Medicina & Salute

Il ginocchio: anatomia e funzionemento durante il passo

Antonio Di Gregorio

Il ginocchio: anatomia e funzionamento

Il ginocchio è un’articolazione estremamente complessa sotto il profilo anatomico che biomeccanico.

La sua posizione anatomica assume una grande importanza dal momento che questa articolazione rappresenta un giunto intermedio nell’ambito dell’arto inferiore, dotato di lunghi bracci di leva e di scarsa protezione intrinseca; il suo compito è quello di sopportare i carichi imposti al piede durante il contatto con il suolo in tutte le fasi della deambulazione e di provvedere alla forza e ai movimenti necessari per superare gli effetti inerziali della gamba nella fase di oscillazione della locomozione.

Il ginocchio è un’articolazione che dal punto di vista anatomico è costituita da 3 componenti ossee rivestite di cartilagine (femore distale, tibia prossimale e faccia posteriore della rotula) che si articolano tra loro formando due articolazioni distinte: femoro-tibiale e femoro-rotulea le quali cooperano nella funzionalità dello stesso.

L’articolazione è rivestita da una capsula articolare che si divide in una parte esterna e una interna costituita dalla membrana sinoviale. In condizioni di normalità essa secerne una piccola quantità di liquido che provvede al nutrimento della cartilagine e alla lubrificazione dell’articolazione, in caso di traumi importanti o di degenerazione artrosica, la membrana sinoviale può  produrre più liquido che “rigonfia” il ginocchio (versamento endoarticolare).

              

Il ginocchio sotto il profilo meccanico presenta della strutture di stabilizzazione quali:

  • Il collaterale interno ed esterno che sostengono e limitano i movimenti del ginocchio;
  • Legamenti crociati anteriore e posteriore che si trovano al centro dell’articolazione stessa e che garantiscono un sostegno al ginocchio impedendone l’eccessivo piegamento (flessione) e raddrizzamento (estensione).

I primi, intervengono in una stabilizzazione antero-laterale e postero-laterale, contro il sistema di angolazione in varo e rotazione interna, esterna, posteriore, e traslazione della tibia.

La stabilizzazione antero- laterale è fornita dalla capsula (parte profonda del legamento collaterale mediale detto anche legamento capsulare) e dal tratto ileo – tibiale ( detto anche benderella, tendine comune di due mescoli il grande gluteo e il muscolo tensore della fascia lata).

La stabilizzazione postero- laterale invece è data da una struttura definita complesso arcuato costituito dal legamento collaterale laterale; tendine popliteo; legamento laterale del muscolo gastrocnemio.

Il legamento collaterale laterale (LCL):  detto anche legamento fibulare, ha l’aspetto di un cordone fibroso di forma rotonda. Si inserisce sull’ epicondilo laterale del femore e sulla testa del perone.

Il LCL è sottoposto a trazione durante l’estensione della gamba sulla coscia e si rilassa durante la flessione, per sopportare le notevoli tensioni a cui viene sottoposto la sua conformazione anatomica si presenta solida e compatta.

I legamenti crociati invece svolgono l’azione di pivot centrale, ossia di perno sul quale si muove l’articolazione.

Il legamento crociato anteriore (LCA): a livello della tibia si inserisce anteriormente alla spina tibiale, mentre sul femore si termina sulla faccia mediale del condilo esterno, che non è molto vascolarizzato, definito fragile perché soggetto a lezione più frequentemente rispetto al LCP.

Ha un ruolo fondamentale che limita la rotazione interna e l’iperestensione, inoltre durante la flessione riduce lo spostamento in avanti della tibia rispetto ai condili femorali.

Il legamento crociato posteriore (LCP):  origina nella rientranza intercondiloidea tibiale e si inserisce sul condilo mediale del femore nella parte interna, è ben irrorato ed  è molto più robusto del LCA.

Il LCP è fondamentale nel controllo della rotazione e durante l’estensione riduce lo spostamento posteriore della tibia rispetto ai condili femorali. I legamenti crociati sono a forma di X incrociati su tutte le tre dimensioni dello spazio.

La rottura di tali legamenti rende instabile il ginocchio e lo espongono sia a subire più facilmente ulteriore traumi sia all’usura delle componenti articolari con comparsa precoce di un eventuale artrosi.

I muscoli del ginocchio

Per il movimento e nella stabilità dell’articolazione intervengono oltre ai legamenti e menischi (semilune fibrocartilaginee) anche i muscoli quali:

  • zampa d’oca: costituito dal muscoli sartorio, il semitendinoso e il gracile che vanno a formare un unico tendine denominato zampa d’oca che stabilizza il ginocchio ed impedisce un’eccessiva rotazione esterna.
  • corpo di Hoffa: è all’interno della capsula articolare, la sua funzione è quella di aumentare la superficie di contato e quindi diminuire la pressione tra tendine e parte scheletrica riducendo gli attriti.
  • muscolo tensore della fascia lata: muscolo tensore della fascia lata è un muscolo fusiforme situato nella regione antero-laterale della coscia. Origina dall’estremità anteriore del labbro esterno della cresta iliaca, dalla spina iliaca anteriore superiore (e dalla incisura sottostante) e dalla faccia superficiale del muscolo medio gluteo.Si inserisce al condilo laterale della tibia con un tendine che   all’unione del terzo superiore con il terzo medio della coscia si fonde con la fascia femorale formando il tratto ileotibiale.

  • muscolo quadricipide femorale: è il muscolo più importante della deambulazione, si trova nella loggia anteriore della coscia ed è formato da quattro capi: vasto laterale; vasto intermedio, vasto mediale, retto femorale. Ricopre tutta la parte anteriore del femore ed è importante per estensione della gamba e la flessione della coscia.

  • muscoli ischio-crurali: sono tre e si trovano nella parte posteriore della coscia (bicipite femorale, semitendinoso e semimembranoso). Consentono la flessione della gamba sulla coscia e la estensione dell’anca.
  • muscolo popliteo: si trova nella loggia posteriore della coscia e consente di flettere e ruotare mediamente la gamba.
  • muscolo gastrocnemio: è costituito da due capi simmetrici tra loro e consente la flessione della gamba sulla coscia e la flessione plantare del piede e la rotazione interna.
  • muscolo sartorio: è un muscolo anteriore della coscia, la sua azione è quella di flettere la gamba sulla coscia e la coscia sul ba­cino, abduce e ruota all’esterno la coscia.Si presenta come un muscolo al­lungato e nastriforme che attraversa obliqua­mente la faccia anteriore della coscia, dall’alto in basso e dall’esterno, all’interno.

Il funzionamento del ginocchio è determinato da una collaborazione perfetta di tutte le strutture elencate, ma ogni articolazione ha un ruolo preciso; infatti la principale libertà articolare si realizza a livello della articolazione femoro-tibiale che è un articolazione di tipo trocleare (le due superfici articolari, hanno forma di segmento di cilindro, di cui uno, a gola concava -troclea-, si inserisce nella faccia convessa dell’altro,gli assi dei cilindri sono paralleli).

L’articolazione femoro-rotulea invece è formata dalla superficie anteriore del femore (gola intercondiloidea) e la superficie posteriore della rotula. La superficie posteriore della rotula ha una forma a “scudo” e la parte centrale, sporgente, è libera di scorrere all’ interno della gola intercondiloidea che rappresenta la “rotaia” che permette lo scivolamento in senso prossimo-distale.

La complessità della dinamica articolare è rappresentata spoprattutto della flesso- estensione che non è un movimento semplice, ma è la risultante di un moto rotatorio associato ad un traslazione , con una componente rotatoria nella prima parte del movimento.

Se la flessione si realizzasse solo attraverso un movimento rotatorio si andrebbe ad una lussazione articolare posteriore andando oltre i gradi medi dell’esecuzione; la pura traslazione , invece attuerebbe un contrasto tra la superficie posteriore del femore e quella e quella posteriore dei piatti tibiali, con una importante limitazione del movimento.

Un altro concetto importante è la posizione in valgismo fisiologico della femoro- tibiale compreso tra 8° e 13° evidente in estensione che si annulla però naturalmente durante il movimento di flessione.

inoltre i movimenti di flesso estensione sono garantiti dal movimento dei menischi; spostandosi indietro nella flessione per azione dei condili (il corno anteriore è trazionato dal LCA, il corno posteriore dal tendine del muscolo menimenbranoso); nella estensione invece si spostano in avanti per azione dei condili per trazione delle ali menisco-rotulee.

Ai fini della statica dell’articolazione si individuano tre assi fondamentali:

  • asse anatomico : rappresentato da una linea che decorre nel centro della diafisi femorale fino al ginocchio, ove devia in fuori per circa 8° e continua nella tibia raggiungendo il suolo nell’area delimitata della grande tuberosità del calcagno e delle testa metatarsali, che ne consegue un angolo aperto in fuori di circa 170°-175°( angolo di valgismo anatomico);
  • asse gravitazionale: va dal baricentro del tronco e scende fino al centro della base di appoggio al suolo ed è suscettibile di infinite modifiche in rapporto con le posizioni assunte dal corpo;
  • asse meccanico: va dal centro della testa femorale e si porta al centro del ginocchio proseguendo lungo l’asse anatomico della tibia passando per il centro dell’articolazione tibio-tarsica formando con l’asse verticale un angolo di 3° più ampio nella donna dove il bacino è più largo.

Nella stazione eretta, sul ginocchio agisce la forza di gravità che passa mediamente all’articolazione e tende verso l’esterno il femore rispetto alla tibia; a ciò si oppone all’esterno il sistema di tensione costituito dal muscolo grande gluteo e dal tensore della fascia lata fino alla ileo-tibiale in modo che la risultante di queste forze si viene a trovare tra due centri di curvatura dei condili femorali

Analizzando la direzione della forza di contatto piede-suolo e le sue variazioni durante il ciclo del passo; nel corso dell’appoggio calcaneare essa è diretta in avanti, in alto e posteriormente, mentre durante l’appoggio plantare in alto e leggermente in avanti. Tale forza di reazione al suolo imposta dal piede durante la deambulazione può essere scomposta in una componente verticale e in una orizzontale. Quest’ultima può essere considerata come un entità fisica che esercita effetti sia in direzione antero-posteriore che medialmente.

In senso antero-posteriore il carico funzionale induce nell’articolazione del ginocchio un momento cui devono opporsi il muscolo o il gruppo di muscoli agonisti: durante la prima fase di appoggio si ha un momento flettente bilanciato del meccanismo del quadricipite; durante l’appoggio plantare essendo la reazione piede-suolo anteriore rispetto all’articolazione del ginocchio, questa forza tende ad estendere la gamba e ad essa viene opposta una resistenza da parte delle forze muscolari che tendono a flettere il ginocchio.

La componente mediale della forza di reazione al suolo induce nell’articolazione un momento in varo quale secondo I.N.S.A.L.L. si oppongono tre meccanismi:

  1. la ridistribuzione della forza di contatto articolare;
  2. la ridistribuzione della forza di contatto articolare previamente aumentata;
  3. la tensione nei legamenti mediante un ampio spostamento in varo-valgo.

La forza di contatto articolare totale ( somma di reazione al suolo e la forza muscolare esercitata dal quadricipite e dai muscoli flessori che si contrappongono per bilanciare il momento flettente o di estensione della gamba) viene suddivisa dal condilo mediale e laterale in maniera che l’articolazione rimanga costantemente in equilibrio non solo in flessione-estensione ma anche in varo-valgo.

E’ necessario quindi che si crei un momento in valgo che si opponga e bilanci quello in varo, quest’ultimo ottenuto moltiplicando la componente mediale della forza di contatto al suolo per il suo braccio di leva rispetto al centro di contatto dell’articolazione rappresentato dalla lunghezza della gamba.

Pertanto la forza totale che agisce sul condilo mediale sarò più intensa di quella agente sul condilo laterale; in definitiva il momento in valgo risulta uguale alla differenza tra i momenti prodotti dalle forze condiloidee mediali e laterali rispetto al centro dell’articolazione.

Questo meccanismo di equilibrio può essere tollerato fino al punto in cui tutta la forza compressiva viene trasferita al condilo mediale; per carichi ancora maggiori; il margine esterno dell’articolazione inizierà a separarsi; per cui l’articolazione rimane incapace di produrre un momento valgo addizionale per vincere il carico varo applicato all’esterno.

Verrà chiamato in causa il secondo meccanismo che il ginocchio ha a disposizione “la ridistribuzione della forza di contatto articolare previamente aumentata.”

La contrazione volontaria sia del quadricipite che dei muscoli posteriori della coscia, in quantità proporzionale da non provocare alcun effetto sulla flesso – estensione, aumenta il carico di compressione articolare inducendo un’incremento pressorio nel compartimento mediale il quale a sua volta genera un momento stabilizzante in grado di opporsi al carico esterno.

Il terzo metodo di stabilizzazione articolare entra in azione se il momento valgo interno richiesto supera la capacità del momento equilibrante prodotto dalla contrazione muscolare volontaria o se il carico esterno è applicato in maniera così rigida e inaspettata da non lasciare ai muscoli il tempo di contrarsi volontariamente.

Vengono quindi messi in tensione i legamenti che sviluppano una forza tensile in grado di produrre un momento valgo uguale alla forza del legamento moltiplicando per il suo braccio di leva rispetto al punto di contratto articolare.

Analisi del funzionamento del ginocchio artrosico

Nel ginocchio varo artrosico lo spostamento all’interno dell’asse gravitazionale determina una mediazione dell’asse meccanico della risultante R delle forze gravitazionali con quelle del sistema muscolare del grande gluteo e del tensore della fascia lata, per cui ti risultano finale è un sovraccarico ponderale sul piatto tibiale interno.

Inoltre, come precedentemente descritto a questo momento varizzante si opporrebbero i tre sistemi di stabilizzazione articolare che producono un momento valgizzante, per riequilibrare il sistema meccanico del ginocchio; tuttavia tale stabilizzazione si ottiene solo in definitiva con un incremento della reazione mediale e quindi con un ulteriore sovraccarico di pressioni sul compartimento mediale.

In ultima analisi la cronica ricerca dell’equilibrio da parte sistema articolare conduce da un lato una pressione mediale responsabile della genesi di una degenerazione artrosica compartimentale mediale e dall’altro ad una instabilità capsulo-ligamentosa che rappresenta l’ultimo baluardo difensivo di un già precario equilibrio.

In conclusione potremmo dire che il ginocchio rappresenta la chiave per la stabilità e il quadricipite è il maggior responsabile del movimento di estensione. Durante il cammino il quadricipite è impegnato solamente per controllare la flessione di assorbimento dell’impatto durante la risposta al carico. Altri meccanismi vengono utilizzati per raggiungere un estensione ottimale nell’appoggio singolo: il principale fattore è dato dalla stabilità tibiale mantenuta dal soleo e dalla baleotta ileo-tibiale.

Nell’oscillazione il ginocchio rappresenta il più ampio arco di movimento rispetto a qualsiasi altra articolazione. Sono necessari 60° di flessione per garantire il sollevamento della dita dal suolo e la funzione del ginocchio è garantita dall’azione di più meccanismi piuttosto che da una sola azione diretta. L’azione dei muscoli flessori plantari della tibio-tarsica nella pre-oscillazione, la flessione dell’anca e l’inerzia tibiale rappresentano i fattori determinanti della flessione nell’oscillazione iniziale. Gli altri flessori hanno un ruolo minore perciò la funzione del ginocchio coinvolge, l’itero arto sia in appoggio che in oscillazione.

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Riassunto

Articolo per alcuni tratti più complesso da comprendere vista la precisa e attenta descrizione dei concetti,ma molto utile ai fini conoscitivi

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Informazioni sull'autore

Antonio Di Gregorio

Antonio Di Gregorio

Sono Antonio, nato ad Andria fisioterapista laureato presso l'università degli studi di Bari il 10-05-2011.
Lavoro presso il Presidio di Riabilitazione"A. Quarto di Palo e Mons.G. Di Donna" di Andria.
Da circa 5 anni collabora con ATP Challenger Tour per il servizio di fisioterapia.
Da sempre vicino e promotore di molte iniziative per il sociale e a tutela del disabile.
Il mio motto " affrontare ogni difficoltà dando sempre il massimo e chiedersi Perché lo si sta facendo"

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