Descripción de un modelo biomecánico en especímenes cadavéricos para el estudio de las presiones intra-articulares del codo en posición funcional estática: 90º de flexión y pronosupinación neutra

Abstract

La la majoria de les activitats manuals diàries es realitzen amb l’articulació del colze en la posició de flexió. En aquest sentit, és important comprendre com participen en la distribució de la pressió articular els músculs que tenen l’origen i la inserció anatòmica al voltant del colze i que son els responsables tan de la seva posició com de la mobilitat del canell i dels dits de la mà. Molts estudis biomecànics previs han publicat la distribució de les pressions intra-articulars del colze (Ahmed and Burke, 1983; Amis et al., 1980; Anderson, 1978; Bachus et al., 2006; Bernstein et al., 2000; Bryce and Armstrong, 2008; Chantelot et al., 1998; Chantelot et al., 2008; Eckstein et al., 1994; Halls and Travill, 1964; Willing et al., 2013; Donkers et al., 1993) en la posició d’extensió (Chantelot et al., 2008; Diab et al., 2005; Halls and Travill, 1964; Tillmann, 1978) però considerant només l’articulació humero-radial (Diab et al., 2005; Morrey et al., 1988; Ofuchi et al., 2001; Sahu et al., 2017). D’altra banda, els estudis biomecànics del colze que han considerat l’articulació humero-cubital (Chantelot et al., 2008; Goel et al., 1982; Halls and Travill, 1964) son difícils de comparar perquè existeixen moltes diferències entre les metodologies utilitzades (Ahmed and Burke, 1983; Diab et al., 2005; Eckstein et al., 1994; Eckstein et al., 1993; Goel et al., 1982; Morrey et al., 1988; Ofuchi et al., 2001; Paredes-Madrid et al., 2011; Willing et al., 2013).

L’objectiu d’aquest estudi ha sigut avaluar les pressions articulars del colze mitjançant un sistema que reprodueix experimentalment l’efecte de la contracció muscular amb la càrrega de diferents pesos en la posició de flexió del colze a 90º. S’han dissecat anatòmicament deu extremitats superiors criopreservades mantenint intactes les insercions tendinoses i els teixits capsulolligamentosos periarticulars. Els espècimens han estat col·locats en un aparell dissenyat específicament per a la seva subjecció en la posició de 90º de flexió del colze, pronosupinació neutra de l’avantbraç i extensió del canell a 0º. Les pressions intrarticulares han estat mesurades amb els sensors Tekscan® B-201. S’ha enregistrat la pressió articular en els 6 compartiments articulars del colze i s’han determinat els canvis de pressió en cada un d’ells depenent dels moments de força generats per la càrrega dels tendons.

En absència de càrrega dels tendons, el compartiment humero-radial ha sigut el que menys pressió ha enregistrat, mentre que el compartiment humero-cubital anterolateral ha sigut el que ha estat sotmès a una pressió més elevada. Després de la càrrega dels tendons del grup muscular epitroclear fins a un màxim de 5kg, la pressió articular a l’articulació humero-cubital ha augmentat al compartiment anteromedial (0,6 kg a 3,3kg) i ha disminuït als compartiments posteromedials i anterolateral (4,2kg a 0,3kg i 4,2kg a 0.9kg, respectivament). Després de la mateix procés de càrrega dels tendons del grup muscular epicondilar, la pressió articular ha augmentat als compartiments humero-cubital anterolateral i humero-radial (4,2kg a 8,2kg i 0,2 a 1kg respectivament), però ha disminuït al compartiment humero-cubital posterolateral (3,4kg a 1,0 kg).

Conèixer el patró de distribució de la pressió articular generat per cada múscul pot ser de gran utilitat a l’hora d’establir futurs protocols clínics i terapèutics que tinguin per objectiu modificar les càrregues de pressió sobre compartiments articulars humero-cubitals i/o humero-radials específics, com per exemple en el context de patologies articular posttraumàtica del colze que requereixen la implantació de pròtesis del cap del radi o d’una pròtesis total del colze.

La mayoría de las actividades manuales diarias se realizan con la articulación del codo en una posición de flexión. En este sentido, es importante comprender como participan en la distribución de la presión articularlos músculos que tienen su origen e inserción anatómica alrededor del codo y que son los responsables tanto de su posición como de la movilidad de la muñeca y la mano. Muchos estudios biomecánicos previos han publicado la distribución de las presiones intra-articulares del codo (Ahmed and Burke, 1983; Amis et al., 1980; Anderson, 1978; Bachus et al., 2006; Bernstein et al., 2000; Bryce and Armstrong, 2008; Chantelot et al., 1998; Chantelot et al., 2008; Eckstein et al., 1994; Halls and Travill, 1964; Willing et al., 2013; Donkers et al., 1993) en la posición de extensión (Chantelot et al., 2008; Diab et al., 2005; Halls and Travill, 1964; Tillmann, 1978) pero considerando únicamente la articulación humero-radial (Diab et al., 2005; Morrey et al., 1988; Ofuchi et al., 2001; Sahu et al., 2017). Otros estudios biomecánicos del codo que han considerado la articulación humero-cubital (Chantelot et al., 2008; Goel et al., 1982; Halls and Travill, 1964) son de difícil comparación porque existen muchas diferencias entre las metodologías utilizadas (Ahmed and Burke, 1983; Diab et al., 2005; Eckstein et al., 1994; Eckstein et al., 1993; Goel et al., 1982; Morrey et al., 1988; Ofuchi et al., 2001; Paredes-Madrid et al., 2011; Willing et al., 2013).

El objetivo de este estudio ha sido determinar las presiones articulares del codo mediante un sistema que reproduce experimentalmente el efecto de la contracción muscular con la carga de múltiples pesos en la posición de flexión del codo a 90º. Se han disecado anatómicamente diez extremidades superiores criopreservadas manteniendo intactas las inserciones tendinosas y los tejidos capsuloligamentosos periarticulares. Los especímenes se han colocado en un dispositivo diseñado específicamente para su sujeción en la posición de 90º de flexión del codo, pronosupinación neutra del antebrazo y extensión de muñeca a 0º. Las presiones intra-articulares se han medido con los sensores Tekscan® B-201. Se ha registrado la presión articular en los seis compartimentos articulares del codo y se han determinado los cambios de presión en cada uno de ellos dependiendo de los momentos de fuerza generados por la carga de los tendones.

En ausencia de carga de los tendones, el compartimento humero-radial ha sido el que menos presión ha registrado, mientras que el compartimento humero-cubital anterolateral ha sido el ha estado sometido a una presión más elevada. Tras la carga de los tendones del grupo muscular epitroclear hasta un máximo de 5kg, la presión articular en la articulación humero-cubital ha incrementado en el compartimento anteromedial (0,6 kg a 3,3kg) y ha disminuido en los compartimentos posteromediales y anterolateral (4,2kg a 0,3kg y 4,2kg a 0.9kg, respectivamente). Tras el mismo proceso de carga de los tendones del grupo muscular epicondilar, la presión articular ha aumentado en los compartimentos humero-cubital anterolateral y humero-radial (4,2kg a 8,2kg y 0,2 a 1kg respectivament), però ha disminuido en el compartimento humero-cubital posterolateral (3,4kg a 1,0 kg).

Conocer el patrón de distribución de la presión articular generado por cada músculo puede ser de gran ayuda a la hora de establecer futuros protocolos clínicos y terapéuticos que tengan por objectivo modificar las cargas de presión sobre compartimentos humero-radiales y/o humero-cubitales específicos, como por ejemplo, en el contexto de patologías articulares postraumàticas del codo que requieren la implantación de una prótesis de la cabeza del radio o de una prótesis total de codo.

Elbow flexion is useful for sufficient elbow function and hand movement during daily activities. In this sense, it is important to understand the effects of the muscles that cross these joints and the distribution of pressures within them. Many biomechanical studies have reported the distribution of pressures in the elbow (Ahmed and Burke, 1983; Amis et al., 1980; Anderson, 1978; Bachus et al., 2006; Bernstein et al., 2000; Bryce and Armstrong, 2008; Chantelot et al., 1998; Chantelot et al., 2008; Eckstein et al., 1994; Halls and Travill, 1964; Willing et al., 2013; Donkers et al., 1993) with the elbow extended (Chantelot et al., 2008; Diab et al., 2005; Halls and Travill, 1964; Tillmann, 1978) but have only considered the humeroradial joint. (Diab et al., 2005; Morrey et al., 1988; Ofuchi et al., 2001; Sahu et al., 2017) Moreover, studies considering the humeroulnar joint (Chantelot et al., 2008; Goel et al., 1982; Halls and Travill, 1964) are difficult to compare because of differences in the methodologies (Ahmed and Burke, 1983; Diab et al., 2005; Eckstein et al., 1994; Eckstein et al., 1993; Goel et al., 1982; Morrey et al., 1988; Ofuchi et al., 2001; Paredes-Madrid et al., 2011; Willing et al., 2013). The aim of this study was to evaluate the articular elbow pressures by reproducing the muscle contraction with different loads at 90 flexion. Ten cryopreserved cadaveric arms were dissected and the insertional tendons and capsuloligamentous tissues were preserved. The specimens were placed in a custom-made device. Elbow position was established at 90 flexion with the forearm in a neutral position and the wrist extended at 0 . Tekscan® B-201 sensors were used for measuring intraarticular pressures. We recorded pressure in six compartments of the elbow joint and demonstrated the pressure changes inside them, depending on moment arms generated by loading tendons. Without loading the elbow, the humeroradial joint received the lowest pressure, and, among the humeroulnar joints, the highest pressure was found in the anterolateral compartment. After loading the epitrochlear muscles to the maximum (5.0 kg), the pressure increased in the anteromedial joint (0.6 kg to 3.3 kg) and decreased in the posteromedial and anterolateral joints (4.2 kg to 0.3 kg and 4.2 kg to 0.9 kg, respectively). After the same loading in the epicondylar muscles, the pressure increased in the anterolateral and humeroradial joints (4.2 kg to 8.2 kg and 0.2 kg to 1.0 kg respectively), but decreased in the posterolateral joint (3.4 kg to 1.0 kg). Elucidating the articular pressure distribution pattern of each muscle can be useful for future clinical and therapeutic protocols that aim to modify pressure loads in specific ulnohumeral/ radiohumeral joint compartments such as radial head prosthesis or total elbow replacements in post-traumatic articular elbow disorders.