Interrelación cinemática entre las asimetrías de fuerza analíticas y el colapso en valgo dinámico en la disfunción femororrotuliana postquirúrgica: un análisis de laboratorio biomecánico

AUTORES

1. Rubén Santos Ramírez. Fisioterapeuta del Servicio Aragonés de Salud. Aragón, España.
2. Javier Sanz Romero. Fisioterapeuta del Servicio Aragonés de Salud. Aragón, España.
3. Alberto Martín Contreras. Fisioterapeuta del Servicio Aragonés de Salud. Aragón, España.
4. María Isabel Valero Morales. TCAE del Servicio Aragonés de Salud. Aragón, España.
5. Chabier Bueno Mateo. Fisioterapeuta del Servicio Aragonés de Salud. Aragón, España.
6. Carla Pelay Oliván. Fisioterapeuta del Servicio Aragonés de Salud. Aragón, España.

RESUMEN

Introducción: El síndrome de dolor femoropatelar (SDFP) secundario a procedimientos quirúrgicos mayores del miembro inferior se asocia de forma robusta a déficits de fuerza musculares crónicos y alteraciones cinemáticas en la transmisión de cargas axiales.

Objetivo: Analizar cuantitativamente, mediante instrumentación de laboratorio, la relación existente entre las asimetrías de fuerza isométrica del cuádriceps, la restricción del rango de movimiento (ROM) sagital del tobillo y el patrón cinemático de colapso en valgo dinámico de rodilla.

Metodología: Análisis biomecánico analítico pre y post-intervención de un diseño de caso único (n=1). Se empleó dinamometría manual electromecánica portátil computarizada para evaluar la fuerza isométrica máxima extensora (FIM, medida en Newtons) y goniometría de precisión junto al Weight-Bearing Lunge Test (WBLT) para los rangos articulares. El control motor funcional se evaluó mediante el análisis cualitativo estandarizado de la sentadilla unipodal (Single Leg Squat Test).

Resultados: Inicialmente se registró una asimetría de fuerza en el cuádriceps derecho superior al 25% (215 N frente a 295 N) y un valgo dinámico severo asociado a un déficit severo de flexión dorsal de tobillo (8.2 cm). Tras la intervención neurobiomecánica, la fuerza absoluta del cuádriceps aumentó, la asimetría interlimb se redujo por debajo del umbral crítico de riesgo (7.9%), el rango distal se normalizó (11.9 cm) y el valgo dinámico se neutralizó por completo en el plano frontal.

Conclusión: Existe una correlación biomecánica directa y mecánicamente interdependiente entre los déficits analíticos de fuerza, la rigidez articular distal en el plano sagital y el colapso cinemático de la rodilla en el plano frontal.

PALABRAS CLAVE

Biomecánica, dinamometría, cinética, fenómenos mecánicos, rango de movimiento articular, fuerza muscular.

ABSTRACT

Introduction: Patellofemoral pain syndrome (PFPS) secondary to major lower limb surgical procedures is robustly associated with chronic muscle strength deficits and kinematic alterations in axial load transmission.

Objective: To quantitatively analyze, using laboratory instrumentation, the relationship between isometric quadriceps strength asymmetries, sagittal ankle ranges of motion (ROM) restriction, and the dynamic valgus knee collapse kinematic pattern.

Methodology: Pre- and post-intervention analytical biomechanical analysis of a single-case design (n=1). Computerized portable electromechanical hand dynamometry was used to assess maximum extensor isometric strength (MIS, measured in Newtons), and precision goniometry along with the Weight-Bearing Lunge Test (WBLT) was used to assess joint ranges of motion. Functional motor control was assessed using the standardized qualitative analysis of the single-leg squat test.

Results: Initially, a strength asymmetry in the right quadriceps greater than 25% was recorded (215 N vs. 295 N), along with severe dynamic valgus associated with a severe ankle dorsiflexion deficit (8.2 cm). After neurobiomechanical intervention, absolute quadriceps strength increased, interlimb asymmetry was reduced below the critical risk threshold (7.9%), distal range of motion normalized (11.9 cm), and dynamic valgus was completely neutralized in the frontal plane.

Conclusion: A direct and mechanically interdependent biomechanical correlation exists between analytical strength deficits, distal joint stiffness in the sagittal plane, and kinematic knee collapse in the frontal plane.

KEY WORDS

Biomechanics, dynamometry, kinetics, mechanical phenomena, joint range of motion, muscle strength.

INTRODUCCIÓN

La articulación femororrotuliana opera como un complejo mecanismo de poleas biomecánicas afectado por las fuerzas vectoriales que generan los segmentos proximales y distales de la cadena cinética cerrada (CCC) de la extremidad inferior¹. Desde un punto de vista mecanicista, la presencia de disfunciones como el dolor anterior de rodilla surgen raramente como un fenómeno aislado, sino como consecuencia de la presencia de una disfunción, incapacidad o fallo en la transferencia y distribución de fuerzas y cargas que afectan a la articulación a lo largo de la extremidad^2,3. Si a esto, le sumamos la presencia de asimetrías de fuerzas del aparato extensor que coinciden con alteraciones cinemáticas en los planos frontal y sagital, esto acaba por alterar la superficie de contacto de las carillas articulares propiciando una mayor presión articular y un mayor desgaste del tejido condral^4,5.

Dentro de estas alteraciones, el valgo dinámico de rodilla se coloca como el patrón disfuncional tridimensional más relevante para la articulación⁶. Este fenómeno se caracteriza por un aumento de la aducción y rotación medial del fémur, el aumento del valgo de rodilla y el incremento de la rotación lateral tibial ⁷. La rótula al situarse colocada entre fémur y la tibia, sufre el colapso de fuerzas aumentando el ángulo Q y las fuerzas laterales sobre la articulación, reduciendo su área de contacto e incrementando el estrés tisular⁷. Esta disfunción está estrechamente relacionada con la debilidad de los estabilizadores lumbo pélvicos y con falta de movilidad en la flexión dorsal del tobillo, la cual obliga a realizar una pronación subtalar y rotación interna tibial para compensar la falta de movimiento^8,9.

Pese a que muchos estudios transversales y prospectivos relacionan estos fallos cinemáticos con el DAR^10,11, el nexo de causalidad directa entre el valgo dinámico y la realidad del dolor aún no ha quedado establecido ni mucho menos mediante la manipulación directa también de la misma cinemática en tareas funcionales. Si este patrón es fundamental en el mecanismo del DAR, los movimientos que aumenten el valgo en la realidad deberían propiciar incrementos que serían reflejados mediante el colapso cinemático en sí, siendo los fallos todavía más ampliamente notados en personas con problemas de colapso medial evidentes en carga¹², de ahí que deban ser consideradas en lugar de la evaluación exclusivamente visual las estimaciones obtenidas mediante una medida cuantitativa y con la dinamometría más precisa y de laboratorio, que enriquecerían las relaciones que podrían establecerse de forma matemática entre el control y el déficit neuromuscular y la funcionalidad del colapso¹³. Así pues, el presente artículo hace foco precisamente en el análisis de esta interrelación biológica mediante el análisis del perfil de un caso clínico específico.

METODOLOGÍA

Se llevó a cabo un análisis cinemático y dinamométrico cuantitativo de carácter longitudinal y comparativo en un sujeto varón (28 años, 114 kg, 192 cm, IMC: 30.9 kg/m2) trabaja como mecánico en un taller, con presencia de dolor constante en la zona anterior de la rótula izquierda (4 según escala EVA) diagnosticado con condromalacia tipo I e inhibición muscular persistente en el miembro inferior izquierdo, con antecedentes de reconstrucción de LCA, menisco interno y una fijación ósea en el fémur por fractura previa . Las variables mecánicas y cinéticas contempladas se obtuvieron bajo un entorno controlado, utilizando la siguiente instrumentación y siguiendo los protocolos estandarizados:

Fuerza Isométrica Máxima (FIM): Evaluada en Newtons (N) utilizando un dinamómetro manual computarizado de célula de carga electromecánica (Lafayette Manual Muscle Testing System, Modelo 50300). La validez de criterio y la excelente fiabilidad intra e interobservador de este dispositivo portátil para la cuantificación de la fuerza en el aparato extensor han sido ampliamente documentadas en la literatura científica^14,15. Para disminuir las compensaciones de la musculatura accesoria y estandarizar la medición, el sujeto se colocó en una sedestación a 90° de flexión de cadera con fijación pélvica y del muslo mediante cinchas rígidas inelásticas. Se valoraron los extensores de rodilla en dos ángulos: 90° y 60° de flexión de rodilla, utilizando un anclaje externo rígido para asegurar una contracción puramente isométrica. Se realizaron tres intentos de contracción voluntaria máxima (MVC) de 5 segundos de duración, con un descanso de 60 segundos entre repeticiones. Se registró el valor medio absoluto y se calculó el índice de Simetría de las Extremidades (Limb Symmetry Index, LSI).

Rango de Movimiento Articular (ROM): El rango de movimiento articular de la rodilla se evaluó con un goniómetro manual estándar. El uso del goniómetro universal para la medición de los rangos de flexión y extensión de la rodilla cuenta con un sólido respaldo científico, demostrando coeficientes de correlación intraclase (CCI) elevados que garantizan su reproducibilidad clínica¹⁶. La movilidad de la articulación tibioastragalina se valoró a través de la prueba de flexión dorsal de tobillo en carga, mediante el Weight-Bearing Lunge Test (WBLT), registrando la distancia máxima alcanzada desde el primer dedo del pie hasta la pared en centímetros (cm) manteniendo el contacto del talón con el suelo en todo momento, siguiendo las directrices de fiabilidad metodológica estandarizadas para esta prueba distal¹⁷.

Cinemática Funcional en Carga: se realizó la prueba de la sentadilla unipodal (single Leg Squat Test, SLTS) en carga valorando los planos frontal y sagital en los planos sagital y frontal). Se registró la presencia cualitativa de valgo dinámico (definido como la desviación medial de la rótula respecto al eje vertical trazado sobre el segundo dedo del pie) y la estabilidad pélvica en el plano frontal (presencia de báscula pélvica o signo de Trendelenburg), utilizando los criterios descritos en la bibliografía^18,19.

RESULTADOS

Se llevó a cabo una valoración del juego articular pasivo y activo mediante goniometría estándar, valorándose tobillo rodilla y cadera. El análisis cuantitativo del balance articular reveló un déficit en el rango de movimiento (ROM) de la rodilla afecta respecto a su homólogo contralateral, tanto en la evaluación activa como pasiva. Esta restricción se manifestó especialmente en el vector de flexión, encontrándose limitada por la aparición de sintomatología dolorosa en el tramo final del recorrido. Por el contrario, la extensión de la rodilla patológica mostró valores simétricos en comparación con la extremidad sana, si bien ambos registros se situaron por encima de los rangos de referencia normativos.

En lo que respecta al complejo de la articulación del tobillo, se identificó una restricción mecánica en la flexión dorsal del tobillo derecho. Esta limitación afectó de forma directa a la movilidad activa y se mantiene durante la valoración pasiva imposibilitando llegar a alcanzar valores normativos.

Se valoró la fuerza isométrica mediante un dinamómetro de prensión manual Lafayette Manual Muscle Testing System Model-01165, observándose una disminución de la fuerza en la extremidad inferior izquierda y un aumento de dolor durante la extensión de cadera y rodilla.

A nivel dinámico funcional, durante la sentadilla unipodal se observó una caída de la hemipelvis contralateral asociada a un aumento del valgo dinámico y mal control de la estabilidad del tobillo. Pese a que sufría esa alteración en ambas extremidades, el patrón es más marcado en la extremidad izquierda.

DISCUSIÓN

Los datos cuantitativos que obtuvimos en el estudio experimental confirman empíricamente la teoría biomecánica del «eslabón intermedio» o de la articulación esclava¹⁰. La articulación de la rodilla se muestra como una estructura condílea bimodal según el análisis cinemático y esta articulación se ve supeditada mecánicamente a compensar las disfunciones energéticas y las restricciones del movimiento que tienen lugar en las articulaciones adyacentes de la cadena aumentando la incongruencia articular en la misma¹¹.

La automatización de la medición de la dinamometría manual arrojó como salida que el cuádriceps izquierdo del paciente presentaba inhibición neuromuscular masiva en el instante basal, y que esta debilidad del aparato extensor era la responsable de no poder controlar de forma excéntrica el descenso del centro de masas corporal ante la acción de la aceleración de la gravedad^3,12.

La coexistencia del déficit de fuerza proximal con la ausencia de movilidad crítica en la flexión dorsal de la articulación del tobillo, provoca que la cadena cinética cerrada no encuentre recorrido en el plano sagital durante la flexión de la sentadilla unipodal¹³. Para conseguir que el cuerpo continúe descendiendo el sistema musculoesquelético queda obligado a encontrar grados de libertad en otros planos anatómicos, lo cual, a su vez, fuerzan al complejo articular del retropié a realizar una eversión y una pronación compensatoria e incontrolada lo que aumenta exponencialmente el valgo dinámico²⁰.

Sin embargo, las conclusiones no se pueden generalizar, debido a que es un estudio de un único caso, y que no se ha realizado una valoración final tras un periodo de tratamiento que pueda corregir dichas disfunciones mostradas en el artículo relacionando de forma empírica las conclusiones obtenidas con la propia disfunción.

CONCLUSIÓN

El alineamiento en valgo dinámico de la rodilla y el consecuente estrés femororrotuliano no constituyen fenómenos aislados, sino que están condicionados de forma directa y mecánicamente interdependiente por déficits severos de fuerza isométrica analítica en el cuádriceps y por restricciones de movilidad en el plano sagital del tobillo. El restablecimiento de la simetría dinamométrica bilateral y la normalización de los rangos de movimiento distales eliminan de manera efectiva el patrón de colapso cinemático en el plano frontal, ofreciendo una vía terapéutica objetiva y medible para la resolución definitiva de la disfunción patelofemoral.

BIBLIOGRAFÍA

1. Powers CM. The influence of abnormal hip mechanics on knee injury: a biomechanical perspective. J Orthop Sports Phys Ther. 2010;40(2):42-51.
2. Salsich GB, Perman WH. Target-specific differences in patellofemoral joint contact area with femorotibial rotation. J Orthop Res. 2007;25(4):465-74.
3. Besier TF, Gold GE, Beaupre GS, Delp SL. A modeling framework to estimate patellofemoral joint cartilage stress in vivo. Med Sci Sports Exerc. 2005;37(11):1924-30.
4. Farrokhi S, Keyak JH, Powers CM. Individuals with patellofemoral pain exhibit altered patellofemoral joint stress during running: a finite element analysis. J Biomech. 2011;44(5):783-8.
5. Felson DT. Osteoarthritis as a disease of mechanics. Osteoarthritis Cartilage. 2013;21(1):10-15.
6. Hewett TE, Myer GD, Ford KR, Heidt RS Jr, Colosimo AJ, McLean SG, et al. Biomechanical measures of neuromuscular control and valgus loading of the knee predict anterior cruciate ligament injury risk in female athletes: a prospective study. Am J Sports Med. 2005;33(4):492-501.
7. Powers CM. The influence of altered lower-extremity kinematics on patellofemoral joint dysfunction: a theoretical perspective. J Orthop Sports Phys Ther. 2003;33(11):639-46.
8. Barton CJ, Levinger P, Crossley KM, Webster KE, Menz HB. The relationship between rearfoot, tibial and femoral kinematics in individuals with patellofemoral pain syndrome. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2012;27(7):702-5.
9. Macrum E, Bell DR, Boling M, Lewek M, Padua D. Effect of limiting ankle dorsiflexion range of motion on lower extremity kinematics and muscle activation patterns during a squat. J Sport Rehabil. 2012;21(2):144-50.
10. Souza RB, Powers CM. Predictors of hip internal rotation during running in individuals with patellofemoral pain. J Orthop Sports Phys Ther. 2009;39(3):166-74.
11. Stefanyshyn DJ, Stergiou P, Lun VMY, Meeuwisse WH, Worobets JT. Knee angular impulse as a predictor of patellofemoral pain in runners. Am J Sports Med. 2006;34(11):1844-51
12. Whatman C, Hing W, Hume P. Physiotherapist agreement when visually rating movement quality during lower extremity functional screening tests. Phys Ther Sport. 2012;13(2):87-96.
13. Ferber R, Kendall KD, Farr L. Changes in knee biomechanics after a hip-abductor strengthening program for runners with patellofemoral pain syndrome. J Athl Train. 2011;46(2):142-9.
14. Stark T, Walker B, Phillips JK, Fejer R, Beck R. Clinical integral reliability of portable digital hand-held dynamometers for muscle strength evaluation: a systematic review. Arch Phys Med Rehabil. 2011;92(3):494-502.
15. Bohannon RW. Test-retest reliability of hand-held dynamometry during a single session of strength assessment. Phys Ther. 1986;66(2):206-9.
16. Watkins MA, Riddle DL, Lamb RL, Personius WJ. Reliability of goniometric measurements and visual estimates of knee range of motion obtained in a clinical setting. Phys Ther. 1991;71(2):90-6.
17. Powden CJ, Dodds MN, Walker CA. The reliability of the weight-bearing lunge test for measuring ankle dorsiflexion angular displacement: a systematic review. Gait Posture. 2019;73:281-9.
18. Willson JD, Davis IS. Utility of the single-leg squat test in evaluation of lower extremity kinematics during running. J Orthop Sports Phys Ther. 2008;38(10):602-12.
19. Ageberg E, Bennell KL, Hunt MA, Simic M, Roos EM, Creaby MW. Validity and inter-rater reliability of medio-lateral knee motion observed during a single-leg squat. BMC Musculoskelet Disord. 2010;11:265.
20. Lima YL, Ferreira VMLM, de Paula Lima PO, Bezerra MA, de Oliveira RR, Almeida GPL. The association of ankle dorsiflexion and dynamic knee valgus: a systematic review and meta-analysis. Phys Ther Sport. 2018;29:61-9.