Contribución de la fascia plantar y los ligamentos plantares largos a la estabilidad del arco longitudinal del pie
Journal of Biomechanics
Contribution of the plantar fascia and long plantar ligaments to the stability of the longitudinal arch of the foot – ScienceDirect
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¡Nuevo artículo publicado en J Biomech!
«Contribución de la fascia plantar y los ligamentos plantares largos a la estabilidad del arco longitudinal del pie», por Piarulli et al.
Resumen
La contribución
de la fascia plantar (PF) y el ligamento plantar largo (LPL), dos
ligamentos que se extienden desde el retropié hasta el antepié, a la
estabilidad del arco se ha estudiado en el pasado utilizando
metodologías in vivo, in vitro e in silico. Los estudios in silico se
basaron en un único modelo obtenido de un único sujeto y no tuvieron en
cuenta las variaciones morfológicas y biomecánicas conocidas entre
sujetos. En el presente estudio, desarrollamos modelos dinámicos
computacionales de nueve piernas diferentes obtenidas de nueve
individuos diferentes para evaluar el papel del LPL y la PF en el
soporte del arco, teniendo en cuenta las diferencias biológicas entre
sujetos. Estos modelos se validaron comparando los resultados de la
simulación con los resultados experimentales de las piernas de cadáver
correspondientes. Después de la validación, simulamos las condiciones de
peso corporal para cada modelo aplicando una carga vertical a la tibia,
comenzando desde cero y aumentando linealmente hasta 720 N. Los
parámetros cinemáticos y dinámicos, incluida la variación del ángulo del
arco medial y de la altura del escafoides, así como las fuerzas pasivas
desarrolladas por el ligamento plantar y el ligamento plantar, se
utilizaron para evaluar la contribución de estos ligamentos al soporte
del arco bajo el peso corporal. Los resultados indican que se produjo un
colapso total del arco longitudinal medial solo cuando tanto el
ligamento plantar como el ligamento plantar estaban ausentes, pero se
mantuvo un arco estable cuando cualquiera de estas dos estructuras de
ligamento estaba presente. Los resultados variaron significativamente
entre los modelos específicos, lo que destaca la importancia de utilizar
múltiples modelos para tener en cuenta las diferencias morfológicas
entre sujetos.
Introducción
La fascia
plantar (PF) y el ligamento plantar largo (LPL) son dos ligamentos que
se extienden desde el retropié hasta el antepié a través del eje plantar
anteroposterior del pie. Se suponía que estas dos estructuras de
ligamentos, debido a su morfología y áreas de inserción, estabilizaban
el arco longitudinal y evitaban su colapso durante la carga de peso
(Lapidus, 1943).
Motivada por consideraciones clínicas, la
contribución relativa de la PF y el LPL al soporte del arco se ha
estudiado ampliamente en el pasado (Hicks, 1954, Lapidus, 1943). Por
ejemplo, comprender la contribución relativa de la PF al soporte del
arco es particularmente importante porque en casos graves de
tendinopatía, es necesaria una liberación de la PF para mitigar el
dolor. (Goff y Crawford, 2011, Neufeld y Cerrato, 2008, Schepsis et al.,
1991). Algunos médicos plantearon la hipótesis de que la liberación de
PF también puede aumentar la tensión en la LPL durante la carga de peso,
aumentando así el riesgo de daño a esta última (Crary et al., 2003).
Los
numerosos estudios sobre la función de PF y LPL como estabilizadores
del arco longitudinal se pueden dividir en tres categorías: in vivo, in
vitro e in silico. La mayoría de los estudios in vivo implicaron la
correlación entre la integridad de PF y LPL, como se observó en estudios
de imágenes como MRI, CT, ultrasonido y presencia de arco longitudinal
colapsado. Estos estudios arrojaron resultados contradictorios y no
concluyentes (de Deland et al., 2005, Flores et al., 2019, Liew et al.,
2022, Taş et al., 2018). Los estudios experimentales in vitro se basaron
en secciones seriadas de ligamentos y cargas simuladas de carga sobre
cadáveres para identificar y cuantificar el soporte del arco
proporcionado por PF y LPL (Huang et al., 1993, Murphy et al., 1998,
Thordarson et al., 1997). Algunos estudios concluyeron que ambos
ligamentos tienen importantes funciones estabilizadoras y que la
estabilidad del arco se mantiene si solo se elimina uno de los
ligamentos y que el colapso severo del arco longitudinal ocurre solo
después de que se eliminan ambos ligamentos (Huang et al., 1993, Kitaoka
et al., 1997). Sin embargo, la contribución relativa de cada uno de los
dos todavía no fue concluyente (Murphy et al., 1998, Thordarson et al.,
1997). Los estudios in silico se basaron principalmente en modelos de
elementos finitos (FEM) del pie y el tobillo. Dos de estos estudios
(Cifuentes-De la Portilla et al., 2019, Tao et al., 2010) descubrieron
que el PF es la principal estructura de tejido blando que previene el
colapso del arco, mientras que otro (Chung et al., 2006) descubrió que
incluso después de la eliminación tanto del PF como del LPL, no se
produjo un colapso completo del arco. Estos estudios in silico
utilizaron modelos de pie altamente simplificados que incorporaban una
estructura de tejido blando con propiedades de material lineal,
modelando solo algunos de los ligamentos del pie y sin incluir la
representación de la tibia y el peroné. Un estudio in silico reciente
con un modelo de pie FEM integral descubrió, de acuerdo con la mayoría
de los estudios in vitro, que la desactivación de un solo ligamento, ya
sea LPL o PF, no conduce al colapso del pie (Malakoutikaha et al., 2022)
y el colapso drástico del arco se produjo solo después de que se
eliminaron ambos ligamentos.
Los estudios basados en FEM descritos
anteriormente se basaron en un solo modelo obtenido a partir de datos
morfológicos de un solo individuo, generalmente un sujeto sano y normal.
Como tal, estos estudios no lograron capturar ni describir el efecto de
las grandes variaciones morfológicas que se sabe que existen entre
individuos (Hawes y Sovak, 1994, Hoey et al., 2023). Además, la
validación de estos modelos se basó en datos publicados, a pesar de que
dichos datos tienen una variabilidad intersujeto muy amplia.
Para
superar la mayoría de las deficiencias descritas anteriormente,
introdujimos en este estudio modelos dinámicos basados en imágenes,
específicos del sujeto, del pie y el tobillo humanos obtenidos de
múltiples sujetos. Estos modelos se basaron en modelos previos validados
y específicos del sujeto del retropié (Imhauser et al., 2008, Palazzi
et al., 2020) e incluyeron varias mejoras importantes que se describirán
más adelante. Los modelos dinámicos son computacionalmente eficientes
en comparación con los modelos FEM, lo que permite la inclusión de una
gran población de sujetos. Los modelos dinámicos anteriores solo se han
desarrollado utilizando un solo sujeto sin capturar la variabilidad
morfológica dentro de una población más grande. (Iaquinto y Wayne, 2010,
Liacouras y Wayne, 2007, Wei et al., 2011).
Después de una extensa
validación específica del sujeto, los modelos se utilizaron en este
estudio para explorar la contribución de PF y LPL a la deformación del
arco longitudinal producida bajo una condición simulada de carga de
peso.
La hipótesis del estudio es que el desgarro de PF solo o LPL
solo produce una disminución en la altura del arco bajo el peso corporal
(BW), pero no produce un colapso completo del arco longitudinal. El
colapso drástico del arco longitudinal del pie bajo el peso corporal
solo ocurre cuando tanto PF como LPL están completamente desgarrados.
Piarulli L, Mathew R, Siegler S. Contribution of the plantar fascia and long plantar ligaments to the stability of the longitudinal arch of the foot. J Biomech. 2024 Nov;176:112373. doi: 10.1016/j.jbiomech.2024.112373. Epub 2024 Oct 19. PMID: 39447520.
