Biomecánica del tobillo

23a Jornadas 88-90, 2009
Biomecánica del tobillo
Acciones cinesiológicas conjuntas del
miembro inferior
Reacciones gravitacional y reacción antigravitacional
Los músculos de la extremidad inferior han de ser capaces, en primer lugar, de
vencer una resistencia, representada por el peso de todo el cuerpo, que tiende a
plegar los diferentes segmentos que las componen. Una vez conseguido esto han
de ser capaces también de desplazarse, a sí mismos y a todo el cuerpo, sobre la tierra en que se apoyan, cumpliendo un cambio posicional con traslación.
El miembro inferior como unidad funcional
Movimientos combinados monolaterales
La única articulación con capacidad de desplazamiento en los 3 planos es la
cadera. Plano sagitai:Hablando del tobillo se mueve en un plano sagital y desde el
punto de vista mecánico estructural surge el problema entre la rodilla y el tobillo,
puesto que el eje transversal de aquella es horizontal en tanto que el tobillo se dirige hacia atrás y afuera a adelante y adentro, lo que crea una incongruencia entre
ambos ejes. La solución se halla en la articulación subastragalina.
Complejo Periastragalino
No hay que pensar en la articulación del tobillo como en una sola estructura aislada, sino funcionando a nivel mecánico conjunta y sincrónicamente con la articulación subastragalina. Es más si apuramos la mecánica de esta zona, debemos
incluir las articulaciones astrágaloescafoidea y calcaneocuboidea, es decir, la articulación de Chopart.
La articulación subastragalina y la del tobillo se comportan funcionalmente
como un cardán heterocinético (modelo mecánico simplificado). Sus ejes de giro
están situados en planos diferentes, de tal forma que los movimientos que tienen
lugar en cada una de ellas implica el movimiento de la otra.
Biomecánica de la articulación del tobillo
Plano frontal: Cadera y subastragal ina
Plano transverso: todos los movimientos del pie
Movimientos combinados bilaterales
La cadera puede desplazarse en los 3 planos.
Existe una incongruencia entre la rodilla y el tobillo (como en los movimientos
monolaterales). En gran parte compensa la articulación subastragaliana.
Acciones musculares conjuntas
Los músculos de la extremidad iníerior se ven obligados a conseguir a la vez
mantenimiento postura! y acción motora: a utilizar el efecto rotatorio y el efecto
translatorio de las fuerzas que sobre ellos actúan y que ellos crean.
El tobillo
La tibi~t.arsiana es.la articulac.ión ~.ás importante de todo el comp.lejo articular
del retrop1e. Este conJunto de art1culac1ones, con la ayuda de la rotacion axial de la
rodilla, tiene las mismas funciones que una sola articulación de 3 grados de libertad, que permite orientar la bóveda plantar en todas las direcciones para que se
adapte s los accidentes del terreno.
Se trata de una articulación de tipo troclear que se verá reforzada por un sistema
de contención ósea y de retención capsuloligamentosa, con objeto de impedir los
movimientos de varo y valgo del astrágalo dentro de la mortaja tibioperonea.
La conjunción de estos elementos ó~eos, cartilaginosos, ligamentarios y capsulares
constituyen en su conjunto lo que Neer denominó "mecanismo de apresión elástica del
astrágalo". Según este concepto, el astrágalo queda encerrado en un círculo cuyos
topes óseos los forman la pinza maleolar, el pilón tibial y la articulación subastragalina,
en tanto que la sindesmosis tibioperoneal, los ligamentos de la articulación tibioperoneoastragalina y la cápsula articular constituyen el cierre elástico de tal mecanismo.
El arco medial troclear mide unos 120 grados de los que aproximadamente dos
tercios (unos 80 grados) están cubiertos por la mortaja tibia l.
Los 3 ejes principales de este complejo articular se interrumpen aproximadamente en el retropié. Cuando el pie está en posición de referencia, estos 3 ejes son
perpendiulares entre sí.
El eje transversal XX' pasa por los maleolos y corresponde al eje de la articulación tibiotarsiana y condiciona los movimientos de la flexoextensión del pie
que se realizan en el plano sagital.
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El eje longitudinal de la pierna Y es vertical y condiciona los movimientos de
adducción- abducción del pie, que se efectúan en el plano transversal. En
menor medida estos movimientos se localizan en las articulaciones posteriores del tarso.
El eje longitudinal del pie Z es horizontal y pertenece al plano sagital.
Condiciona la orientación de la planta del pie de forma que le permite "mirar"
ya sea directamente hacia abajo, hacia fuera o hacia dentro. Por analogía se le
denomina movimientos de pronación y supinación.
Es una articulación troclear establecida entre la polea astragalina y las porciones
distales de la tibia y el peroné, unidas éstas últimas a través de una potente sindesmosis anterior y posterior. Este sistema ligamentoso no sólo es el encargado de
controlar la estabilidad de la pinza maleolar durante los desplazamientos que tienen lugar al realizarse los movimientos del pie, sino que, además, permite la
correcta transferencia de cargas en la articulación del tobillo. Estas fuerzas procedentes de la articulación del tobillo se repartirán por los sistemas trabeculares que
atraviesan el esqueleto óseo del pie pudiendo ser amortiguadas a través del sistema calcaneoaquileoplantar.
La unión entre la mortaja tibioperonea y el pie se establece a través de los ligamentos lateral intern (deltoideo) y calcaneoperoneo. Esos loigamentos son los responsables de guiar el movimiento del tobillo bajo carga y especialmente en los
desplazamientos anteroposteriores que se producen en la articulación.
De los 3 fascículos que constituyen el ligamento lateral externo, el peroneoastragalino aterior limita el desplazamiento posterior de la tibia a la vez que transmite una
tensión supinadora al astrágalo. El ligamento calcaneoperoneo impide el desplazamiento del astrágalo cuando en posición de flexión dorsal adopta dirección vertical.
Por su parte, el ligamento peroneoastragalino posterior sujeta el astrágalo dorsalmente, limitando la flexión dorsal del pie y el desplazamiento anterior de la pierna.
La articulación del tobillo posee un eje de movimiento oblicuo en relación con los
planos anatómicos del pie. Está orientado de forma que constrituye un ángulo de
aproximadamente de 8 grados con el plano transverso y de 6 grados con el plano
frontal. La inclinación que presenta el eje le permite realizar al tobillo, además de un
movimiento de flexión dorsoplantar, un desplazamiento asociado del astrágalo en el
plano horizontal. Dicho desplazamiento produce un movimiento de aducción en el
transcurso de la flexión plantar y de abducción durante la dorsiflexión.
Cinéticamente, la unión tibioperoneoastragalina se ve sometida a solicitaciones
en tracción en el transcurso de la flexión plantar. Por el contrario, las fuerzas que
tiene que soportar durante la flexión dorsal son debidas a la compresión que se
ejerce en la zona anterior de la articulación.
El excesivo movimiento del valgo del calcáneo es limitado por el maléolo del
peroneo que soporta las fuerzas de compresión lateral de la articulación del tobillo.
Las fuerzas de compresión que se ejercen sobre la articulación del tobillo al realizar la flexión dorsal del pie, unidas a la existencia de una asimetría en la polea
astragalina originan un desplazamiento obligado del peroné.
XXIII JORNADAS CANARIAS DE TRAUMATOLOGÍA Y CIRUGÍA ORTOPÉDICA
© Del documento,los autores. Digitalización realizada por ULPGC. Biblioteca Universitaria,2011.
DR. l. AGUILAR TEJEDOR; DR. R. NAVARRO NAVARRO; DR. J. A. RUÍZ CABALLERO; DR. J. F. JIMÉNEZ DÍAZ; DRA. E. BRITO OJEDA
Biomecánica del tobillo
La marcha y la articulación del tobillo
El movimiento de la articulación del tobillo es imprescindible para lograr la adecuada progresión y absorción del contacto inicial del pie con el suelo durante la
fase de apoyo en la marcha.
En el transcurso de la marcha, la articulación del tobillo realiza 3 arcos de movimiento:
El primero se produce con el contacto inicial del pie con el suelo. En ese
momento la articulación tibioperoneoastragalina se sitúa en posición neutra o
de discreta flexión plantar (de aproximadamente 5 grados).
Cuando comienza a completarse el apoyo de toda la planta del pie, el tobillo
se flexiona dorsal mente constituyendo el segundo arco.
Por último, y justo al terminar la fase de doble apoyo, se produce un movimiento rápido de flexión plantar que colabora con el deplegue del pie.
Estos 3 arcos de movimiento se deben a la carga a la que se ve sometido el pie
durante la marcha y están en relación con la situación del vector fuerza de reacción
del suelo con respecto a la articulación del tobillo.
Asi en el contacto inicial del pie con el suelo el vector se localiza en el talón, por
detrás de la articulación del tobillo, originando un momento de flexión plantar que
tiende a hacer caer todo el pie sobre el suelo. Este primer movimiento de flexión
plantar del tobillo tiene como función amortiguar la carga del peso cuando se produce el contacto inicial del pie con el suelo.
La flexión plantar originada en esta primera fase va a disminuir en intensidad y
pasa a tener un valor cero cuando se inicia la fase de adaptación de la carga.
Biomecánica de la articulación subastragalina
Esta articulación está constituida por 3 uniones anatómicas establecidas
entre la pasión inferior del atrágalo y la dorsal del calcáneo. Las superficies
articulares poseen una compleja configuración, de forma que las superficie articular posterior del calcáneo y la superficie navicular del astrágalo son ovoides
cóncavos.
El complejo articular subastragalino se mueve alrededor de un mismo eje, de
orientación oblicua, que penetra por la región posterolateral del calcáneo, pasa
perpendicular al seno del tarso y sale por la zona superomedial del cuello del astrágalo. El eje, denominado de henke, forma un ángulo de 42 grados con el plano
transverso y de 16 grados con el plano sagital. Esta orientación del eje origina un
movimiento de desplazamiento conjunto de la articulación en los 3 planos del
espacio.
El astrágalo y el calcáneo se mueven en dirección opuesta hasta conseguir la
posición final.
Cuando existe un valgo o exorrotación del calcáneo, éste se sitúa en flexión dorsal-pronación-abducción y el astrágalo compensa dicha orientación colocándose
en flexión plantar-supinación-aducción.
En varo o endorrotación del talón, el calcáneo está en posición de flexión plantar-supinación-aducción y el astrágalo se mueve en flexión dorsal-pronaciónabducción.
El grado de orientación de las superficies articulares afecta la amplitud del movimiento. La superficie articular posterior del calcáneo posee un ángulo de inclinación de 65 grados y un ángulo de declinación de 37 grados aproximadamente.
La estabilidad ósea de la articulación subastragalina se consigue con la posición
en valgo del calcáneo. En esta posición, el contacto y la congruencia entre las
superficies articulares son máximos en la subastragalina posterior.
La unión astrágalocalcánea interviene en los movimientos combinados de inversión-eversión del pie.
Cuando la articulación subastragalina se halla sometida a carga, el astrágalo
será responsable de la mayor parte del movimiento que se produce en los planos
sagital y transverso, mientras que el calcáneo realizará los movimientos en el plano
frontal.
Desde el punto de vista clínico, el grado de movimiento de la articulación subastragalina está representado por un rango de amplitud de 5 a 10 grados para la
eversión y de 25 a 30 grados para la inversión.
La marcha y la articulación subastragalina
En la fase de apoyo que se produce durante la marcha, la articulación subastragalina sufre una mínima inversión en el momento del contacto inicial del talón
con el suelo a la que sigue una eversión en la fase de adaptación a la carga. Esto
es debido a que el cuerpo del calcáneo queda lateral al eje longitudinal de la
tibia.
El peso que tiene que soportar el astrágalo obliga a un movimiento de eversión
de la subastragalina. Se va a producir una rotación del astrágalo que arrastra la
mortaja tibioperonea con él, provocando, consecuentemente, la rotación interna de
la tibia. A partir de este momento se producirá una inversión progresiva de la
subastragalina que llega a su valor máximo (5 grados) al producirse despegue del
primer dedo del pie.
En condiciones normales, el eje de movimiento de la articulación subastragalina
forma un ángulo de 45 grados con el plano transverso. De esta forma, durante la
fase de apoyo de la marcha, cuando el astrágalo se abduce por la rotación interna
de la tibia, el calcáneo realiza un movimiento de pronación.
En posición plantígrada y bajo carga, la rotación interna de la tibia-astrágalo da
lugar a una posición denominada "closed-pack". El calcáneo está pronado (valgo)
y la cabeza del astrágalo se dirige hacia el interior del acetabulum pedís. En esta
posición, los ligamentos astrágalocalcáneo plantar y superomedial se encuentran a
gran tensión.
Cuando bajo carga se produce una rotación externa tibioastragalina, el calcáneo
supina (varo) y la cabeza del astrágalo no tiene tanto contacto con el acetabulum
pedís. El antepié está pronado y los ligamentos plantar y superomedial están
menos tensos
Los músculos encargados de los desplzamientos citados son:
Tibial posterior: varizante y supinador
Peroneos. Valgizantes y pronadores
Tríceps: Supinador
Flexo res dorsales del pie: pronadores
Estabilidad anteroposterior del tobillo y
factores limitantes de la flexoextensión
La amplitud de los movimientos de flexoextensión está detemiinada por el desarrollo de las superficies articulares. Sabiendo que la superficie tibial tiene un desarrollo de 70 grados de arco y que la polea astragalina se extiende de 140 a 150 grados, se puede deducir, por una simple resta que la amplitud global de la flexoextensión es de 70 u 80 grados.
Los factores óseas, capsuloligamentosos y musculares que limitan la flexión y
extensión del tobillo son:
a) La limitación de la flexión
Factores óseos: en la flexión máxima, la cara superior del cuello del astrágalo impacta contra el margen anterior de la superficie tibial.
Factores capsuloligamentosos: la parte posterior de la cápsula se tensa al
igual que los haces posteriores de los ligamentos laterales
Factor muscular. la resistencia tónica del músculo tríceps interviene antes
de los factores precedentes escritos.
b) La limitación de la extensión
Factores óseos: los tubérculos posteriores del astrágalo (sobre todo el
externo). contactan con el margen posterior de la superficie tibia l.
Factores capsuloligamentosos: la parte anterior de la cápsula se tensa al
igual que los haces anteriores de los ligamentos laterales.
Factor muscular. la resistencia tónica de los músculos flexores limita en
primer lugar la extensión.
La estabilidad anteroposterior de la tibiotarsiana y su coartación están aseguradas por la acción de la gravedad que ejerce el astrágalo sobre la superficie tibial
cuyos márgenes anterior y posterior representan unas barreras que impiden que la
polea se escape hacia delante, o con mucha más frecuencia, hacia atrás cuando el
pie extendido contacta con la pierna del suelo.
Los ligamentos laterales aseguran la coaptación pasiva y los músculos actúan
todos como coaptadores activos sobre la articulación intacta .
XXIII JORNADAS CANARIAS DE TRAUMATOLOGÍA Y CIRUGÍA ORTOPÉDICA
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La extremidad distal del peroné se ve obligada a realizar, de forma simultánea,
abducción, ascenso y rotación interna alrededor de su propio eje.
DR. I.AGUll..AR TEJEDOR; DR. R. NAVARRO NAVARRO; DR.J.A. RUÍZ CABALLERO; DR. J. F.,JIMÉNEZ DÍAZ; DRA. E. BRITO OJEDA
La tibiotarsiana es una articulación dotada de un grado de libertad ya que su
propia estructura le impide cualquier movimiento alrededor de uno de sus 2 ejes.
Esta estabilidad se debe a un estrecho acoplamiento, verdadera unión entre espiga
y mortaja: la espiga astragalina está bien sujeta a la mortaja tibioperonea.
Cada rama de la pinza bimaleolar sujetra lateralmente al astrágalo, siempre que
la separación entre el maleolo extereno y el interno permanezca inalterable. Esto
supone, además de la intgridad de los maleolos, la de los ligamentos peroneotibiales inferiores. Además los potentes ligamentos laterales externo e interno impiden
cualquier movimiento de balanceo del astrágalo sobre su eje longitudinal.
La articulación peroneotibial inferior
La tibia y el peroné se articulan por sus dos extremos. Refiriéndonos al tobillo,
se analiza la inferior.
Esta articulación demuestra la ausencia de superficies cartilaginosas, se trata de una
sindsmosis. En la tibia, una superficie cóncava más o menos rugosa, delimitada por la
bifurcación del borde externo del hueso, se opone a la superficie peronea convexa.,
plana o incluso cóncava, por debajo de la cual se localiza la carilla peronea de la tibiotarsiana, flanqueada por la inserción del haz posterior del Ligamento lateral externo.
El ligamento anterior de la peroneotibial inferior, se dirige oblicuamente hacia
abajo y afuera. Su borde inferior ocupa el ángulo externo de la mortaja; de forma
de bisel, la parte anterior de la arista externa de la polea astragalina en los movimientos de flexión del tobillo.
El ligamento posterior, más grueso y ancho, se expande, muy lejos, hacia el maleolo
interno.
Además de los ligamentos peroneotibiales, los dos huesos de la pierna están
unidos por el ligamento interóseo, que se inserta en el borde externo d ela tibia y
en la cara interna del peroné.
La peroneotibial inferior no une directamente los dos huesos: permanecen separados por un tejido celuloadiposo y este espacio se puede ver en una radiografía
anterior o frontal correctamente centrada del tobillo.
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Músculos implicados en la flexión dorsal y
flexión plantar
a) Flexión dorsal:
Tibial anterior
Extensor largo del dedo grueso
· Extenso largo de los dedos
· Peroneo anterior
b) Flexión plantar:
Tibial posterior
Flexor largo de los dedos
Flexor largo del dedo grueso
Tríceps sural: gemeslos surales y sóleo
Plantar delgado
Peroneo lateral largo
Peroneo lateral corto
Bibliografía
1. SERGIO FUCCI, MARIO BENIGNI, VITTORIO FORNASARI. Biomecánica del
aparato locomotor aplicada al acondicionamiento muscular. 3' edición.
2. R. HERNÁNDEZ. Temas de biomecánica y patomecánica.
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4. RODRIGO C. MIRALLES. I.MIRALLES, M. PUIG. MASSON. Biomecánica cínica
del aparato locomotor.
5. M. NÚÑEZ SAMPER, L. F. LLANOS ALCÁZAR. Biomecánica, medicina y cirugía
del pie.
6. Apuntes de anatomía del step 1 medical Kaplan.
XXIII JORNADAS CANARIAS DE TRAUMATOLOGÍA Y CIRUGÍA ORTOPÉDICA
© Del documento,los autores. Digitalización realizada por ULPGC. Biblioteca Universitaria,2011.
Estabilidad transversal de la articulación
tibiotarsana