UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS FISICAS Y NATURALES
CATEDRA DE BIOMECÁNICA PROFESOR: ING.MARTÍN TRABAJO FINAL AÑO 2009
TEMA: BIOMECANICA DE LA CADERA
ALUMNOS: Hidalgo, M. Belén Gallo, José Francisco González, Mercedes Pollano, Antonella
INTRODUCCIÓN La articulación de la cadera es una de las articulaciones más grandes del cuerpo. Su estabilidad y gran movilidad permiten el amplio rango de movimiento requerido para las actividades de la vida diaria tales como andar, sentarse y agacharse. Las alteraciones de la cadera pueden producir una distribución alterada de las solicitaciones del cartílago articular y en el hueso, conduciendo a la artritis degenerativa. Tal daño se potencia por las grandes fuerzas fuerzas toleradas por la articulación articulación por lo que debe ser alienada y controlada en forma precisa.
CONSIDERACIONES ANATÓMICAS El peso del cuerpo recae sobre la quinta vertebra lumbar, desplazándose posteriormente a la base del sacro y el ilion a través de las articulaciones articulaciones sacroilíacas sacroilíacas que forman un arco. El peso pasa después a las articulaciones acetabulares. Los iliones forman puntales púbicos, que neutralizan la fuerza ejercida sobre los fémures. En la bipedestación el peso corporal se desplaza a los acetábulos y, finalmente a los fémures. En la sedestación, el peso lo soportan ambas tuberosidades isquiáticas. En la bipedestación, el centro de gravedad pasa por detrás del centro de rotación de la articulación de la cadera.
Soporte del peso de la pelvis S : sacro SI: SI: articulaciones sacroilíacas AC: AC: articulaciones acetabulares F: fémures TI: TI: tuberosidades isquiáticas
La articulación de la cadera se compone de la cabeza del fémur y del acetábulo de la pelvis. Esta articulación tiene una capsula articular laxa y se rodea de músculos fuerte s y grandes. La superficie cóncava del acetábulo y la convexa de la cabeza femoral son simétricas, y el espacio articular es igual en todos los puntos, con una leve desviación para propiciar una lubricación adecuada. Esta simetría permite la rotación alrededor de un eje fijo y simplifica la acción muscular en la articulación.
La a cu ac ón e a ca e a (vista fronta l) ©
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1. Ar teri a Ili aca. 2. Músculo psoas mayor . 3. Músculo ilí ac o. 4. Cre sta Ilí aca. 5. Músculo glúteo medio. 6.
Trocá nter mayor . 8 . Músculo vasto externo. 9. Diá fisis del fémur. 10 . Músc ulo vasto interno. 11 . V as os femorale s profundo s. 12 Músc ulo aductor medi ano. 13 . Músc ulo pectíneo. 14 . V as os femorales circunfle jos media les. 15 . Cá psula de la articulación de l a ca dera. 16 . Cuello del fémur. 19 . Rodete ac etabul ar. 20 . Borde ac eta bular
E ac tá
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del hues c ¤
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al representa la mitad de una es era hueca destinada a alo jar la ca eza ¦
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del femur. La superficie articular del acetábulo está recubierta con cart la o articular que ese engrosa periféri camente y lateralmente de forma predomin ante. El centro carece de cart lago es la parte no articular del acetábulo . . El fondo del anillo del acetábulo periférico es incompleto.Situado en el borde acetabular el L abrum, a modo de anillo, tiene como ob jeto ampliar la cavidad acetabular y desarrolla una acción de contención para la cabeza femoral. El Al anillo lo cierra el ligamento acetabular transverso . Su profundidad aumenta además debido a un anillo recubierto de cart lago denominado labrum. La cavidad del acetábulo se di spone oblicuamente h acia adelante, hacia afuera y h acia abajo . Un plano situado a través de l a circunferencia del acetábulo en su apertura coincidirí a c on el plano sagital en un ángulo de 40º abierto posteriormen te y con el plano transverso en un ángulo de 60º abierto l ateralmente. La cavidad acetabular se hace más profunda debido al rodete, un reborde plano de fibrocartílago, y al ligamento transverso acetabular. La cabeza femoral forma dos tercios de una esfera y encaja en el acetábulo, orientada hacia arriba, medialmente y adelante. En su c uadrante posteroinferior se inserta el ligamenr¡to de la cabeza del femur. La cabeza del femur esta soportada por el cuello anatomico, el cual no se encuentra en el e je de la diáfisis (angulo de inclinación 130º promedio). ¨
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La capsula artic ular se inserta en el contorno del borde acetabular y se adhiere muy firmemen te al fémur insertándose en la línea intertrocantérica (líne a oblicua que en la parte anterior del cuello une el trocánter mayor al trocánter menor). Tres ligamentos refuerzan la cápsula , lo s ligamentos donde es firmemen te sostenida por una cápsula gruesa, la cual se divide en capas engrosadas que forman los ligamentos iliofemor al, pubofemoral es y el isquiofemoral. El otro ligamento es intraarticular el lig amento de la cabeza del fémur . Formatted:
El cartílago articular que cubre la cabeza femoral es mas grueso sobre la superficie medial -central y más fino hacia la periferia. Las variaciones en el espesor del cartílago producen diferente fuerza y rigidez en las diferentes regiones de la cabeza femoral. La cabeza del fémur e sta recubierta por un cartílago que amortigua las fuerzas compresivas y lubrica la articulación durante la compresión. Cuando no soporta peso, el cartílago absorbe el líquido nu tricional. La pelvis es angulada para permitir que la cabeza femoral se asiente directamente en el interior del acetábulo . La porción anterior de la cápsula se engrosa para formar elEl ligamento iliofemor al: esto permite que el apoyo estático re ciba soporte lig amentoso sin necesidad de que se produzca soporte mediante contracción muscular. En el apoyo con los dedos en extensión, la cabeza del fémur se orienta en dirección anteroexterior. Esta dirección provocará una subluxación de no ser por el tendón del musculo iliopsoas, y no por el lig amento iliofemor al, que e stá situado demasiado le jos lateralmente para cumplir esa función. El cuello femoral tiene dos relaciones angulares con la diáfisis femoral que son importantes para la función de la cadera: el ángulo de in clinación de cuello respecto a la diáfisis en el plano frontal, el ángulo de inclinación cuello-diáfisis y el ángulo de inclinación en el plano transverso, el ángulo de anteroversión. La libertad de movimiento de la articulación de la cadera se ve f acilitad a por el ángulo cuellodiáfisis , que equilibr a la diáfis is femoral respecto la articulación de la cabeza. En la mayorí a de los adultos este ángulo es aproxim adamente 1325º, pero puede variar de 90º a 16035º. Un ángulo que supere los 1325º produce una alteración conocida como coxa valga, un ángulo menos de
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1325º produce una coxa vara. La desviación de la diáfisis femoral ene ambos sentidos altera las
relaciones de fuerza alrededor de la articulación de la cadera y tiene un efecto notable sobre los brazos de palanca de la fuerza muscular y la línea de gravedad.
Ángulo de inclinaci n:
Ángulo formado por la i ntersección del cuello femoral con el eje trazado por el cuerpo del fémur. AC: cuello femoral ACF: cuerpo del fémur
El ángulo de anteroversión se forma como una proyección al eje longitudinal de la cabeza femoral y el eje transverso de los cóndilos femorales. En los adultos, este ángulo tiene un prom edio de aproximadamente 12º, pero puede oscilar en gran medida. La anteroversión mayor de 12º provoca que una porción de la cabeza femoral no esté recubierta y cree una tendencia a la rotación interna de la cadera durante la marcha para mantener la cabeza femoral en la cavidad acetabular. Un ángulo de menos de 12º (retroversión) produce una tendencia hacia la rotación externa del miembro inferior durante la marcha. Tanto ante roversión como la retroversión son bastante comunes en los niños pero normalmente pueden solucionarse.
Angulo de anteroversi n
A: El eje transcondileo constituye una línea transversa que atraviesa los cóndilos femorales. El eje localizado en el cuello femoral forma este á ngulo con el eje transcondileo. ETC: eje transcondíleo EC: eje localizado en el cuello femoral B: Ángulo de la cabeza femoral. V ista superior C: Cambio del ángulo de anteroversión debido a la rotación interna de la pierna.
Vista su e ior de extremo proxima
de fémur izqu ierdo que mue str a e
ángu o de an teroversión. Est e ángulo
promedia aproxim a damente 12 º en
a dultos
El interior del cuello femoral está compuesto por hueso espon joso, por lo que el te jido oseo al estar sometido a esfuerzos de presión y traccion organiza sus con trabéculas con una orientación que permite al hueso una mayor resistencia utilizando el mínimo de m aterial. organizadas hacia los( sistemas de trabéculas medial y l ateral). El hecho de que la fuerza de reacción articular sobre la cabeza femoral sea paralela a las trabéculas del sistema medial indica la importancia de este sistema para soportar esta fuerza. Las superficies epifisarias están en un ángulo recto con las trabéculas del sistema medial y se piensa que son perpendiculares a la fuerza de reacción articular sobre la cabeza femoral . Es probable que el sistema trabecular lateral resista la fuerza compresiva sobre la cabeza femoral producid a por la contracción de los músculos abductores. : el músculo glúteo medio, el mu sculo glú teo menor y el mu sculo tensor de la f ascia lata. La fina cubierta de hueso cortical alrededor del cuello femoral superior se engrosa progresivamente en la región inferior . Con el enve jecimien to, el cuello femoral experimenta progresivamente cambios degenerativos: el hueso cortical disminuye su espesor, es más espon joso y se produce la reabsorción gradual de las trabéculas. Estos cambios pueden predisponer a la fractura del cuello femoral, siendo esta la localización más frecuente de fr actura en los ancianos.
Músculos de la articulación de la cadera
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Numerosos
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músculos mueven la articulación de la cadera, ya sea directa o indirectamente.
Glúteo Mayor El glúteo mayor es un músculo romboideo muy extenso que se origina en la línea glútea posterior del hueso ilion, el tendón sacroespinoso, la cara dorsal del sacro, el cóccix y el ligamento sacrotuberoso. Se , se inserta en la tuberosidad mayor del fémur. y en el tracto iliotibial de la f ascia lata s ituada lateralmente respecto al fémur. Su función consiste en extender la cadera, e in terviene en su rotación externa. En la bipedestación, cuando la pierna se encuentra apoyada sobre el suelo, este músculo extiende la pelvis en la parte superior de la pierna. Está inervado por el ner vio glúteo superior. Extensor y ro tatorio del fémur; ele va y sostiene la pelvis. Es el princ ipal intervensor de nuestra posición erguida.
El músculo glúteo mayor es suprayacente a los músculo s piriforme y femor al cuadrado. El músculo piriforme tiene su origen en l a cara anterior del sacro, la capsula de la articulación sacroiliaca y el borde del for amen ciática mayor. Se in serta en el borde superior del trocánter m ayor del fémur . Su función cons iste en rotar lateralmente el fémur y abduc ir el mu slo cuando la pierna está flexionada. Está inervado por el plexo sacro (L5, S1 y S2).
Glú te o
may or. El mú sculo glúteo mayor (GM a) es suprayac ente a los músc ulos piriforme y femoral cua drado (Fem Cuad). Los puntos de origen e in serción
son la espin a post erior superior (EPS) del hueso ilion, el sac ro (S), el cócc ix (C) la tuberosidad mayor del fémur (TM) desde las raí ces L4, L5, S1 y S2.
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Glúteos medio y menor Los glúteos medio y menor son esencialmente dos partes del mismo músculo; sus bordes
anteriores se funden. Su origen se encuentra en l a cara exterior del hue so ilion, desde la cresta iliaca y la línea glútea posterior superiormen te hasta la línea glútea anterior inferiormen te y la aponeurosis glútea., Sse inserta en la cara lateral del trocánter mayor del fémur . Su función consiste en abducir el mu slo y rotarlo medialmente (hacia adentro). Está inervado por el ner vio glúteo superior (L4, L5 Y S1).
Glú te os
medio y men or. Los glú teos medio y menor (G Med) tienen su origen en l a ca ra extern a del hueso
ilion (EAS, espina anterior superior) y en el sac ro ( S). Se inser ta n en el trocá nter m ayor (TM) del fémur (F).
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Músculo iliopsoas El músculo psoas tiene su origen en la cara anterior de las apófisis transversas y los bordes laterales del las vértebras lumbares, de la T12 a la L5. Se in serta en el trocánter menor del fémur con un tendón con junto del músculo iliaco. Su función cons iste, prin cipalmente, en flexionar el mu slo y aportar el movimiento mínimo de ro tación lateral (externa) y de abducción. Está inervado por el plexo lumb ar (L1, L2, L3 Y L4). El músculo ilí aco tiene su origen en los dos tercios superiores de la cresta ilí aca ; el borde in terno de la cresta ilí aca; los ligamentos sacroilí cos anterior, lumbosacro e iliolumb ar; y el ala del sacro. Se inserta como tendón con junto con el músculo psoas en el trocánter menor del fémur . Está inervado por el ner vio femoral (L1, L2 Y L3) Justified, Space After: 0 pt, Line spacing: single Formatted:
Justified, Space After: 0 pt, Line spacing: single Formatted:
Musculos Múscu los iliopsoas.
El musc ulo psoas (mostra do en posi ción superfi cal respecto del mu sculo ili aco) se origina en l as vertebr as lumbare s (VL) L1 a L5, se i nserta en el troca nter menor del fémur (F). El musc ulo ili aco (debaj o del psoas) se origina en l a cre sta del hueso ilion. Se in serta (flecha curva disc ontinua ) como tendón con junto en el tro ca nter menor del fémur (F) . S, sac ro .
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Músculos de la corva El grupo de mú sculos mediales de la corva inc luye el semitendinoso y el semimembr anoso. Estos músculos se originan en la tuberosidad isquiática, junto con el músculo bí ceps femoral. Se insertan en la porción proximal de la tibia y en la f ascia profunda de la pierna. Su función consiste en flexionar l a rodilla y, simultáneamente ro tar in ternamente la parte inferior de l a pierna, así como abducir y ex tender la pierna. El músculo semimembr anoso tiene su origen en la cara anterior y lateral de la tuberosidad i squiática, y se in serta en la cara posteromedial del cóndilo medial de la tibia. La cabeza larga del bí ceps femoral se origina en la tuberosidad isquiática y el lig amento sacrotuberoso, y la cabeza corta se origina en l a cara lateral de la línea áspera y el supracóndilo lateral del fémur . Se inserta en la cara lateral de la cabeza peronea, en el cóndilo lateral de la tibia y en la f ascia profunda. Su La función del bí ceps femor al consiste, principalmente, en flexionar l a rodill a, rotar lateralmente la parte inferior de l a pierna sobre el fémur y aduc ir levemente la pierna. Está inervado por la cabeza larga de la rama tibial del nervio ciático (L5, S1, S2 y S3) y la cabeza corta de la rama peronea del mismo nervio (L5, S1 y S2).
Gr upo
muscular de la cor va. El grupo
musc ular de la cor va incluye los músculos
semimembranoso (SM), semitendino so (ST) y bí ceps femoral (BF). TI, tuberosidad isquiát ica ; F, fémur; T, tibi a; P, peroné .
Grupo muscular de la corva. El g rupo muscular de la corva incluye los músculos semimembranoso (SM), semitendinoso (ST) y bíceps femoral (BF). TI, tuberosidad isquiática; F, fémur; T, tibia; P, peroné.
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Músculo tensor de l a fascia lata El músculo tensor de la f ascia lata tiene su origen en la parte anterior del labio exterior de la cresta iliaca y en el borde anterior del hue so ilion . Se inserta en el tercio medio del tracto iliotibial de la f ascia lata. Su función consiste en flexionar, abducir y rotar medialmente el muslo. Tensa la f ascia lata y estabiliza lateralmente la articulación de la rodilla. Está inervado por el ner vio glúteo superior (LA, L5 y S1).
Ad uctore s del grupo de la cor va y ten sor de la f ascia la ta. Los músc ulos posteriores del muslo
semimembranoso (SM), semi tendino so (ST), bí ceps femora l (BF) y tensor de l a f asc ia lata (TFL) . Se inser ta n en el tract o iliotibi al (TIT). T I, tuberosidad isquiatica ; P, pelvis; F, fémur; T, tibi a; P e, perone.
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Grupo muscular aductor del muslo. Existen numerosos abductores de la pierna, como el músculo pectíneo, aductor corto, aductor largo y grácil. El músculo pectíneo se origina en la cara superior del pubi s , entre la eminen cia iliopectínea y el tubérculo púbi co. Se inserta en la línea pectínea, de sde el trocánter menor hasta la línea áspera. Los músculos aductores largo y corto se originan en l a cara exterior de l a rama interna del pubis y se insertan en una línea que se extiende desde el trocánter menor hasta la línea áspera. El músculo aductor mayor se origina en la tuberosidad isquiática, l a rama del isquion y el pubis. Se inserta en una línea que se extiende desde el trocánter menor y discurre a lo largo de la línea áspera hasta el tubérculo aductor del cóndilo medial del fémur . El mú sculo grácil tiene su origen en la mitad inferior de l a sínfisis púbica y el borde medi al de la rama inferior del arco púbico . Se in serta en la parte superior de la cara medial de la tibia, situada distalmente re specto del cóndilo. Su función consiste en aducir el mu slo y flexionar la cadera y la rodill a, así c omo rotar medialmente el muslo y l a tibia. Está inervado por el ner vio obturador (L2, L3 y L4) .
Grupo
mu scu lar aductor del muslo. Músculo s aduct ores del muslo. F, fémur; T , tibi a.
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Font: 10 pt
Músculo Sartorio El músculo sartorio, así llamado tradicionalmente por corresponder a la postura en cuclillas empleada por los sast res para coser, se origina en la cresta iliaca anterosuperior y enl la mitad superior de la escotadura iliaca. Atraviesa la pierna superior y se inserta en la par te superior de la cara medial de la tibia, cerca de su borde anterior. Su función c onsiste en flexion ar l a rodilla y l a cadera, rotar el muslo lateralmente y, cuando la rodill a está flexionada, rotar medialmente la tibia. Está inervado por el ner vio femoral (L2 y L3) .
Músculo sartorio. El músc ulo (S) es un músc ulo anterior del muslo que act úa sobre el fémur (F) y la tibi a.
Tiene su origen en l a espina a ntero superior (EAS). LI, ligamen to inguinal; V E, vasto externo del grupo músc ulos del cuadriceps; P , mú sc ulo pectíneo; AL, músc ulo aductor l argo; G, músculo grac il; VI, vasto interno del grupo del cuadriceps.
CI EMÁTICA
Al considerar la cinemática de la articulación de la cadera, es útil ver la articulación como una
configuración estable en donde la cabeza femoral y el acetábulo pueden mo verse en todas las direcciones. Rango de movimi ento
El movimien to de la cadera tiene lugar en los tres planos: sagital (flexión - ex tensión), frontal (abducción - aducción), y tranverso (rotación interna externa). El mo vimiento es máximo en el plano sagital, donde el r ango de flexión es de 0º a aproxim adamente 140º y el r ango de extens ión va de 0º a 15º. El rango de abducción proporciona de 0º a 30º, mientras que el de aducción es de 0º a 25º. La rotación externa oscila de 0º a 90º y l a rotación in terna de 0º a 70º cuando la articulación de la cadera se flexiona. Se produce menos rotación cuando se extiende la articulación de la cadera a causa de la func ión limi tante de los te jidos blandos.
La flexión está limi tada por el grupo mu scular de la cor va. La extensión la limita el engrosamiento ligamentoso de la cápsula; la abducción, el grupo de mú sculos abduct ores; la aducción, el músculo
tensor y la f ascia de los músculos abductores; y la rotación, las fibr as capsulares.
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Highlight
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Am p litu d de m ovimien tos de la
cadera: Flexión y extensión. A, per sona en decúbi to later al con la pierna superior en po sición neutr a (X). B, a bducción de l a pierna (Y) y rotac ión del muslo (Z). C, flexión de la ca dera de l a pierna derecha (F) y posición extendida neutral de la pierna inferior (X).
La cadera en la mar cha
Para la evaluación y el e studio de la marcha se requiere primer amente establecer sus f ases de manera general. Estas f ases están determinadas por la velocidad y cadencia del paso, caracterí sticas muy particulares de cada individio . En el ciclo de l a marcha se di stinguen dos f ases en cada ciclo: Fase de apoyo: situación de miembro en cadena cinética cerrada. Fase de balanceo u oscilación: Situación del miembro en cadena cinética abierta. y y
El rango de movimiento de la articulación de la cadera durante la marcha se mide electro gonieométricamente en lo s tres planos. En l a determinación de la marcha, el fémur ro ta internamente sobre la pelvis 5º, y la tibia rota sobre el fémur cuando se pasa de la f ase de apoyo a la de oscilación. A continuación, el fémur ro ta externamente unos 7º durante el resto de la f ase de apoyo y en lo s primero s estadios de la f ase de oscilación. La cadera se flexiona en la f ase de oscilación, se m antiene en po sición neutral durante la f ase estante intermedia y se extiende luego cuando la pierna pasa por la f ase de oscilación.
List Paragraph, Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0.25" + Indent at: 0.5" Formatted:
Las mediciones en el plano sagi t al durante la marcha en llano muestran que la articulación se flexiona máximamente durante la fase oscilante final de la marcha. La articulación se extiende a medida que el cuerpo se mueve hacia adelante en e l inicio de la fase portante. La máxima extensión se alcanza en el despegue del talón. La articulación invierte su movimiento hacia la flexión durante la fase oscilante y de nuevo alcanza la máxima flexión, 35º a 40º , antes del contacto del talón.
Cadera durante la archa nor al. Las flechas curvas representan la flexiónextensión de la cadera durante la marcha normal. La cadera oscila o inicialmente 60 en la fase de oscilación hasta el golpe del talón (GT), momento en que se inicia la extensión de la cadera, que se prolonga hasta la elevación del talón (ET) y la elevación de los dedos (ED). Siendo GC el centro de gravedad.
lano sagital
alno coronal
lano horizontal
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Font Ita !
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La abducción se produce durante la f ase oscilante, alcanzado su máximo después del despegue de los dedos; en el contacto del talón, la articulación de l a cadera invierte su movimiento hacia la
aducción, que continúua hasta el final de la f ase portante. La articulación de la cadera rota externamente a lo l argo de la f ase oscilante, rotando internamente justo antes del contacto del talón. La articulación se m antiene en rotación in terna hasta el final de la f ase portant e, en donde rota externamente. A medida que las personas enve jecen, usan una porción progresivamente menor del r ango de movimiento de las articulaciones de l a extremidad inferior dur ante la deambulación. Los ancianos realizan pasos más cortos, tienen un rango disminuido de flexión y ex tensión de cadera, una flexión plantar de tobillo disminuida y un ángulo talón - suelo disminuido del miembro de arrastre.
D if e renc ias
en las posiciones sag itales de l cue rpo de hombres más anc ianos y de homb re s m ás jóvenes en el instante del contacto d el talón .
En la siguiente tabla se muestra el movimiento promedio de actividades comunes de la vida diaria como atarse un zapato, sentarse en una silla o re coger un ob jeto del suelo .
Actividad
Atarse el zapato con el pie en el suelo
Atarse el zapato con el pie sobre el muslo contrario
Sentarse sobre una silla y levantarse desde la silla
Inclinarse para recoger un objeto del suelo
Sentadilla
Plano de Movimiento Sagital Frontal Tranverso
Valor Registrado (grados) 124 19 15
Sagital Frontal Tranverso
110 23 33
Sagital Frontal Tranverso Sagital Frontal Tranverso Sagital
104 20 17 117 21 18 122
Subir escaleras
Bajar escaleras
Prom ed io
Frontal Tranverso Sagital Frontal Tranverso Sagital
28 26 67 16 18 36
para 33 hombr es normal es . Datos de J ohnson, R.C. y S mit h , G.L . (1970)
Los valores obtenidos para estas actividades indican que la flexión de la cadera de al menos 120º y una abducción y ro tación externa de al menos 20º son necesarias para llevar a cabo actividades de la vida diaria de un modo norm al. Movimi ento arti cular de su perfi ci e
El movimiento de superficie en articulación de la cadera se puede considerar como deslizamiento de la cabeza femoral sobre el acetábulo. El movimiento de pi vote en los tres planos alrededor del centro de rotación en la cabeza femoral produce e ste deslizamiento de las superficies articulares. Si se presenta una incongruencia en l a cabeza femoral, el deslizamiento puede no ser p aralelo o tangencial a la superficie articular y el cartílago articular puede ser anómalamente comprimido o traccionado. La localización del centro de ro tación de la articulación de la cadera es esencial en la cirugí a protésica de la cadera en reconstruir un br azo de palanca óptimo para el músculo glú teo medio.
CI ÉTICA %
Los estudios cinéticos han demostrado que actúan fuerzas notables sobre la articulación de l a
cadera durante la realización de actividades simples. Se deben entender los f actores implicados en producir estas fuerzas si se van a desarrollar programas de rehabilitación racionales para pacientes con alteraciones patológicas de cadera. El grupo mu scular abductor es el primer e stabilizador estando de pie en apoyo u nipodal. E státi ca
Durante la bipedestación en apoyo bipodal, la línea de gravedad del cuerpo suprayacente pasa posterior a la sínfisis púbica, y, debido a que la ar ticulación de la cadera es estable, se puede
conseguir una bipedestación erecta sin contracción muscular a través del efecto estabilizador de la cápsula articular y de lo s ligamentos capsulares. Sin actividad mu scular que produzca momentos alrededor de la articulación de la cadera, el cálculo de la fuerza de reacción es bastante simple: la magnitud de esta fuerza sobre cada cabeza femoral durante la bipedestación erecta en apoyo bipodal e s la mitad del pe so del cuerpo suprayacente. Siendo la extremidad inferior un sexto del
peso del cuerpo, la fuerza de reacción sobre cada articulación de la cadera será la mitad de los restantes dos tercios, o un tercio del peso corporal; sin embargo si los músculos que rodean la
articulación de la cadera se contraen para permitir su oscilación y para mantener la posición erecta (por e jemplo durante la bipedestación prologada), e sta fuerza incrementa en proporción a la cantidad de actividad muscular. Cuando una persona cambia de l a bipede stación en apoyo bipodal al apoyo unipodal, l a línea de gravedad del cuerpo suprayacente se modifica en los tres planos, produciendo momentos alrededor de la articulación de la cadera que deben ser contrarrestados por las fuerzas musculares y así se incrementa la fuerza de reacción articular. La magnitud de los momentos, y por consiguiente l a magnitud de la fuerza de reacción articular, depende de la postura de la c olumna vertebral, la posición de la extremidad inferior en de scarga, de las extremidades superiore s y de la inclinación de la pelvis. La figura a continuación demuestra cómo varí a la línea de gravedad en el plano frontal con cuatro diferentes posiciones del tronco e in clinaciones de la pelvis: bipedestación con la pelvis en una posición neutra, bipedestación con una báscula máxima del tronco ale jándose de la cadera en carga. La variación en la línea de gravedad, y por lo tanto en la longitud del br azo de palanca de la fuerza gravitacional (la distancia perpendicular entre la línea de gravedad y el centro de rotación en la cabeza femoral), influye en l a magnitud de los momentos alrededor de la articulación de l a cadera y, consecuentemente, en la fuerza de reacción articular. El brazo de palanca de la fuerza gravitacional y la fuerza de reacción articular se minimizan cuando se bascula el tronco s obre la articulación de la cadera (Figur a a continuación, parte B).
R adi grafí as
usando una lí nea de ploma da (línea negr a ) que muestra n que l a línea de grav eda d se de splaza
en el pla no fronta l con las diferentes posiciones del tron co e inclinac i ones de la pel vis. A, la pelvis está en una posición neutr a. La línea de la gr av eda d ca e aproxim a dament e sobre la sínfisis púbica. El bra zo de pala nca par a la fuerza producida por el peso corpor a l (l a dista nci a perpendi cular entre l a línea de l a gr av eda d y el centro de ro tac ión de la ca beza femoral) influye en el momento sobre la ca der a y por lo tanto en la fuerza de reacc ión articular . B , los hombro s se basc ulan máxim ament e sobre la a rti cul ación de la
ca dera de apoyo. Debido a que esta desv iac ión minimiza el brazo de palanca , el momento sobre la articulación de l a ca dera y la fuerza de reacc ión ar ticular también se minimiza n. C, los hombros se basc ula n
máxim ament e a le já ndose de la articulac ión de l a ca der a de apoyo. De nuevo, la línea de gr av edad se ha desv iado hac ia la ca dera de apoyo, di sminuyendo as í l a fuerza de reacc ión a rti cul ar. D , la pelvis se tras lada
ale já ndose de la a rticulac ión de l a ca der a de apoyo. La de svi ac ión de la línea de l a gr av eda d es similar a la de C.
Métodos para derivar la
magnitud d e la f uerza de r eacción articular que actúa sobre la cabeza
f emoral: Cuer po libr e simplificado para las fuerzas coplanares. Esta técnica se usa para estimar la fuerza de
reacción articular en el pl ano frontal que actúa sobre la cabeza femoral durante la posición de pie en apoyo unipodal con la pelvis en una posición neutra (Apartado de cálculo nº1) Mediante ecua ciones de equilibrio. Es un cálc ulo matemático de la fuerza de reacción articular
sobre la cabeza femoral utilizando reacciones de equilibrio p ara la bipedestación en apoyo unipod al con el ni vel de la pelvis en una posic ión neutra? (Apartado de cálculo nº2) .
Apartado de cálc ulo nº1: Técn ica del cuerpo libre simplificado p ara las f ue rzas coplanares El miembro por ta nte se consid ara como un cuerpo libre. De todas las fuerzas que act úan sobre el cuerpo libre, se identidi ca n las tre s principale s fuerzas copla nare s como l a fuerza de la gr avedad contra el pie (la fuerza de reacc ión del suelo), que se transmi te a trav és de l a tibi a hac i a los cóndilo s femorale s; la fuerza produ cida por l a la contracción de los músculo s abductores; y l a fuerza de reacc ión del suelo ( W ) que tiene una ma gni tud conocida igu a l a cinco sextos del peso corpor al y un sentido, línea de a pli cación y pun to de apli cación conocidos estim ados sobre el origen y l a inser ción musc ular sobre una ra diografí a, pero tiene una magni tud desc onocida?????. Debido a que va rio s músc ulos está n impli ca dos en la acc ión de la abducc ión de la ca der a, se re aliz a n supuestos simplificadores a la hora de determinar l a dirección de esta fuerza. Adem ás las fuerzas producidas por otros músc ulos act ivos que esta biliz a n la articulación de l a ca der a no se tienen en cuenta. La fuerza de reacc ión ar ticular J tiene un punto de apli cac ión conocido sobre la superficie (semilunar) de l a ca beza femoral pero tiene una magni tud, sentido y líne a de apli cac ión desc onocido s. Las magni tudes de la fuerza musc ular de los abductores y de la fuerza de reacc ión ar ticular se pueden deri va r designando las tre s fuerzas sobre el dia gr a ma de cuerpo libre y contruyendo un tri ángulo de fuerz as.
Se hall a que la fuerza muscul ar es a proxim ada mente dos veces el peso corporal, mientras que la fuerza de reacc ión articular es mayor .
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ara comprender las ecuaciones es necesario indicar primero la localización de las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo durante la posición de pie en apoyo unipodal sobre un diagrama de cuerpo libre (Apartado de cálculo n º 2). Debido a que el cuerpo está en equilibrio (es decir, la resultante de los momentos y la resultante de las fuerzas son iguales a cero), la fuerza de reacción del suelo es igual a la fuerza gravi tacional del cuerpo, que puede dividirse en dos componentes, la fuerza gravitacional de la ext remidad inferior portante (igual a un sexto del peso corporal) y la fuerza restante (igual a cinco sextos del peso corporal). &
osteriormente, el cuerpo se divide en la articulación de la cadera en dos cuerpos libres. Se deben determinar las principales fuerzas coplanares y momentos que actúan sobre estos cuerpos libres. Se considera primero el cuerpo libre superior (Apartado de cálculo n º 2, figura a la izquierda). En este cuerpo libre, se requieren dos momentos para la estabilidad. El momento que se deriva del peso corporal suprayacente (igual a cinco sextos del peso) se debe equilibrar por un momento que se derive de la fuerza de los músculos abductores. La fuerza producida por el peso corporal suprayacente actúa a una distancia de desde el centro de rotación de la cadera ( Q ), produciendo así un momento de 5/6 multiplicado por . La fuerza producida por el principal abductor, el glúteo medio, designada como A, actúa a una distancia de c desde el centro de rotación, produciendo un momento de compensación de A multiplicado por c. ara que el cuerpo se mantenga en un momento de equilibrio, la resultante de los momentos debe ser igual a cero. Considerando l os momentos que actúan en el sentido de las agujas del reloj como positivos, &
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solucionar A es necesario encontrar los valores de y c. El brazo de palanca de la fuerza gravitacional se encuentra radiográficamente. Debido a que el centro de gravedad debe situarse sobre la base de sustentación, se puede extender hacia arriba una línea de la plomada que atraviesa el talón; una línea perpendicular dibujada desde el centro de rotación de la cadera femoral a la línea (qué línea )representa la distancia b. El brazo de palanca de la fuerza muscular ( c ) se encuentra de forma similar identificando el músculo glúteo medio sobre una radiografía y dibujando una línea perpendicular desde el centro de rotación de la cadera femoral a una línea que se aproxima al tendón del músculo glúteo medio. La dirección de la fuerza A se encuentra radiográficamente que es 30 o respecto a la vertical. Los componentes horizontal y vertical de esta fuerza se encuentran por análisis vectori ales (Apartado de cálculo nº 2, ver figura). El componente Ax es igual al peso corporal; el componente Ay es aproximadamente 1,7 veces el peso corporal. (
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Apartado de cálculo nº 2: Fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo en equilibrio durante la bipedestaci n en apoyo unipodal 0
La figura a la derecha muestra las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo en equilibrio durante la bipedestación en apoyo unipodal. La fuerza de reacción del suelo es igual al peso del cuerpo W. La fuerza gravitacional de la extremidad inferior en carga es igual a un sexto del peso corporal: la fuerza restante es igual a cinco sextos del peso corporal. En la figura de la izquierda, lLas fuerzas internas que actúan sobre la articulación de la cadera se encuentran separando la articulacióon en un cuerpo libre superior e inferior; el cuerpo libre superior se considera primero. En este cuerpo libre, se requieren dos mom entos para la estabilidad. El equilibrio de los momentos se obtiene por la producci óon de dos momentos iguales. Un momento que surge de multiplicar la fuerza de los musculos abductores (A) por el brazo de palanca de la
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fuerza abductora (C) contrarresta el momento que surge de multiplicar la fuerza gravitacional del cuerpo suprayacente (5/6 W) por el brazo de palanca de la fuerza gravitacional (b) que tiende a bascular la pelvis alejandose de la extremidad inferior de apoyo. Q, centro de rotacion de la articulacion de la cadera. Formatted:
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La fuerza A es igual a dos veces el peso corporal y tiene una dirección de 30º respecto a la vertical. Las magnitudes de sus componentes horizontal (Ax ) y vertical (Ay) se hallan por análisis vectoriales. Se dibujan las perpendiculares desde el extremo de A a la línea horizontal y vertical representándose por Ax y Ay, respectivamente. Ax y Ay se pueden descomponer. Alternativamente, se usa la trigonometría para hallar las magnitudes de las componentes.
Dirigiendo ahora la atención a l cuerpo libre inferior (Apartado de cálculo nº 3 , ver figura), las fuerzas gravitacionales (W y 1/6 W ) se conocen. La fuerza de reacción articular J tiene magnitud y dirección desconocidas pero se origina del espacio articular más estrecho en la radiografía y debe atravesar el centro de rotación estimado en la cabeza femoral. La magnitud de la fuerza J se determina mediante el hallazgo de las componentes horizontal y verticalde la fuerza y sumándolas (Apartado de cálculo nº 3, ver figura). El valor de J se encuentra por la suma de vectores y su dirección se mide sobre el paralelogramos de fuerzas. La fuerza de reacción articular sobre la cabeza femoral en una bipedestación en apoyo unipodal con la pelvis al nivel del plano horizontal es aproximadamente 2,7 veces el peso corporal, y su dirección es 69 o respecto a la horizontal (Apartado de cálculo n º 3, ver figura). Un factor clave que influye en la magnitud de la fuerza de reacción articular sobre la cabeza femoral es la tasa del brazo de palanca de la fuerza muscular de los abductores ( c ) respecto del brazo de palanca de la fuerza de gravedad ( b) (Apartado de cálculo nº 2 , ver figura). Esto es particularmente importante en los reemplazos protésicos de la articulación de la cadera. El centro del movimiento puede alterarse por el diseño de la prótesis y se puede cambiar ligeramente el brazo de palanca de los músculos abductores mediante técnicas quirúrgicas. Un cambio en la localización del centro articular de la cadera puede disminuir la fuerza de abducción en más del
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40% y por lo tanto también el momento abductor generado en casi el 50% . Una tasa baja ( es decir
un brazo de palanca pequeño de la fuerza muscular y un brazo de palanca grande de la fuerza gravitacional) produce una fuerza de reacción articular más grande de la que produce una tasa alta. Un brazo de palanca corto de la fuerza de los músculo s abductores, como en la coxa valga produce una tasa pequeña y así una fuerza de reacción articular en cierto modo elevada. Moviendo el trocánter mayor lateralmente durante el reeplazo protésico total disminuye la fuerza de reacción articular, ya que incrementa la tasa de brazo de palanca de la fuerza muscular. Insertando una concavidad protésica más profunda en el acetábulo se reduce el brazo de palanca de la fuerza gravitacional, increment ando por lo tanto la tasa y disminuyendo la fuerza de reacción articular.
Apartado de cálculo nº 3: Diagra a de cuerpo libre de la extre idad inf erior 6
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En la primera figura de la izquierda, la extremidad inferior de apoyo se considera como un cuerpo libre, y se identifican las fuerzas que actúan sobre el cuerpo libre. A, fuerza del músculo abductor; IJ, fuerza de reacción articular; 1/6 W, fuerza gravitacional del miembro; W, fuerza de reacción del suelo; Q, centro de rotación de la articulación de la cadera. En la segunda figura de la izquierda, las fuerzas que actúan sobre el cuerpo libre inferior se dividen en las componentes horizontal y vertical. Debido a que el cuerpo está en un equilibrio de fuerzas, la resultante de las fuerzas en la dirección horizontal debe ser igual a cero y al igual que las fuerzas en la dirección vertical.
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Las fuerzas horizontal y vertical se suman y las magnitudes Ix y Iy, se hallan a partir de las ecuaciones de equilibrio de fuerzas:
Ax Jx = 0
Ay- Jy -1/6W + W = 0
Ax= Jx
1,7W - Jy -1/6W + W = 0
Ax = Jx = W
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Jy 1,7W 1/6W + W Jy 1,7W + 5/6W Jy 2,5W
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La suma de las componentes horizontal y vertical JIx y J Iy se lleva a cabo gráficamente en la figura de la izquierda, y la fuerza de reacción articular (J) se descompone. Se construye un paralelogramo indica la inclinación de la fuerza J, Se mide su inclinación en relación al plano horizontal sobre el paralelogramo. Alternativamente, se usa la trigonometría para hallar la dirección de J usando las ecuaciones tangentes, ver figura de abajo. La fuerza de reacción articular tiene una magnitud de aproximadamente 2.7 veces el peso corporal y actúa con un ángulo de 69º respecto la horizontal.
CONCLUSI N A
Todas las caracterí sticas propias de la cadera, están condic ionadas por las funciones de soporte del peso corporal y de lo comoción desempeñadas por el miembro inferior . La fuerza de reacción articular de la cadera durante la marcha alcanza niveles de tres a seis veces el peso corporal, o más, en la f ase portante y es aproximadamente igual al peso corporal durante la f ase oscilante . Debido a la impor tancia de esta arituculación en el de s empeño de la bipedestación, la marcha, y en general todas las actividades que de estas se desprenden, es que surgió la era de las prótesis
articulares. La articulación de la cadera, aparentemente la más sencilla de amoldar, puesto que sus superficies articulares son muy parecidas a las de una esfera, todaví a plantea bastantes problemas: dimensión de la esfera protésica , naturaleza de las superficies en c ontacto, resistencia al desgaste, toxic idad eventual de los desechos del des gaste, pero sobre todo el problema más difí cil de abordar es la unión con el hueso vivo bajo la c ontroversia de la incrustación o no. Además gracias a la cadera, la investigación sobre las prótesis se desarrolló de form a tal que la cantidad de modelo s aumentó considerablemente.
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Podología general y biomecánica. José Luis Moreno de la Fuente htt p://www .salud med .com
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