Apport d’une évaluation biomécanique 3D du genou dans la prise en charge orthopédique de patients ayant une rupture du ligament croisé antérieur

Parmi les blessures sportives reliées au genou, 20 % impliquent le ligament croisé antérieur (LCA). Le LCA étant le principal stabilisateur du genou, une lésion à cette structure engendre une importante instabilité articulaire influençant considérablement la fonction du genou. L’évaluation clinique actuelle des patients ayant une atteinte au LCA présente malheureusement des limitations importantes à la fois dans l’investigation de l’impact de la blessure et dans le processus diagnostic. Une évaluation biomécanique tridimensionnelle (3D) du genou pourrait s’avérer une avenue innovante afin de pallier à ces limitations. L’objectif général de la thèse est de démontrer la valeur ajoutée du domaine biomécanique dans (1) l’investigation de l’impact de la blessure sur la fonction articulaire du genou et dans (2) l’aide au diagnostic. Pour répondre aux objectifs de recherche un groupe de 29 patients ayant une rupture du LCA (ACLD) et un groupe contrôle de 15 participants sains ont pris part à une évaluation biomécanique 3D du genou lors de tâches de marche sur tapis roulant. L’évaluation des patrons biomécaniques 3D du genou a permis de démontrer que les patients ACLD adoptent un mécanisme compensatoire que nous avons intitulé pivot-shift avoidance gait. Cette adaptation biomécanique a pour objectif d’éviter de positionner le genou dans une condition susceptible de provoquer une instabilité antérolatérale du genou lors de la marche. Par la suite, une méthode de classification a été développée afin d’associer de manière automatique et objective des patrons biomécaniques 3D du genou soit au groupe ACLD ou au groupe contrôle. Pour cela, des paramètres ont été extraits des patrons biomécaniques en utilisant une décomposition en ondelettes et ont ensuite été classifiés par la méthode du plus proche voisin. Notre méthode de classification a obtenu un excellent niveau précision, de sensibilité et de spécificité atteignant respectivement 88%, 90% et 87%. Cette méthode a donc le potentiel de servir d’outil d’aide à la décision clinique. La présente thèse a démontré l’apport considérable d’une évaluation biomécanique 3D du genou dans la prise en charge orthopédique de patients présentant une rupture du LCA; plus spécifiquement dans l’investigation de l’impact de la blessure et dans l’aide au diagnostic.

Modified stabilization method for the tibial tuberosity advancement technique: a biomechanical study

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Constitutive models for biodegradable thermoplastic ropes for ligament repair

The concept behind a biodegradable ligament device is to temporarily replace the biomechanical functions of the ruptured ligament, while it progressively regenerates its capacities. However, there is a lack of methods to predict the mechanical behaviour evolution of the biodegradable devices during degradation, which is an important aspect of the project. In this work, a hyper elastic constitutive model will be used to predict the mechanical behaviour of a biodegradable rope made of aliphatic polyesters. A numerical approach using ABAQUS is presented, where the material parameters of the model proposal are automatically updated in correspondence to the degradation time, by means of a script in PYTHON. In this method we also use a User Material subroutine (UMAT) to apply a failure criterion base on the strength that decreases according to a first order differential equation. The parameterization of the material model proposal for different degradation times were achieved by fitting the theoretical curves with the experimental data of tensile tests on fibres. To model all the rope behaviour we had considered one step of homogenisation considering the fibres architectures in an elementary volume. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Anterior crucial ligament rupture: self-healing through dynamic intraligamentary stabilization technique

Surgery involving arthroscopic reconstruction of the injured ligament is the gold standard treatment for torn anterior cruciate ligament (ACL). Recent studies support the hypothesis of biological self-healing of ruptured ACL. The aim of the study is to evaluate, in an animal model, the efficacy of a new technique, dynamic intraligamentary stabilization that utilizes biological self-healing for repair of acute ACL ruptures.

Reconstrução do ligamento cruzado anterior com a técnica de duplo feixe - avaliação no laboratório de biomecânica

OBJETIVO: O objetivo deste estudo é descrever a metodologia da análise da rotação do joelho utilizando instrumentos do laboratório de biomecânica e apresentar os resultados preliminares de um estudo comparativo com pacientes submetidos à reconstrução do ligamento cruzado anterior com a técnica de duplo feixe. MÉTODOS: Descreveu-se o protocolo atualmente utilizado em nosso laboratório e realizou-se a análise cinemática tridimensional e medida da amplitude de rotação do joelho de oito pacientes normais (grupo controle) e 12 pacientes operados com a técnica de duplo feixe em três tarefas no laboratório de biomecânica. RESULTADOS: Não indicam diferenças significativas entre os lados operados e não operados em relação às amplitudes médias da marcha, da marcha com mudança de direção ou da marcha com mudança de direção ao descer a escada (p > 0,13). CONCLUSÕES: Os resultados preliminares não demonstraram diferença da técnica de reconstrução de LCA em duplo feixe em relação ao lado contralateral e ao grupo controle.

Kinematic, kinetic and EMG patterns during downward squatting

The aim of this study was to investigate the kinematic, kinetic, and electromyographic pattern before, during and after downward squatting when the trunk movement is restricted in the sagittal plane. Eight healthy subjects performed downward squatting at two different positions, semisquatting (40 degrees knee flexion) and half squatting (70 degrees knee flexion). Electromyographic responses of the vastus medialis oblique, vastus medialis longus, rectus femoris, vastus lateralis, biceps femoris, semitendineous, gastrocnemius lateralis, and tibialis anterior were recorded. The kinematics of the major joints were reconstructed using an optoelectronic system. The center of pressure (COP) was obtained using data collected from one force plate, and the ankle and knee joint torques were calculated using inverse dynamics. In the upright position there were small changes in the COP and in the knee and ankle joint torques. The tibialis anterior provoked the disruption of this upright position initiating the squat. During the acceleration phase of the squat the COP moved posteriorly, the knee joint torque remained in flexion and there was no measurable muscle activation. As the body went into the deceleration phase, the knee joint torque increased towards extension with major muscle activities being observed in the four heads of the quadriceps. Understanding these kinematic, kinetic and EMG strategies before, during and after the squat is expected to be beneficial to practitioners for utilizing squatting as a task for improving motor function. (C) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

USE OF ALLOGRAFT IN LIGAMENTAR RECONSTRUCTION OF KNEE

Introduction: The use of allograft is a matter of huge interest for orthopaedic surgeons, due to the supposed advantages with its use, like decreased surgical time, larger grafts and no donator site morbidity. Objectives: The aim of this article was to review our experience with the use of allografts on ligament reconstruction. We present the technique applied for graft harvest, preparation and storage, as well as the indications for allograft use and the type of procedure in which it was applied. Methods: We revised the records of 46 patients. Results: We used 09 patellar tendons, 09 anterior tibial tendons, 08 calcaneal tendons, 06 quadriceptal tendons and 01 fibular tendon, mainly for multiple ligamentar reconstructions and ACL reviews. Conclusion: The use of allograft seems to be an interesting option for ligamentar reconstruction.

Tadalafil analgesia in experimental arthritis involves suppression of intra-articular TNF release

BACKGROUND AND PURPOSE We investigated the effect of the phosphodiesterase-5 inhibitor, tadalafil, on the acute hypernociception in rat models of arthritis. EXPERIMENTAL APPROACH Rats were treated with either an intra-articular injection of zymosan (1 mg) or surgical transection of the anterior cruciate ligament (as an osteoarthritis model). Controls received saline intra-articular or sham operation respectively. Joint pain was evaluated using the articular incapacitation test measured over 6 h following zymosan or between 4 and 7 days after anterior cruciate ligament transection. Cell counts, tumour necrosis factor-alpha (TNF-alpha), interleukin-1 (IL-1), and the chemokine, cytokine-induced neutrophil chemoattractant-1 (CINC-1) were measured in joint exudates 6 h after zymosan. Groups received tadalafil (0.02-0.5 mg.kg(-1) per os) or saline 2 h after intra-articular zymosan. Other groups received the mu-opioid receptor antagonist naloxone or the cGMP inhibitor 1H-[1,2,4] oxadiazolo [4,3-a] quinoxalin-1-one (ODQ) before tadalafil. KEY RESULTS Tadalafil dose-dependently inhibited hypernociception in zymosan and osteoarthritis models. In zymosan-induced arthritis, tadalafil significantly decreased cell influx and TNF-alpha release but did not alter IL-1 or CINC-1 levels. Pretreatment with ODQ but not with naloxone prevented the anti-inflammatory effects of tadalafil. CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS Therapeutic oral administration of tadalafil provided analgesia mediated by guanylyl cyclase and was independent of the release of endogenous opioids. This effect of tadalafil was associated with a decrease in neutrophil influx and TNF-alpha release in inflamed joints.

Magnetic Resonance Imaging Assessment of Subchondral Bone and Soft Tissues in Knee Osteoarthritis

Knee osteoarthritis (OA) has to be considered a whole joint disease. Magnetic resonance imaging (MRI) allows superior assessment of all joint tissues that may be involved in OA, such as the subchondral bone, synovium, ligaments, and periarticular soft tissues. Reliable MRI-based scoring systems are available to assess and quantify these structures and associated pathology. Cross-sectional and longitudinal evaluation has enabled practitioners to understand their relevance in explaining pain and structural progression.

Magnetic Resonance Imaging in Knee Osteoarthritis Research: Semiquantitative and Compositional Assessment

Semiquantitative assessment of the knee by expert magnetic resonance imaging readers is a powerful research tool for understanding the natural history of osteoarthritis (OA). Several reliable semiquantitative scoring systems have been applied to large observational cross-sectional and longitudinal epidemiologic studies and interventional clinical trials. Such evaluations have enabled understanding of the relevance of disease in structures within the knee joint to explain pain and progression of OA. Compositional imaging of cartilage has added to our ability to detect early degeneration before morphologic changes are present, which may help to prevent the permanent morphologic changes commonly seen in knee OA.

Efectividade de um programa de exercícios terapêuticos em meio aquático na ligamentoplastia do LCA

A reabilitação do joelho utilizando exercícios terapêuticos em meio aquático tem sido utilizada com o intuito de iniciar, de forma imediata os movimentos articulares, pois reduz a dor e permite a carga de peso mais precoce. Apesar destas vantagens serem reconhecidas, poucos estudos têm sido realizados no sentido de determinar a efectividade dos exercícios terapêuticos em meio aquático na reabilitação pós-cirúrgica do ligamento cruzado anterior (LCA) Objectivo: Descrever os efeitos de um programa de exercícios terapêuticos em meio aquático num caso clínico de ligamentoplastia do cruzado anterior. Metodologia: Um jogador de futebol de 27 anos de idade, sujeito a uma ligamentoplastia do LCA, completou um programa de exercícios terapêuticos em meio aquático que constou de um total de 24 sessões (4 por semana, e 60 minutos por sessão). O atleta foi avaliado em três momentos distintos (T0, no início da intervenção, T1, três semanas após o início da intervenção e T2, seis semanas após o início da intervenção. Como parâmetros de avaliação foram utilizadas as amplitudes articulares (goniometria), o teste muscular manual, o volume muscular (perimetria), o equilíbrio estável (Y Balance Test (YBT)) e a funcionalidade (Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score (KOOS)). Resultados: Após as 24 sessões verificou-se uma melhoria nos diversos parâmetros avaliados (flexão do joelho: 75º vs 134º; extensão do joelho: -7º vs 0º; força dos flexores e extensores do joelho: 3 vs 4+; perimetria da coxa: 46,2 cm vs 51,5 cm; YBT: equilíbrio anterior (resultados correspondentes aos momentos T1 e T2): 53 cm vs 72 cm; posterolateral: 46 cm vs 61 cm; posteromedial: 39 cm vs 57 cm; KOOS: dor/sintomas: 17 vs 92, outros sintomas: 25 vs 75, actividades da vida diária: 12 vs 90, actividades desportivas e de lazer: 0 vs 55, qualidade de vida relacionada com o joelho: 0 vs 50. Conclusão: O programa de exercícios terapêuticos em meio aquático utilizado neste estudo parece ter efeitos benéficos num caso clínico de ligamentoplastia do cruzado anterior.

Comparação de dois protocolos de reabilitação após reconstrução cirúrgica do ligamento cruzado anterior

Mestrado em Fisioterapia

Agenesia do ligamento cruzado anterior – estudo de caso

A agenesia do ligamento cruzado anterior é uma condição extremamente rara. Dada a importância desta estrutura na função muscular, cinética e cinemática do joelho, especula-se que muitas serão as alterações decorrentes desta patologia . Perante o caso de uma atleta com agenesia do ligamento cruzado anterior, este trabalho pretendeu estudar os possíveis défices resultantes desta condição e, perceber se as alterações encontradas no membro com agenesia constituem uma estratégia de compensação eficaz, para um joelho com ausência do ligamento cruzado anterior. Desta forma , foi realizada uma avaliação da força dos músculos quadricípite e isquiotib iais , num dinamómet ro isocinético, a 60°/s e 180°/s. Fo i também recolhido o sinal electromiográfico do vasto medial, bicípite femural e gastrocnémio medial, durante a realização do salto vertical e horizontal. Os dados foram comparados bilateralmente. Os resultados evidenciaram um défice de força dos extensores do joelho com agenesia do LCA. No entanto, para os isqu iotibiais esse défice não foi evidente. A electromiografia não revelou uma estratégia de compensação consistente. Contudo, os resultados realçaram a importância dos flexores do joelho e plantares na estabilização dinâmica de um joelho com ausência do ligamento cruzado anterior. Concluiu-se que as alterações encontradas não formam uma adaptação eficiente .

Força Muscular Isocinética após Reconstrução do Ligamento Cruzado Anterior – Influência do Tipo de Enxerto (Osso-Tendão-Osso/Isquio-Tibiais)

Introdução: É reconhecida a importância do ligamento cruzado anterior (LCA) no funcionamento normal do joelho. Em caso de rotura ligamentar, nomeadamente em desportos com marcada solicitação dos movimentos de rotação do joelho, é justificada a necessidade de reconstrução do LCA na maioria dos casos. Objetivo (s): Avaliar a influência do tipo de enxerto na reconstrução do ligamento cruzado anterior na força muscular isocinética, assim como na funcionalidade e sintomas após 6 meses. Métodos: Estudo transversal analítico, constituído por 20 indivíduos voluntários do sexo masculino, que haviam sido submetidos a uma ligamentoplastia do cruzado anterior, pelo mesmo cirurgião, seguido de uma intervenção individualizada por um fisioterapeuta. Em 10 indivíduos, o procedimento cirúrgico foi realizado com enxerto do tendão rotuliano (grupo OTO), e nos restantes 10 com enxerto do semitendinoso e gracilis (grupo STG). Como forma de avaliar a Força Muscular Isocinética (Peak Torque, Trabalho Total Muscular, ratio Isquiotibiais/Quadricipite), foi utilizado o Dinamómetro Isocinético Biodex. A avaliação foi efectuada apenas aos 6 meses após o procedimento cirúrgico. Para observação da funcionalidade, amplitude de movimento e sintomas, utilizou-se o questionário International Knee Documentation Committee (IKDC). Resultados: Foi possível observar que entre os grupos apenas se observaram diferenças significativas no peak torque de extensão a 180º no membro não lesado (p=0,019). Contudo, foi observada uma tendência para o grupo OTO apresentar um maior défice no peak torque e trabalho total muscular em extensão. Comparativamente ao membro contra-lateral, o membro lesado apresentou valores significativamente inferiores na maioria das variáveis ( p < 0,05). Conclusão: Após 6 meses de pós-cirúrgico com reabilitação de fisioterapia, não foi possível apontar qual o enxerto que garante uma melhor recuperação da força muscular. Aos 6 meses, ambos os grupos ainda apresentaram limitações musculares, quando comparados com o lado contra-lateral. Relativamente ao rácio isquiotibiais/quadricípite, assim como no IKDC, não se observaram diferenças entre os dois tipos de enxertos.

ACL injuries identifiable for pre-participation imagiological analysis: Risk factors

Identification of pre-participation risk factors for noncontact anterior cruciate ligament (ACL) injuries has been attracting a great deal of interest in the sports medicine and traumatology communities. Appropriate methods that enable predicting which patients could benefit from pre- ventive strategies are most welcome. This would enable athlete-specific training and conditioning or tailored equipment in order to develop appropriate strategies to reduce incidence of injury. In order to accomplish these goals, the ideal system should be able to assess both anatomic and functional features. Complementarily, the screening method must be cost-effective and suited for widespread application. Anatomic study protocol requiring only standard X rays could answer some of such demands. Dynamic MRI/CT evaluation and electronically assisted pivot-shift evaluation can be powerful tools providing complementary information. These upcoming insights, when validated and properly combined, envision changing pre-participation knee examination in the near future. Herein different methods (validated or under research) aiming to improve the capacity to identify persons/athletes with higher risk for ACL injury are overviewed.