Sobrecarga del menisco medial en la rodilla deficiente del ligamento cruzado anterior
Loading of the medial meniscus in the ACL deficient knee: A multibody computational study
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Abstract
The menisci of the knee reduce tibiofemoral contact pressures and aid in knee lubrication and nourishment. Meniscal injury occurs in half of knees sustaining anterior cruciate ligament injury and the vast majority of tears in the medial meniscus transpire in the posterior horn region. In this study, computational multibody models of the knee were derived from medical images and passive leg motion for two female subjects. The models were validated against experimental measures available in the literature and then used to evaluate medial meniscus contact force and internal hoop tension. The models predicted that the loss of anterior cruciate ligament (ACL) constraint increased contact and hoop forces in the medial menisci by a factor of 4 when a 100N anterior tibial force was applied. Contact forces were concentrated in the posterior horn and hoop forces were also greater in this region. No differences were found in contact or hoop tension between the intact and ACL deficient (ACLd) knees when only a 5Nm external tibial torque was applied about the long axis of the tibia. Combining a 100N anterior tibial force and a 5Nm external tibial torque increased posterior horn contact and hoop forces, even in the intact knee. The results of this study show that the posterior horn region of the medial meniscus experiences higher contact forces and hoop tension, making this region more susceptible to injury, especially with the loss of anterior tibia motion constraint provided by the ACL. The contribution of the dMCL in constraining posterior medial meniscus motion, at the cost of higher posterior horn hoop tension, is also demonstrated.
Resumen
Los meniscos de la rodilla reducen las presiones de contacto tibiofemoral y ayudan en la lubricación y nutrición de la rodilla. La lesión meniscal ocurre en la mitad de las rodillas que sufren lesión del ligamento cruzado anterior y la gran mayoría de los desgarres en el menisco medial transpiran en la región del cuerno posterior. En este estudio, los modelos computacionales de múltiples cuerpos de la rodilla se derivaron de imágenes médicas y movimiento de la pierna pasiva para dos sujetos femeninos. Los modelos fueron validados contra medidas experimentales disponibles en la literatura y luego utilizados para evaluar la fuerza de contacto del menisco mediano y la tensión interna del aro. Los modelos predijeron que la pérdida de la restricción del ligamento cruzado anterior (ACL) aumentaba las fuerzas de contacto y de aro en los meniscos medianos por un factor de 4 cuando se aplicaba una fuerza tibial anterior de 100N. Las fuerzas de contacto se concentraron en el cuerno posterior y las fuerzas del aro también fueron mayores en esta región. No se encontraron diferencias en la tensión de contacto o de aro entre las rodillas intactas y de ACL deficiente (ACLd) cuando sólo se aplicó un par de tíbia externo de 5 Nm alrededor del eje largo de la tibia. La combinación de una fuerza tibial anterior de 100 N y un par de tíbia externo de 5 Nm incrementó el contacto del cuerno posterior y las fuerzas de aro, incluso en la rodilla intacta. Los resultados de este estudio muestran que la región del cuerno posterior del menisco medial experimenta mayores fuerzas de contacto y tensión del aro, lo que hace que esta región sea más susceptible a las lesiones, especialmente con la pérdida de la restricción de movimiento de la tibia anterior proporcionada por el ACL. También se demuestra la contribución del dMCL en la limitación del movimiento del menisco medial posterior, a costa de una mayor tensión en el aro del cuerno posterior.
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KEYWORDS:
Anterior cruciate ligament; Computational biomechanics; Medial collateral ligament; Medial meniscus; Menisci
PMID: 28089224 DOI:
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