Experimental evaluation of 3-dimensional kinematic behavior of the cruciate ligaments

ABSTRACT

PURPOSE: The purpose of this study was to evaluate a low-cost and easily reproducible technique for biomechanical studies in cadavers. In this kind of study, the natural effect of loading of the joint and shear forces are not taken into account. The objective is to describe the plastic deformation of the ligaments into 3-dimensional space. METHOD: For 18 intact human cadaver knees, the cruciate ligaments were divided into 3 fiber bundles, the tibial or femoral fixation points were marked, and 2 perpendicular different x-ray exposures were performed, thus obtaining radiographs of spatial projections of the bundle in 3 anatomic planes (frontal, sagittal, and transversal). From the measurements made on the x-ray films, we obtained the average distance between the 2 fixation points of the cruciate ligaments on the tibia and the femur at 4 different flexion angles. RESULTS: The distance between the fixation points of the medial and lateral fiber bundles of the cruciate ligaments did not change significantly during movement. There were, however, significant variations (P < .05) in the distance between the fixation points of the posterior fiber bundles of the anterior cruciate ligament and the anterior fiber bundles of the posterior cruciate ligament. CONCLUSIONS: This technique was efficient for demonstrating the plastic deformability of the cruciate ligaments. The results proceeding from this type of study can assist in the planning of physical rehabilitation programs.

RESUMO

OBJETIVO: Este trabalho sugere uma técnica de baixo custo e de fácil reprodutibilidade para o estudo biomecânico em cadáveres. Neste tipo de estudo os efeitos das cargas naturais na articulação não são estudados. O objetivo é descrever a deformação plástica dos ligamentos no espaço tridimensional. MÉTODO: 18 joelhos provenientes de cadáveres humanos tiveram seus ligamentos cruzados divididos em três feixes de fibras cada e suas respectivas fixações tibiais e femorais marcadas, quando foram submetidos a duas exposições radiográficas perpendiculares para podermos obter uma projeção dos ligamentos nos três planos anatômicos (frontal, sagital e transversal). Através das medidas feitas nas radiografias nós obtivemos a média da distância entre os pontos de fixação na tíbia e no fêmur em quatro diferentes graus de flexão. RESULTADOS: Analisando os dados nós observamos que a distância entre os pontos de fixação dos feixes medial e lateral de ambos os ligamentos cruzados não alterou de forma significativa durante o movimento. Contudo, houve variação significativa (p>0.05) na distância entre os pontos de fixação do feixe posterior do ligamento cruzado anterior e do feixe anterior do ligamento cruzado posterior. CONCLUSÕES: A técnica foi eficiente ao demonstrar a deformação plástica dos ligamentos cruzados. Os resultados provenientes deste tipo de estudo podem auxiliar no planejamento de programas de reabilitação física.