética de la articulación Rótulofemoral
Modelar cargas en la articulación rótulofemoral es una tarea compleja. Tres simplificacio-
nes son frecuentemente aplicadas:la articulación rótulofemoral es modelada en dos dimen-
siones en el plano sagital, el modelo es estático y la articulación es considerada una polea sin
fricción.
Las fuerzas en la articulación rótulofemoral son muy altas debido al corto brazo de mo-
mento el mecanismo extensor. En experimentos con cadáveres la fuerza de los cuádriceps
requerida para extender la rodilla es cerca de 10 veces la carga de la flexión de la rodilla a
120◦.
Las fuerzas de reacción reportadas en la articulación son del rango de 385N para cami-
nar, 2500N para subir y bajar escaleras y casi 6500N cuando aterrizamos después de un
salto. Teóricamente la presión puede ser calculada dividiendo la fuerza entre el área de con-
tacto entre el fémur y la rótula. Las presiones resultantes están en el rango de 1,5 y 2,5MPa.
Sin embargo, bajo carga, el cartı́lago visco-elástico es deformado y el área de transmisión de
presión incrementa.
El modelo en dos dimensiones en el plano sagital es útil para el entendimiento intuitivo y
consecuencias quirúrgicas. Una representación gráfica de los vectores de fuerza es dado en
la Fig.13
21
2.3 Biomecánica de la rodilla 2 DESARROLLO
Figura 13 Modelo de dos dimensiones en el plano sagital representando los vectores fuerza actuando
en la articulación rótulo-femoral
En dicha imagen (Fig.13), FH representa la fuerza de flexión resultante del peso del cuer-
po, las fuerzas isquiotibialesy gastrocnemio. Esta fuerza es resistida por los cuádriceps FQ y
el tendón reticular. La resultante de las fuerzas FQ y FP es RP, la fuerza de la articulación
femo-reticular. La distancia de FP al centro de rotación instantáneo C es dp. La distancia de
Fh a C es dh. Cuando el sistema se encuentra en equilibrio, los momentos son iguales:
Fh ·dh = Fp ·dp (1)
2.3.8. Alineamiento de la rodilla
El alineamiento del fémur y la tibia está definido en tres planos, independientemente de
cada hueso: el plano frontal o coronal, el plano sagital y el plano axial u horizontal.
Estos planos son definidos por puntos y ejes anatómicamente relevantes.
22
2 DESARROLLO 2.4 Imagen de la rodilla
Figura 14 Alineamiento coronal tal y como aparece. La fuerza de reacción Fg tiene igual magnitud y
dirección opuesta a la fuerza gravitacional. Pasa medialmente por la articulación de la rodilla cuando
el pie es posicionado debajo del centro de gravedad del cuerpo. F1 representa la fuerza combinada
necesitada para estabilizar la pelvis ejercida por la banda iliotibial y los músculos de los glúteos. Fjr
representa la fuerza de reacción de la articulación.
2.4. Imagen de la rodilla
La radiologı́a ha recorrido un largo camino desde que Wilhelm Conrad Roentgen irra-
dió con rayos X la mano de su esposa en 1896. A partir del siguiente siglo, avanzadas modali-
dades de imagen han sido desarrolladas y refinadas, incluyendo imagen nuclear, tomografı́as
computarizadas y MRI y el rango de aplicaciones y utilidades de dichos estudios de imagen
para evaluar patologı́as musco-esqueléticas han continuado expandiéndose.
2.4.1. Radiografı́a Convencional
La imagen de rutina consiste en vistas anterio-posterior (AP), lateral y tangencial axial.
23
2.4 Imagen de la rodilla 2 DESARROLLO
La vista lateral es obtenida con la rodilla flexionada 30◦, es óptima para valorar la presen-
cia de un derrame articular, y para evaluar la altura de la rótula.
Figura 15 Altura de la rótula. La rótula está usualmente localizada entre la lı́nea Blumensaat’s (flecha
blanca) y la placa cicatriz crecida (flechas negras).
Debido a que la inestabilidad de la rótula es mayor para pequeños grados de flexión, es
importante obtener una vista tangencial no mayor a 45◦de la flexión de la rodilla. Imágenes
de la articulación rotulo femoral son obtenidas a 0◦, 15◦, 30◦y 45◦de la flexión estática para
poder demostrar la subluxación rotular en grados de flexión pequeños.
24
2 DESARROLLO 2.4 Imagen de la rodilla
Figura 16 Evaluación computarizada de seguimiento de la rótula, Imágenes axiales de la articulación
rotulo femoral en un paciente con sı́ndrome rotulo femoral demuestran una inclinación bilateral
significante y una subluxación a los 30◦de flexión (A), y completamente reducida a 15◦(B).
2.4.2. Tomografı́a Computarizada
La tomografı́a computarizada utiliza la radiación de ionización para obtener imágenes de
secciones transversales, y se utiliza como una modalidad suplementaria para evaluar huesos y
articulaciones. Tecnologı́as modernas utilizan múltiples detectores para generar imágenes y el
software permite la generación de imágenes en dos dimensiones en alta definición e imágenes
reformateadas en tres dimensiones.
2.4.3. Resonancia Magnética
La resonancia magnética ha visto muchas generaciones de mejoras tecnológicas desde las
últimas tres décadas, dando imágenes multiplanares detalladas con resoluciones anatómicas
superiores a muchas otras tecnologı́as y sin tener que usar radiación ionizada. No solo es su-
25
2.4 Imagen de la rodilla 2 DESARROLLO
perior para detectar la patologı́a musco esquelética sino que también es capaz de caracterizar
los tejidos en un nivel microscópico basado en las alteraciones de las señales presentes.
Para realiza un MRI el cuerpo del paciente o la parte del cuerpo es colocada en un imán
superconductor mucho muy poderoso, pulsos magnéticos son generados, resultando en la
desviación de protones del tejido. Software muy complejo utiliza estas señales generadas por
los protones desviados para formar una imagen anatómica.
Aplicado a la rodilla, la rodilla es colocada en la superficie de la bobina para una óptima
detección de la señal. La cabeza usualmente extendida afuera del túnel, y por lo tanto la
claustrofobia no es problemática en estos casos.
26
3 TEMAS DIVERSOS
3. TEMAS DIVERSOS
3.1. Enfermedades comunes en las rodillas
Los padecimientos en las rodillas son muy comunes, y esto quizá debido a que es una de
las articulaciones más usadas en el cuerpo1, algunos de estos padecimientos son los siguien-
tes:
Rótula condromalacia (Chondromalacia patella ): También llamada sı́ndrome patelo-
femoral. Irritación del cartı́lago debajo de la rótula causando dolor en la rodilla. Esto es
muy común en gente joven.
Osteoartritis en la rodilla: La osteoartritis es la más común de las artritis, y afecta de
igual manera a las rodillas. Esta es causada por el envejecimiento y el desgaste de los
cartı́lagos.
Derrame de la rodilla (Knee effusion): Acumulación de lı́quido en el interior de la
rodilla, por lo general de la inflamación. Cualquier forma de artritis o lesión puede
causar un derrame de rodilla.
Lágrimas de menisco: Daño en el menisco, el cartı́lago que acojina a la rodilla. Muchas
veces este cartı́lago se daña al torcer la rodilla. Grandes lágrimas pueden causar que la
rodilla se paralice.
Subluxación de la rótula (Patellar subluxation): La rótula se desliza anormalmente o
se disloca a lo largo del hueso del muslo. Dolor en la rodilla en la parte correspondiente
a la rótula.
Tendinitis de la rótula: Inflamación del tendón que conecta la rótula al músculo de la
espinilla. Esto ocurre por lo general en los atletas que suelen saltar/brincar mucho.
Artritis reumatoide: Condición autoinmune que puede causar artritis en cualquier ar-
ticulación incluyendo las rodillas. Si no se trata la artritis reumatoide puede causar el
permanente daño a la articulación.
Gota: Es una forma de artritis causada por la acumulación de cristales de ácido úrico
en las articulaciones. Las rodillas son afectadas causando episodios severos de dolor e
hinchazón.
Artritis séptica: Infección bacterial dentro de la rodilla que causa inflamación, dolor,
hinchazón y dificultad de movimiento de la misma. Aunque poco frecuente la artritis
séptica es una seria condición que usualmente empeora rápidamente sin tratamiento.
3.2. Pruebas tı́picasen las rodillas
Existen diversos tipos de pruebas que se pueden realizar en las rodillas, esto para saber si
se padecen algunas de las enfermedades antes mencionadas1.
27
3.3 Tratamientos tı́picos en las rodillas. 3 TEMAS DIVERSOS
Examen fı́sico: Examinando visualmente la rodilla adolorida en busca de hinchazón
o movimientos anormales, el doctor puede obtener información acerca de las causas
potenciales del daño en la rodilla.
Test de cajón: Con la rodilla doblada el doctor puede empujar y tirar la parte inferior de
la pierna sosteniéndose a partir del pie para verificar los ligamentos cruzados anteriores
y posteriores.
X-ray: Prueba de rayos x en las rodillas es por lo general la prueba más común hecha.
Resonancia Magnética (MRI): Usando magnetos de alta energı́a se pueden crear
imágenes altamente detalladas de las rodillas y las piernas. Por lo general el MRI se
usa para detectar fallas o heridas en los ligamentos y meniscos.
Artrocentesis de la rodilla (aspiración de la rodilla): Una aguja es insertada en la
articulación de la rodilla y lı́quido es extraı́do de allı́. Varias formas de artritis son
detectadas por medio de este procedimiento.
Artroscopia: Procedimiento silúrico que permite la examinación de la rodilla por me-
dio de un endoscopio.
3.3. Tratamientos tı́picos en las rodillas.
Hay diversos tratamientos que pueden ser usados para diversos problemas en las rodillas1.
Terapia RICE (Rest, Ice, Compression, Elevation): Incluyen descanso, hielo, compre-
sión (por medio de bandas sujeción) y elevación (colocar en un punto más elevado las
rodillas a la hora de descansar).
Terapia fı́sica: Un programa de ejercicio puede fortalecer los músculos que rodean a
la rodilla incrementando la estabilidad de la rodilla.
Inyección de cortisona: Inyectando esteroides dentro de la rodilla puede ayudar a re-
ducir el dolor y la inflamación.
Inyección de ácido hialurónico: Inyectando este material en la rodilla puede reducir
el dolor de la artritis y retrasar la necesidad de una cirugı́a en algunas personas.
Cirugı́a de rodilla: Una cirugı́a debe ser hecha para corregir una gran variedad de pro-
blemas. En una cirugı́a se pueden reemplazar el ligamento, remover meniscos dañados
o remplazar enteramente una rodilla severamente dañada. La cirugı́a debe ser hecha con
una larga incisión (cirugı́a abierta) o por medio de pequeñas incisiones (artroscopia).
28
4 CONCLUSIONES
4. CONCLUSIONES
La rodilla como he venido describiendo a lo largo de esta investigación es una de las arti-
culaciones más importantes del cuerpo y a la vez una de las más complicadas. En esta articu-
lación recae todo nuestro peso, nos permite tomar diferentes posturas, sentarnos, mantenernos
erguidos ahorrando la mayor energı́a posible evitando el agotamiento de los músculos y nos
permite desplazarnos.
Las rodillas están diseñadas mecánicamente para poder soportar todas las fuerzas y mo-
mentos correspondientes a las acciones que realizamos, algunas de ellas involucran cargar
con aproximadamente 10 veces nuestro propio peso debido a actividades como correr, sal-
tar y demás. Un análisis biomecánico detallado puede permitirnos desarrollar modelos ma-
temáticos profundamente planteados que puedan ser simulados por computadora para poder
entender de mejor manera el comportamiento de esta articulación y ası́ por tanto poder cons-
truir prótesis que cumplan con los requisitos mı́nimos o diseñar robots o cualquier clase de
androides con inteligencia artificial que sean capaces de desplazarse como nosotros.
Existen diversos problemas a la hora de querer realizar una investigación y análisis pro-
fundo a esta articulación (como podrı́a ocurrir de igual manera con otras partes del cuerpo
humano) y es que para poder llegar a comprender completamente el funcionamiento es fun-
damental estudiar directo de la fuente, es decir, de una persona viva, en movimiento y preci-
samente esto entra ya más en un terreno ético. Y aun ası́ muy a pesar de esto los avances en el
estudio de esta articulación no están del todo estancados, diversas técnicas como la resonan-
cia magnética y los rayos X nos permiten conocer el comportamiento de esta articulación sin
necesidad de intervenir a la persona, dañándola.
Nuestras rodillas pueden ser afectadas por muchas y muy variados padecimientos, están
pueden ir como consecuencias de accidentes, por males congénitos o inclusive por mala ali-
mentación y es precisamente por las circunstancias anteriores que es necesario conocer am-
pliamente su manera de funcionamiento, y una vez comprendido poder crear la tecnologı́a
capaz de mejorar la calidad de vida de las personas que se hayan visto afectadas.
29
REFERENCIAS
5. Referencias
Referencias
[1] La rodilla Knee Pain Health Center
http://www.webmd.com/pain-management/knee-pain/
picture-of-the-knee,
Adjuntos:
Knee (Human Anatomy) Images, Function, Ligaments, Muscles.pdf
Knee (Human Anatomy) Images, Function, Ligaments, Muscles2.pdf
[2] Imagen del sistema muscular, Pictures of The Muscular System for Kids
http://anatomisty.com/anatomy-sistems/
pictures-of-the-muscular-system-for-kids/,
Adjuntos: Pictures of The Muscular System for Kids.pdf
[3] Anatomı́a de la rodilla, Anatomy of the Knee
http://www.mendmyknee.com/knee-and-patella-injuries/
anatomy-of-the-knee.php,
Adjuntos: MendMyKnee.pdf
[4] Libro: Principios de Anatomı́a y Fisiologı́a,
Autores: Gerald J. Tortora y Bryan Derrickson
Edición: 11 edición
Editorial Médica Panamericana
[5] Libro: The Knee: A comprehensive Review
Autores: Giles R. Scuderi y Alfred J Tria Jr
Editorial: World Scientific Publishing
Impreso en Sigapore
1era edición
Año: 2000
ISBN – 13: 978-9814282031
http://books.google.com.mx/books?id=-IKTj6TrKEQC&printsec=
frontcover&hl=es&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=
onepage&q&f=false,
[6] Movimiento de la rodilla, Knee Joint Movement
http://www.aboutkidshealth.ca/En/HowTheBodyWorks/
IntroductiontotheSkeleton/Pages/KneeJointMovement.aspx,
Adjuntos: MendMyKnee.pdf
30
http://www.webmd.com/pain-management/knee-pain/picture-of-the-knee
http://www.webmd.com/pain-management/knee-pain/picture-of-the-knee
http://anatomisty.com/anatomy-sistems/pictures-of-the-muscular-system-for-kids/
http://anatomisty.com/anatomy-sistems/pictures-of-the-muscular-system-for-kids/
http://www.mendmyknee.com/knee-and-patella-injuries/anatomy-of-the-knee.php
http://www.mendmyknee.com/knee-and-patella-injuries/anatomy-of-the-knee.php
http://books.google.com.mx/books?id=-IKTj6TrKEQC&printsec=frontcover&hl=es&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
http://books.google.com.mx/books?id=-IKTj6TrKEQC&printsec=frontcover&hl=es&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
http://books.google.com.mx/books?id=-IKTj6TrKEQC&printsec=frontcover&hl=es&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
http://www.aboutkidshealth.ca/En/HowTheBodyWorks/IntroductiontotheSkeleton/Pages/KneeJointMovement.aspx
http://www.aboutkidshealth.ca/En/HowTheBodyWorks/IntroductiontotheSkeleton/Pages/KneeJointMovement.aspx
REFERENCIAS REFERENCIAS
[7] Iwaki, H. Pinskerova, V. y Freeman (2009), M.A.R (2000) Tibiofemoral movement 1:
The shapes and relative movements of the femur and the tibia In the unloaded cadaver
knee. J Bone Joint Surg 82: 1189-195,
31
	INTRODUCCIÓN
	DESARROLLO
	Anatomía de la rodilla
	Rótula
	Ligamentos y tendones de la rodilla
	Meniscos laterales y medios
	Bursas de la rodilla
	Cartílago articular y fluido sinovial
	Sumario de la anatomía de la rodilla
	Movimiento de la rodilla
	Biomecánica de la rodilla
	Cinemática de la articulación Tibiofemoral
	Conocimientos Históricos
	Estudios de Imagen por Resonancia Magnética
	Estudios RSA (Análisis Radiográfico Estereofotométrico)
	Estudios Fluoroscópicos
	Tecnología de punta
	Cinética de la articulación Rótulofemoral
	Alineamiento de la rodilla
	Imagen de la rodilla
	Radiografía Convencional
	Tomografía Computarizada
	ResonanciaMagnética
	TEMAS DIVERSOS
	Enfermedades comunes en las rodillas
	Pruebas típicas en las rodillas
	Tratamientos típicos en las rodillas.
	CONCLUSIONES
	Referencias