Biomecânica do joelho

Como ler este capítulo

Fundamento

Biomecânica do joelho é o tema em que a prova cobra frases curtas de livro: "o joelho é um gínglimo e um trocoide", "a flexão é rolamento e deslizamento", "o screw-home é a rotação lateral da tíbia na extensão", "a meniscectomia lateral aumenta mais o estresse". Por trás de cada frase há um mecanismo simples, e quem entende o mecanismo acerta a variação da pergunta.

A seção mais completa sobre o assunto está no Campbell's Operative Orthopaedics, 15ª ed., em dois lugares: a abertura do cap. 50 (Knee Injuries), com a mecânica e a cinemática, os ligamentos, os meniscos e os cruzados, e a seção de biomecânica do cap. 8 (Arthroplasty of the Knee), com o eixo helicoidal, o alinhamento e a patelofemoral. Esses dois capítulos conduzem o texto. O cabeçalho é do HEBERT (Ortopedia e Traumatologia, 5ª ed.), cujo cap. 18 trata da biomecânica aplicada da patelofemoral, e que soma a marcha (cap. 1), os eixos (caps. 22 e 24) e a anatomofisiologia (cap. 63). O Rockwood and Green's Fractures in Adults, 10ª ed., entra na mecânica do aparelho extensor (cap. 60) e na forma dos platôs (cap. 62).

Este resumo não repete a anatomia descritiva, que está no resumo netter-anatomia-joelho, nem a clínica: o exame dos ligamentos está no resumo hebert-exame-joelho; os meniscos em detalhe, no resumo campbell15-meniscos; a instabilidade da patela, no resumo campbell15-instabilidade-femoropatelar; a fratura da patela e as roturas do aparelho extensor, no resumo rockwood10-60-patela-mecanismo-extensor; o canto posterolateral na luxação, no resumo rockwood10-61-luxacao-joelho; o alinhamento na prótese, no resumo campbell15-artroplastia-joelho. Aqui fica o porquê.

A forma que obriga o movimento: côndilos, platôs e o tipo de articulação

Cobrança confirmada · 1 questão

Duas articulações num só joelho

O Campbell's Operative Orthopaedics, 15ª ed. (cap. 50, p. 1983), parte de uma assimetria. O côndilo femoral lateral é mais largo, nos planos anteroposterior e transverso; o medial projeta-se mais distalmente, e é essa projeção que compensa a inclinação entre o eixo mecânico e o anatômico, deixando a linha articular perto da horizontal. Como a superfície articular do côndilo medial, nas rotações, descreve um arco menor que a do lateral, a flexo-extensão produz dois tipos de movimento ao mesmo tempo. Daí a frase que cai literalmente: o joelho tem características de gínglimo (dobradiça) e de trocoide (pivô).

O gínglimo responde pela flexão e extensão no plano sagital. O trocoide responde pela rotação interna e externa, que só existe com o joelho fletido. Com o joelho em extensão completa, nenhuma rotação é possível (Campbell, cap. 50, p. 1983). É a combinação das duas ideias que a banca transforma em alternativa correta: dobradiça e pivô, com a rotação travada em extensão.

Rodas sobre um plano e sobre uma cúpula

Os platôs são quase planos, mas não iguais. O platô medial tem uma concavidade sutil; o lateral, uma convexidade sutil. O Campbell (cap. 50, p. 1984) resume com uma imagem que vale guardar: no lado medial, o fêmur encontra a tíbia como uma roda sobre uma superfície plana; no lateral, como uma roda sobre uma cúpula. As superfícies não são congruentes, e por isso os ligamentos, junto com os meniscos, são indispensáveis à estabilidade.

O HEBERT (cap. 63, Anatomofisiologia) descreve o mesmo de outro ângulo: o compartimento medial é o côndilo femoral convexo sobre o tibial côncavo; o lateral, o côndilo femoral esférico sobre o tibial convexo. A consequência funcional é a peça central de toda a cinemática: o complexo medial, mais estável, funciona como eixo da rotação, enquanto o côndilo lateral esférico percorre o platô convexo como um limpador de para-brisa. O Rockwood and Green's Fractures in Adults, 10ª ed. (cap. 62, Applied Anatomy), confirma pela fratura: o platô medial é côncavo, mais congruente e mais resistente à falha; o lateral é plano ou discretamente convexo, e fica mais alto que o medial, o que explica alguns graus de varo do platô em relação à diáfise.

Por que o fêmur está em valgo e a tíbia em varo

O HEBERT (cap. 63) explica a forma pela carga. O terço distal do fêmur tem angulação em valgo porque precisa alinhar a cabeça femoral, deslocada pelo colo, com o centro do joelho. O terço proximal da tíbia tem angulação em varo porque se comporta como uma barra fixa nas duas extremidades sob compressão axial, que se deforma em cima e embaixo. A interlinha femorotibial deve ficar paralela ao solo, e os desvios estruturais, quando aparecem, acentuam o varo da tíbia ou o valgo do fêmur. Perto do joelho, fêmur e tíbia têm corticais finas em volta de muito osso esponjoso, como o calcâneo: ótimo para absorver e distribuir carga, difícil de reconstruir depois de uma fratura.

O mesmo capítulo lembra a desvantagem mecânica do joelho: as inserções musculares ficam muito perto do fulcro, a interlinha, o que dá braços de momento curtos. A resposta do corpo é uma massa muscular fortíssima, e o preço são as tendinites frequentes. A patela, como se verá, é a peça que diminui essa desvantagem no aparelho extensor.

Rolamento, deslizamento e o eixo helicoidal

Cobrança confirmada · 1 questão

Balanço no começo, deslizamento depois

Os côndilos femorais são curvos de modo excêntrico, achatados na frente (maior superfície de contato e de transmissão de peso) e muito projetados para trás (Campbell, cap. 50, p. 1983), sobre platôs quase planos. Uma dobradiça simples não daria conta dessa geometria. O Campbell (cap. 50, p. 1983) diz que a flexo-extensão é uma combinação de balanço ("rocking") e deslizamento ("gliding"). O balanço, que é o rolamento, se demonstra nos primeiros 20 graus de flexão; depois disso o movimento passa a ser predominantemente de deslizamento. A transição é gradual e progressiva.

A divisão tem lógica funcional. O rolamento perto da extensão atende à estabilidade do joelho na posição em que ele carrega peso; o deslizamento, à medida que a articulação "desenrosca", libera mais rotação. É por isso que o joelho estendido é firme e o fletido é móvel.

O eixo que não é fixo

O Campbell (cap. 8, p. 407) acrescenta o que a radiografia simples não mostra. O movimento do joelho na marcha ocorre nos três planos ("movimento triaxial"). A flexão acontece em torno de um eixo transverso que muda o tempo todo e descreve uma curva em J sobre os côndilos (os centros instantâneos de rotação). Estudos com fluoroscopia dinâmica e tomografia 3D mostraram que esse eixo varia de forma helicoidal no joelho normal.

Os números explicam a palavra helicoidal. Na flexão, o côndilo femoral medial translada em média 2 mm para trás sobre a tíbia, enquanto o lateral translada 21 mm. É um pivô medial: o lado medial quase gira no lugar, o lateral corre para trás. Quando o LCA é seccionado, o eixo fica mais variável, com 5 mm de translação medial e 17 mm lateral. Esse padrão de pivô medial explica as duas rotações acopladas à flexo-extensão: a rotação externa da tíbia na extensão e a rotação interna da tíbia na flexão.

Os meniscos acompanham o movimento

O Campbell (cap. 50, p. 1983) descreve os meniscos deslocando-se discretamente para frente na extensão e para trás na flexão. A ancoragem do menisco medial permite menos mobilidade que a do lateral, e isso pode explicar por que as lesões são mais comuns no medial, sobretudo no joelho sem LCA. Dois músculos protegem os meniscos de ficar presos entre fêmur e tíbia: o poplíteo retrai o lateral e o semimembranáceo retrai o medial. O HEBERT (cap. 63) concorda: o menisco medial acompanha o compartimento medial, mais estável e menos móvel; o lateral, como o compartimento lateral, é mais móvel.

Há uma contradição interna no Campbell que vale conhecer, porque gera alternativas. Na abertura do cap. 50 (p. 1983), os meniscos movem-se com os côndilos femorais na flexo-extensão e com a tíbia nas rotações. Na seção de anatomia meniscal do mesmo capítulo (p. 1996), o texto diz o inverso: seguem os côndilos tibiais na flexo-extensão e o fêmur nas rotações, e é por isso que o menisco medial, preso pelas inserções que seguem a tíbia enquanto o corpo segue o fêmur, se distorce e rompe na rotação. A segunda versão é a que o próprio capítulo usa para explicar o mecanismo de lesão; o detalhe está no resumo campbell15-meniscos.

Screw-home: a rotação terminal que trava o joelho

Cobrança confirmada · 1 questão

O mesmo movimento em dois referenciais

O screw-home ("aparafusar para casa") é a rotação automática que acompanha os últimos graus de extensão e tranca o joelho estendido. O Campbell descreve-o de dois jeitos, e a prova usa os dois.

No cap. 8 (p. 407), com a tíbia como referência: o pivô medial explica a rotação externa da tíbia sobre o fêmur durante a extensão, conhecida como "screw-home mechanism", e a rotação interna da tíbia na flexão. É a frase da questão do TEOT.

No cap. 50 (p. 1983), com o fêmur como referência: a superfície articular do côndilo medial é prolongada anteriormente; ao chegar à extensão completa, o fêmur roda internamente até que a superfície restante do côndilo medial entre em contato, e a parte posterior do côndilo lateral roda para frente lateralmente, produzindo o "screwing home" que trava o joelho em extensão. Para começar a fletir, o joelho destrava por rotação externa do fêmur sobre a tíbia.

Fêmur rodando para dentro sobre a tíbia e tíbia rodando para fora sob o fêmur são o mesmo movimento relativo, descrito com referenciais diferentes. A prova costuma usar a tíbia como referência; se a alternativa falar do fêmur, o sentido se inverte.

Quem guia e quem destrava

O eixo dessa rotação passa perto do côndilo medial e é muito influenciado pelo LCP (Campbell, cap. 50, p. 1983). Na seção do LCP (cap. 50, p. 2095), o Campbell é mais explícito: o LCP é mais vertical que oblíquo, é o eixo em torno do qual ocorre a rotação do joelho e parece guiar o screw-home pela rotação interna do fêmur na extensão terminal.

Para destravar, entra o poplíteo. O Campbell (cap. 50, p. 1986) o chama de rotador medial primário da tíbia nas fases iniciais da flexão: roda a tíbia para dentro (ou o fêmur para fora), desfazendo a rotação terminal, e ainda retrai o menisco lateral para trás. O detalhe anatômico do poplíteo e o papel de "chave" do destravamento estão no resumo netter-anatomia-joelho.

Por que importa na prótese

O Campbell (cap. 8, p. 407) registra que a incapacidade de muitos desenhos antigos de prótese de reproduzir esses movimentos foi uma falha não prevista. O mesmo raciocínio aparece na patelofemoral: a rotação interna da tíbia na flexão centraliza a tuberosidade e diminui o ângulo Q (cap. 8, p. 414), e a extensão, com a rotação externa terminal, faz o contrário.

Os cruzados: bandas, porcentagens e o enrolamento

Fundamento

O que os cruzados fazem em conjunto

Para o Campbell (cap. 50, p. 1994), os cruzados são estabilizadores e, ao mesmo tempo, os eixos em torno dos quais a rotação acontece, normal ou patológica. Restringem a translação anterior e posterior da tíbia e ajudam a controlar as rotações. A regra do enrolamento é simples: a rotação interna da tíbia enrola os cruzados um no outro e os tensiona; a rotação externa os desenrola. Com os colaterais acontece o contrário: na rotação externa os colaterais se cruzam no espaço e se tensionam; na interna ficam mais verticais e frouxos; em rotação neutra nenhum dos quatro está sob tensão incomum. É um antagonismo útil: cruzados seguram a rotação interna, colaterais seguram a externa.

O HEBERT (cap. 63) organiza os ligamentos pela função. Os centrais (LCA e LCP) são os principais estabilizadores anteroposteriores e auxiliam no lado medial e lateral; os periféricos são os principais estabilizadores medial, lateral e rotacional e auxiliam no anteroposterior.

O LCA

O Campbell (cap. 50, p. 2065) dá a porcentagem que cai: o LCA é o restritor primário da translação anterior, com cerca de 85% da resistência à gaveta anterior a 90 graus em rotação neutra. O HEBERT (cap. 63) traz o mesmo número: 85% da estabilização anterior.

As duas bandas recebem o nome da inserção tibial (Campbell, cap. 50, p. 2064): anteromedial (AM) e posterolateral (PL). A AM fica tensa em flexão e é aí o restritor primário; a PL, volumosa, fica tensa em extensão e é a principal resistência à hiperextensão. A tensão do LCA é mínima entre 30 e 40 graus de flexão. O LCA ainda é restritor secundário da rotação tibial e do varo-valgo em extensão completa. O Campbell adverte que reduzir o LCA a duas bandas é simplificação: o ligamento carrega carga em toda a amplitude.

A resistência não tem valor único, porque depende de idade, ângulo e velocidade de carga. O Campbell cita carga última de 1.725 ± 269 N e rigidez de 182 ± 33 N/mm, e em espécimes jovens 2.160 ± 157 N e 242 ± 28 N/mm. O HEBERT (cap. 63) fala em resistência máxima de 35 a 159 kgf, com grande variação individual. O LCA também tem mecanorreceptores, com função proprioceptiva.

O LCP

O LCP tem uma banda anterolateral (ALB) grande, que forma a maior parte do ligamento, e uma posteromedial (PMB) menor (Campbell, cap. 50, p. 2094). A ALB tem maior rigidez e carga última. Classicamente, a ALB funciona em flexão e a PMB em extensão; estudos recentes sugerem uma relação sinérgica e codominante (p. 2095). O HEBERT (cap. 63) mantém a versão clássica: dois folhetos distintos, um tenso em flexão e o outro em extensão.

O LCP responde por 89% da resistência à translação posterior da tíbia (Campbell, cap. 50, p. 2095); o HEBERT (cap. 63) dá 95% da estabilização posterior. Cortá-lo aumenta a gaveta posterior sem mudar a anterior; a rotação não muda em extensão, mas muda em flexão; a maioria das fibras se alonga com a flexão; e ele só freia a hiperextensão depois que o LCA se rompe. Secundariamente, restringe rotações e varo-valgo; os ligamentos meniscofemorais são restritores secundários da translação posterior.

O HEBERT acrescenta a imagem funcional: o LCP impede a posteriorização da tíbia e tem papel desacelerador e frenador, sinérgico ao quadríceps, que é o grande desacelerador dinâmico do joelho. Quanto à força relativa, os livros divergem: para o Campbell (p. 2094), a maioria dos investigadores considera o LCP maior e mais forte que o LCA; para o HEBERT, citando HERNANDEZ, não há diferença de resistência entre os dois, só talvez de elasticidade.

Uma última consequência prática do LCP: com o joelho a 90 graus, a tíbia normal fica 5 a 10 mm à frente do côndilo femoral medial (Campbell, cap. 50, p. 2095); com o LCP roto, esse degrau some. E a inclinação posterior do platô, de 7 a 10 graus no joelho nativo, contrapõe a translação posterior: slope menor aumenta o risco de lesão do LCP. O exame correspondente está no resumo hebert-exame-joelho.

Colaterais, cantos e estabilizadores secundários

Cobrança confirmada · 1 questão

O lado medial

O colateral medial superficial vai do epicôndilo medial até 7 a 10 cm abaixo da interlinha e é o principal estabilizador ao valgo (Campbell, cap. 50, p. 1987). Suas fibras longas são primárias contra valgo e rotação externa, e as anteriores ainda resistem à translação anterior da tíbia em rotação externa. O ligamento desliza para frente sobre o côndilo na extensão e para trás na flexão; as fibras anteriores tensionam com a flexão, enquanto as posteriores ficam frouxas. O colateral medial profundo tem uma parte meniscofemoral (mais longa e forte) e uma meniscotibial (o ligamento coronário) e resiste a valgo e rotação.

O canto posteromedial, com o ligamento oblíquo posterior (POL), é importante para o valgo e a rotação. A cápsula posteromedial e o POL relaxam progressivamente com a flexão, mas a contração do semimembranáceo tensiona os três braços do POL, de modo que há estabilização estática e cinética mesmo com o joelho fletido (Campbell, cap. 50, p. 1987 e 1988). O HEBERT (cap. 63) descreve o complexo medial em dois folhetos, o superficial mais delgado e mais elástico e o profundo mais espesso, o que explica a lesão do profundo com o superficial íntegro, e lembra que o semimembranáceo forma o oblíquo posterior.

A pata de ganso (sartório, grácil e semitendíneo) é flexora primária com influência rotadora interna secundária e protege contra rotação e valgo; cortar o semitendíneo aumenta a frouxidão em valgo a 0 e 30 graus, sobretudo com o POL lesado (Campbell, cap. 50, p. 1984).

O lado lateral e o canto posterolateral

O colateral lateral (fibular), com cerca de 70 mm, é o estabilizador estático primário contra o varo entre 0 e 30 graus de flexão; com mais flexão, perde influência. Também resiste à rotação externa da tíbia, sobretudo perto da extensão (Campbell, cap. 50, p. 1989).

O poplíteo tem três origens (côndilo femoral lateral, fíbula e corno posterior do menisco lateral), e o ligamento arqueado é uma condensação das fibras de origem do poplíteo, não um ligamento separado (Campbell, cap. 50, p. 1986). A origem fibular é o ligamento popliteofibular (PFL), cuja divisão posterior é a mais importante. O Campbell (p. 1993) separa o dinâmico do estático com clareza: o tendão do poplíteo e o PFL resistem à translação posterior, ao varo e à rotação externa; o poplíteo é um rotador interno dinâmico da tíbia, estabilizando sobretudo contra a rotação externa; o PFL é o estabilizador estático do lado lateral e posterolateral contra varo, rotação externa e translação posterior. Os dois são peças obrigatórias de qualquer reconstrução posterolateral.

Completam o lado lateral o ligamento anterolateral, que impede a subluxação anterior do platô lateral, com efeito maior a 30 e 90 graus (p. 1989), as fibras de KAPLAN do trato iliotibial, que restringem a rotação interna da tíbia, sobretudo sem LCA (p. 1986), o bíceps femoral, flexor e rotador externo que estabiliza contra a luxação anterior da tíbia na flexão e contribui ao complexo arqueado (p. 1985), e o ligamento capsular do terço médio, estabilizador secundário importante do varo (p. 1994). O trato iliotibial vai para frente na extensão e para trás na flexão, mas fica tenso nas duas posições (p. 1986).

Primário, secundário e a gaveta que some

O HEBERT (cap. 63) dá números para os secundários: o complexo ligamentar lateral é o principal restritor secundário anteroposterior, com 58% da estabilidade anterior e 64% da posterior quando o cruzado falta. O Campbell (cap. 50, p. 1996 e 1997) dá o equivalente medial: a borda periférica fixa faz do menisco medial um restritor secundário da translação anterior, sobretudo sem LCA; sem LCA, a meniscectomia medial aumenta a translação em 58% a 90 graus, enquanto a lateral não muda a translação anteroposterior primária. O corno posterior do menisco medial funciona como calço sobre o platô, e sua ausência aumenta a instabilidade nos joelhos sem LCA ou sem LCP (p. 1989). Contra a hiperextensão, a principal resistência é a cápsula posteromedial com a posterolateral; os cruzados têm papel menor (p. 1989).

O quadro de instabilidades do Campbell (cap. 50, p. 2026) transforma tudo isso em exame. Valgo que abre em extensão é grande instabilidade, com lesão do colateral medial, cápsula medial, LCA, POL e cápsula posterior medial, sugerindo também o LCP; valgo que abre só a 30 graus indica lesão limitada aos ligamentos do compartimento medial. Varo em extensão envolve cápsula lateral, colateral lateral, bíceps, trato iliotibial, complexo arqueado-poplíteo, PFL, LCA e muitas vezes LCP. E a gaveta anterior some quando a tíbia é rodada internamente, porque o LCP fica tenso nessa posição: é o enrolamento dos cruzados aparecendo no exame.

Meniscos: carga, tensão circunferencial e o preço da meniscectomia

Cobrança confirmada · 1 questão

Por que um anel de fibrocartilagem carrega tanto peso

O Campbell (cap. 50, p. 1997) dá a ordem de grandeza: em pé, os meniscos transmitem de 40% a 60% do peso sobreposto. Sob cargas de até 150 kg, o menisco lateral carrega 70% da carga daquele lado; no lado medial, a carga é dividida quase igualmente entre o menisco e a cartilagem exposta. A função primária costuma ser descrita como absorção de choque, mas o menisco também enche a incongruência entre fêmur e tíbia, ajuda a lubrificar e nutrir a cartilagem, estabiliza em todos os planos (sobretudo na rotação) e é provavelmente essencial para a transição suave de dobradiça pura para deslizamento e rotação quando o joelho sai da extensão.

O mecanismo está na arquitetura (Campbell, cap. 50, p. 1995). As fibras de colágeno são predominantemente circunferenciais, com fibras radiais e perfurantes em menor número. Quando o fêmur comprime o menisco contra a tíbia, nasce uma força radial que tende a expulsar o menisco para fora do espaço articular. As fibras circunferenciais respondem com tensão circunferencial ("hoop tension"), como os aros de metal de um barril de madeira sob pressão, que mantêm as aduelas no lugar. Essa tensão é transmitida à tíbia pelas inserções anterior e posterior (as raízes). Por isso a compressão vira tração ao longo do anel, e a carga se espalha por uma área maior.

O que destrói a tensão

Duas lesões desmontam o aro inteiro (Campbell, cap. 50, p. 1995). Um único corte radial que chega à margem capsular acaba com a tensão circunferencial, e, em termos de carga, equivale a uma meniscectomia. A lesão da raiz tem o mesmo efeito. O teste mecânico confirma: forçar o menisco perpendicularmente às fibras reduz a resistência a menos de 10%, porque o colágeno resiste sobretudo à tração ao longo das próprias fibras.

Meniscectomia medial contra lateral

A questão clássica compara os dois lados, e a resposta vem da forma do platô (Campbell, cap. 50, p. 1997):

O Campbell atribui a diferença à convexidade relativa do platô lateral. No lado medial, o côndilo encontra um platô côncavo, e a cartilagem exposta já dividia a carga quase meio a meio com o menisco. No lado lateral, o côndilo encontra um platô convexo, e o menisco carregava 70% da carga do compartimento. Tirado o menisco lateral, a área perdida é menor em porcentagem, mas a carga passa a cair sobre o contato de duas superfícies convexas, e o estresse dispara para 200 a 300%.

O desfecho é a artrose descrita por FAIRBANK: estreitamento do espaço (de início pela perda do efeito espaçador, cerca de 1 mm), achatamento do côndilo e osteófitos. Em lesões que destroem a função, como as radiais e as de raiz, a força de contato aumentada pode produzir lesões de medula óssea e alterações de osteonecrose espontânea (Campbell, cap. 50, p. 1997). A classificação, o reparo e a conduta estão no resumo campbell15-meniscos.

Aparelho extensor: braço de alavanca, torque e a extensão terminal

Cobrança confirmada · 1 questão

A patela como alavanca

O Campbell (cap. 8, p. 412 e 413) define a função primária da patela: otimizar o braço de alavanca do aparelho extensor, melhorando a eficiência da contração do quadríceps. Os tendões do quadríceps e da patela inserem-se na face anterior da patela, e a espessura da patela afasta os vetores de força do centro de rotação do joelho. Esse afastamento, o próprio braço de alavanca, muda ao longo do arco de movimento, conforme a geometria da tróclea, as áreas de contato e o centro de rotação variável.

O Rockwood and Green (cap. 60, Biomechanics of the Extensor Mechanism) divide a patela em duas funções. A de ligação: partindo da flexão total, a patela liga o quadríceps ao tendão patelar e transmite o torque à tíbia, com forças que no homem jovem passam de 6.000 N, perto de oito vezes o peso; a 135 graus a ligação se faz pelo contato amplo da tróclea com as facetas e com a face posterior do tendão do quadríceps. A de deslocamento: afastar o tendão do centro de rotação, aumentando o braço de momento e a força de extensão em até 50%, conforme o ângulo.

Onde o quadríceps trabalha mais

Aqui os livros dão números que parecem conflitar, mas medem coisas diferentes.

O Campbell (cap. 8, p. 413) diz que o braço de alavanca extensor é máximo entre 20 e 30 graus de flexão, e que a força do quadríceps necessária aumenta muito nos últimos 20 graus de extensão, porque cada vez menos patela está em contato com a tróclea.

O Rockwood and Green (cap. 60) diz que a função de deslocamento é mais crítica de 45 graus até a extensão terminal: é preciso o dobro do torque para estender os últimos 15 graus do que para trazer o joelho da flexão total até 15 graus, e é o deslocamento patelar que fornece os 60% adicionais de torque desses últimos 15 graus.

O HEBERT (cap. 18), citando MAGEE, diz que a patela melhora a eficiência da extensão nos últimos 30 graus. E acrescenta um detalhe útil para a reabilitação: as forças no tendão do quadríceps e no ligamento da patela não são iguais ao longo da amplitude; igualam-se por volta de 45 graus, e na extensão final a força no ligamento da patela é maior que a do quadríceps, por vantagem mecânica. Por isso, exercícios de extensão terminal irritam o tendão patelar.

A síntese: o braço de alavanca é ótimo por volta de 20 a 30 graus, mas a demanda de torque do quadríceps é máxima nos últimos 15 a 20 graus de extensão, a faixa em que a patela perde contato com a tróclea e em que, sem a patela, o quadríceps não conseguiria completar o movimento.

A arquitetura do quadríceps

O Rockwood and Green (cap. 60, Soft Tissue Anatomy) dá os ângulos de inserção que explicam o vetor lateral da patela: o vasto lateral insere-se a cerca de 30 graus do eixo do fêmur; o vasto medial longo, a 15 a 18 graus; o vasto medial oblíquo (VMO), a 50 a 55 graus; o reto femoral corre 7 a 10 graus medialmente. O HEBERT (cap. 18) completa: o VMO é incapaz de estender o joelho sozinho, mas é essencial como contenção dinâmica contra a lateralização; se a inserção passar de 55 graus, o efeito estabilizador cai. O Campbell (cap. 8, p. 413) acrescenta que o quadríceps age, em geral, na linha do eixo anatômico do fêmur, exceto o VMO, que medializa a patela na extensão terminal.

O retináculo e o trato iliotibial são extensores secundários (Rockwood and Green, cap. 60); a aplicação às fraturas está no resumo rockwood10-60-patela-mecanismo-extensor.

Força de reação patelofemoral e as áreas de contato

Fundamento

De onde vem a compressão

O HEBERT (cap. 18) monta o diagrama de forças. A contração do quadríceps puxa a patela para cima; o ligamento da patela a puxa para baixo. A resultante dessas duas trações é um vetor dirigido posteriormente, que comprime a patela contra o fêmur: é a força de reação da articulação patelofemoral (FRAPF), igual e oposta a essa resultante. A FRAPF aumenta com a flexão por dois motivos: o ângulo entre o quadríceps e o ligamento da patela fica mais agudo, aumentando a resultante; e os braços de alavanca efetivos do fêmur e da tíbia crescem, exigindo mais quadríceps contra o momento flexor do peso. O Campbell (cap. 8, p. 413) diz o mesmo: em pé, a força de reação aumenta com a flexão porque os vetores do quadríceps e do tendão patelar ficam mais paralelos à força de reação. Abaixo de 30 graus, mesmo uma contração potente não produz compressão extrema, porque o ângulo entre os dois vetores é pequeno (HEBERT, cap. 18).

O Rockwood and Green (cap. 60) lembra que, pela área pequena de contato, o estresse de contato patelofemoral pode ser maior que o de qualquer outra articulação de carga do corpo. O resumo rockwood10-60-patela-mecanismo-extensor traz a questão que cobrou a carga ao descer escadas.

O contato migra com a flexão

O que salva a cartilagem é a área de contato crescer junto com a força. O HEBERT (cap. 18) mostra que, em cadeia fechada (agachamento), braço flexor, tensão do quadríceps, tensão do ligamento, FRAPF e área de contato crescem proporcionalmente com a flexão, e a carga por unidade de área fica mais constante. Na cadeia aberta (cadeira extensora), é o contrário: a resistência é máxima com a perna paralela ao solo, a força do quadríceps cresce até a extensão máxima e a área de contato diminui, concentrando pressão numa área pequena. Daí a orientação do capítulo: exercícios em cadeia aberta são mais seguros de 90 a 50 graus e de 10 a 0 graus; em cadeia fechada, por volta de 45 graus.

A sequência do contato tem pequenas diferenças entre os livros:

Na excursão total, a patela percorre 7 a 8 cm em relação aos côndilos (Campbell, cap. 50, p. 1984); o HEBERT (cap. 18) fala em 5 a 7 cm no sulco. Só dois terços da patela são articulares, com até sete facetas, e a excursão se faz mais por arrasto do que por congruência (HEBERT, cap. 63).

Ângulo Q e o vetor lateral da patela

Cobrança confirmada · 2 questões

A definição

O HEBERT (cap. 16) mede o ângulo Q com o joelho em extensão, entre a linha que vai da espinha ilíaca anterossuperior ao centro da patela e a linha do centro da patela ao centro do tubérculo tibial. O Campbell (cap. 8, p. 413), citando HVID, define-o entre o eixo anatômico estendido do fêmur e a linha centro da patela a tubérculo tibial, desenhando as mesmas duas linhas. Valores acima de 15 graus no homem e 20 na mulher são anormais (Campbell, cap. 8, p. 421). Os limites do Netter e a relação com o TT-TG estão nos resumos netter-anatomia-joelho e campbell15-instabilidade-femoropatelar.

O sentido físico é o de um arco com corda. O quadríceps puxa na direção do eixo do fêmur, o tendão patelar puxa na direção da tuberosidade; quanto mais aberto o ângulo entre as duas, maior a resultante lateral sobre a patela. O Campbell (cap. 8, p. 413 e 421) diz que membros com ângulo Q maior têm maior tendência à subluxação lateral, e que qualquer condição que aumente o ângulo Q aumenta a força lateral sobre a patela. Como a patela só contata a tróclea no início da flexão, a subluxação lateral nessa faixa é resistida sobretudo pelo VMO; com mais flexão, o osso passa a dominar. O HEBERT (cap. 16) acrescenta que o ligamento patelofemoral medial responde por 50 a 60% da força medial de estabilização, com atuação principal em extensão completa.

O HEBERT (cap. 18) faz uma ressalva honesta: parte-se do pressuposto de que quanto maior o ângulo Q, maior o momento lateral, mas a relação direta do ângulo Q com a incidência de disfunção patelofemoral não está bem estabelecida cientificamente.

O que aumenta o ângulo Q

Tudo o que leva a tuberosidade para fora ou o joelho para dentro abre o ângulo:

• Geno valgo e deformidades rotacionais por anteversão femoral ou torção tibial externa aumentam o ângulo do quadríceps e geram força em valgo sobre a patela (Campbell, cap. 52, p. 2194).
• Lateralização da tuberosidade da tíbia: na prótese, a rotação interna do componente tibial lateraliza a tuberosidade e aumenta o ângulo Q, com tendência à subluxação lateral (Campbell, cap. 8, p. 445).
• Valgo dinâmico: quadril fraco que não controla adução e rotação interna leva o joelho ao valgo e o pé à pronação, aumentando o ângulo Q (HEBERT, cap. 18).
• Pronação excessiva do pé: eversão na subtalar com rotação interna obrigatória da tíbia e do fêmur, ampliando o vetor lateral em valgo (HEBERT, cap. 18).

E o que diminui: a rotação interna da tíbia na flexão centraliza a tuberosidade e reduz o ângulo Q (Campbell, cap. 8, p. 414). É a outra face do screw-home: a extensão terminal, com a tíbia em rotação externa, é a posição de maior ângulo Q, justamente a faixa em que a patela ainda não entrou na tróclea.

Eixos mecânico e anatômico e a distribuição de carga

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As definições

O HEBERT (cap. 22) separa os dois conceitos. O eixo anatômico de um osso longo é o eixo da diáfise. O eixo mecânico é a reta que une os centros das articulações proximal e distal. Na tíbia, os dois praticamente coincidem; no fêmur, são diferentes e convergem distalmente. Para o membro inteiro, o eixo mecânico, que vem dos estudos de PAUWELS e MAQUET, vai do centro da cabeça femoral ao centro do tornozelo e representa o trajeto da transmissão de carga. Se o eixo anatômico é o aspecto mais visível do alinhamento, o mecânico é o seu substrato funcional. A avaliação é pela radiografia panorâmica com carga, patelas para a frente.

O Campbell (cap. 8, p. 410) traz os ângulos do esquema clássico: o eixo mecânico do membro fica em 3 graus de valgo em relação ao vertical do corpo; o eixo anatômico do fêmur, em 6 graus de valgo em relação ao mecânico e 9 graus em relação ao vertical; o eixo anatômico da tíbia, em 2 a 3 graus de varo em relação ao vertical. Os eixos anatômicos de fêmur e tíbia formam um valgo de 6 ± 2 graus. A superfície articular da tíbia fica em cerca de 3 graus de varo em relação ao eixo mecânico, e a do fêmur, em 9 graus de valgo correspondentes.

Para que lado vai a carga

O Campbell (cap. 8, p. 410) define o neutro pelo eixo mecânico passando pelo centro do joelho; se passa lateral ao centro, o joelho está em valgo; se passa medial, em varo. O HEBERT (cap. 24) começa pela mesma regra, mas registra que, nos estudos, o eixo mecânico normal passa medialmente ao centro do joelho, 6 a 7 mm; o cap. 22 dá 8,0 ± 7,0 mm medial. É essa posição medial do eixo que explica por que, mesmo no joelho normal, o compartimento medial recebe mais carga.

O HEBERT (cap. 24) conclui a cadeia: quadril (esférico) e tornozelo (com a subtalar logo abaixo) toleram melhor os desvios; o joelho é a articulação mais vulnerável à mudança entre eixo mecânico e superfície articular. No varo, o eixo passa medial e sobrecarrega o compartimento medial; no valgo, passa lateral e sobrecarrega o lateral; a concentração de forças num compartimento leva à artropatia degenerativa. Por isso a osteotomia do joelho varo procura levar o eixo mecânico para um ponto a 62,5% da interlinha a partir do bordo medial da tíbia (HEBERT, cap. 16), descarregando o medial.

Quanto peso passa pelo joelho

O Campbell (cap. 11, p. 514), ao explicar por que a prótese do tornozelo é mais difícil, compara: na marcha normal, o tornozelo recebe 5,5 vezes o peso corporal, contra três vezes o peso no joelho. É o número mais próximo do que a prova pede. Somado à posição medial do eixo mecânico, sustenta a combinação "cerca de três vezes o peso, com mais carga no compartimento medial".

Forças e movimento do joelho na marcha

Fundamento

A curva sagital: duas ondas de flexão

O HEBERT (cap. 1) descreve o padrão do joelho na marcha normal como dupla onda de flexão. No contato inicial, o joelho está em extensão neutra. Na resposta à carga vem a primeira onda, uma flexão de 15 a 20 graus, que absorve o choque e limita a excursão vertical do centro de massa. Depois o joelho estende gradualmente até cerca de 3 graus de flexão, alcançados aos 40% do ciclo, na primeira metade do apoio terminal (o texto do capítulo fala em extensão máxima de 0 a 5 graus no apoio terminal). A segunda onda começa no fim do apoio terminal; ao fim do pré-balanço o joelho já está em cerca de 40 graus. O pico de flexão, cerca de 60 graus, ocorre no balanço inicial, para o pé passar. A extensão recomeça no balanço médio e se completa no balanço terminal.

O Campbell (cap. 8, p. 407) dá números próximos, de outros estudos: a marcha exige 67 graus de flexão no balanço; na figura do eletrogoniômetro, cerca de 70 graus no balanço e 20 no apoio, com cerca de 10 graus de abdução-adução e 10 a 15 graus de rotação interna e externa em cada ciclo. Para outras atividades: 83 graus para subir escada, 90 para descer, 93 para levantar da cadeira.

A cinética: o momento externo decide quem trabalha

A chave do HEBERT (cap. 1) é a posição da força de reação ao solo em relação ao centro do joelho. Quando ela passa atrás do joelho, cria um momento externo flexor, que precisa ser controlado por um momento interno extensor (quadríceps). Quando passa à frente, cria um momento externo extensor, e a extensão acontece sem quadríceps, contida por estruturas posteriores.

Na resposta à carga, o joelho faz também um leve valgo, e o primeiro rolamento do tornozelo é o que leva a força de reação para trás do joelho (HEBERT, cap. 1). No médio apoio, o recurvato é evitado pelas estruturas posteriores, isquiotibiais, cápsula e ligamentos (momento interno flexor). E o gastrocnêmio é o propulsor mais importante da marcha normal, seguido pelos flexores e extensores do quadril. A análise da marcha como um todo, com os rolamentos do tornozelo, está no resumo hebert-biomecanica-pe.

Fechamento

Fundamento

A biomecânica do joelho se organiza em cinco ideias, e cada questão do tema cai numa delas.

A forma manda no movimento. Côndilo medial com arco menor, platô medial côncavo e lateral convexo: o medial é o pivô, o lateral é o limpador de para-brisa. Daí o gínglimo com trocoide, sem rotação em extensão completa (Campbell, cap. 50, p. 1983).

A flexão é mista. Rolamento nos primeiros 20 graus, depois deslizamento; o eixo é helicoidal, com 2 mm de translação medial contra 21 mm lateral (Campbell, cap. 8, p. 407). O pivô medial gera o screw-home: na extensão final, a tíbia roda para fora (ou o fêmur para dentro), guiada pelo LCP, e o poplíteo destrava.

Cada ligamento tem a sua faixa. LCA 85% da gaveta anterior, banda AM em flexão, PL em extensão, tensão mínima a 30 a 40 graus; LCP 89% (HEBERT, 95%) da posterior; colateral lateral primário em varo de 0 a 30 graus; popliteofibular estático contra posterior, varo e rotação externa; rotação interna enrola os cruzados, rotação externa tensiona os colaterais.

O menisco é um aro. Carrega 40 a 60% do peso pela tensão circunferencial; corte radial completo ou lesão de raiz equivalem a meniscectomia; a lateral perde menos área (40 a 50%) e ganha mais estresse (200 a 300%).

A patela é alavanca; o eixo é carga. Braço extensor máximo a 20 a 30 graus, mas o dobro do torque nos últimos 15 graus; força patelofemoral de 2 a 8 vezes o peso, crescendo com a flexão junto com a área de contato. Ângulo Q aumentado por valgo, anteversão e tuberosidade lateral. O eixo mecânico passa medial ao centro do joelho, que recebe cerca de três vezes o peso na marcha, mais no compartimento medial.