Experimental evaluation of 3-dimensional kinematic behavior of the cruciate ligaments

PURPOSE: The purpose of this study was to evaluate a low-cost and easily reproducible technique for biomechanical studies in cadavers. In this kind of study, the natural effect of loading of the joint and shear forces are not taken into account. The objective is to describe the plastic deformation of the ligaments into 3-dimensional space. METHOD: For 18 intact human cadaver knees, the cruciate ligaments were divided into 3 fiber bundles, the tibial or femoral fixation points were marked, and 2 perpendicular different x-ray exposures were performed, thus obtaining radiographs of spatial projections of the bundle in 3 anatomic planes (frontal, sagittal, and transversal). From the measurements made on the x-ray films, we obtained the average distance between the 2 fixation points of the cruciate ligaments on the tibia and the femur at 4 different flexion angles. RESULTS: The distance between the fixation points of the medial and lateral fiber bundles of the cruciate ligaments did not change significantly during movement. There were, however, significant variations (P < .05) in the distance between the fixation points of the posterior fiber bundles of the anterior cruciate ligament and the anterior fiber bundles of the posterior cruciate ligament. CONCLUSIONS: This technique was efficient for demonstrating the plastic deformability of the cruciate ligaments. The results proceeding from this type of study can assist in the planning of physical rehabilitation programs.

OBJETIVO: Este trabalho sugere uma técnica de baixo custo e de fácil reprodutibilidade para o estudo biomecânico em cadáveres. Neste tipo de estudo os efeitos das cargas naturais na articulação não são estudados. O objetivo é descrever a deformação plástica dos ligamentos no espaço tridimensional. MÉTODO: 18 joelhos provenientes de cadáveres humanos tiveram seus ligamentos cruzados divididos em três feixes de fibras cada e suas respectivas fixações tibiais e femorais marcadas, quando foram submetidos a duas exposições radiográficas perpendiculares para podermos obter uma projeção dos ligamentos nos três planos anatômicos (frontal, sagital e transversal). Através das medidas feitas nas radiografias nós obtivemos a média da distância entre os pontos de fixação na tíbia e no fêmur em quatro diferentes graus de flexão. RESULTADOS: Analisando os dados nós observamos que a distância entre os pontos de fixação dos feixes medial e lateral de ambos os ligamentos cruzados não alterou de forma significativa durante o movimento. Contudo, houve variação significativa (p>0.05) na distância entre os pontos de fixação do feixe posterior do ligamento cruzado anterior e do feixe anterior do ligamento cruzado posterior. CONCLUSÕES: A técnica foi eficiente ao demonstrar a deformação plástica dos ligamentos cruzados. Os resultados provenientes deste tipo de estudo podem auxiliar no planejamento de programas de reabilitação física.

Análise comparativa das propriedades mecânicas do ligamento da patela e do tendäo calcâneo - Estudo experimental em cadáveres humanos / Comparative analysis of mechanical properties of the patellar ligaments and calcaneus tendon - Experimental study in human cadavers

Com a finalidade de se estabelecer comparaçäo entre as propriedades mecânicas do ligamento da patela e do tendäo calcâneo foram realizados ensaios de traçäo em material obtido de 25 cadáveres humanos (50 ligamentos da patela e 50 tendöes calcâneos). A idade dos doadores foi de 58 ñ 14 anos (33-85), sendo 19 (76 por cento) masculinos e 6 (24 por cento) femininos, 23 brancos (92 por cento) e dois negros (8 por cento), com índice de massa do corpo (IMC) de 22 ñ 4 kg/m² (13-28). Os materiais foram testados em seus 10 mm centrais, com o uso de garras especialmente desenvolvidos e velocidade de aplicaçäo de carga de 30 mm/min. Foi obtida a área de secçäo dos corpos de prova para que além das propriedades estruturais também fossem avaliadas as propriedades materiais. Além do diagrama carga-alongamento foram estudadas as seguintes variáveis: carga máxima (N), tensäo (MPa), módulo de elasticidade (MPa), energia (Nm), energia por área (Nm/m²), alongamento absoluto (mm) e específico (m/m), limite de proporcionalidade (N), além da tensäo (MPa) e alongamentos neste ponto. A análise estatística comparativa entre os dois materiais permitiu concluir que ambos possuem carga máxima, limite de proporcionalidade e tensäo semelhantes. Nas outras variáveis ocorreu diferença significativa com o tendäo calcâneo apresentando valores maiores para energia e alongamento. O módulo de elasticidade, significativamente maior no ligamento da patela, foi a variável que melhor caracterizou a diferença do comportamento mecânico dos dois materiais. Foram também estabelecidas correlaçöes entre carga máxima, limite de proporcionalidade e módulo de elasticidade, e a idade e o índice de massa do corpo (IMC). O resultado foi negativo para a idade e positivo para o IMC, com exceçäo do módulo de elasticidade do tendäo calcâneo. Com relaçäo ao local e padräo de ruptura, no ligamento da patela houve predomínio de falência na inserçäo óssea da patela e no tendäo calcâneo na substância e inserçäo óssea distal.

Seria o ligamento cruzado posterior o principal estabilizador do joelho? / Would the cruciate posterior ligament be the main knee stabilizer?

O ligamento cruzado posterior (LCP) é comumente descrito como o estabilizados de maior importância no joelho, mas estudos clínicos têm mostrado que lesöes isoladas do LCP têm melhor prognóstico do que lesöes isoladas do ligamento cruzado anterior (LCA), tido como menos importante. Apesar desse conceito, existe número bem maior de trabalhos biomecânicos sobre o LCA do que sobre o LCP; tal fato motivou nosso estudo. Os autores estudaram os ligamentos cruzados anterior e posterior de 40 joelhos de cadáveres e concluíram que a constante de proporcionalidade e a força máxima dos ligamentos cruzados säo semelhantes entre si. A partir desses resultados, pode-se inferir que a importância relativa do ligamento cruzado posterior foi hiperestimada no passado. Os autores também demonstram que a resistência máxima decresce proporcionalmente à idade, de maneira semelhante para ambos os ligamentos cruzados.