La biomeccanica del ginocchio_parte_1-5 - Sport-Sys

Transcript

Giancarlo Pellis
Sistema KTJ®
Snodo a centro di rotazione variabile che ripropone il moto fisiologico del ginocchio
Biomeccanica del ginocchio:
ausilio per l’anziano e lo sportivo
Strettamente riservato ad uso interno
versione 01.07.2010
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La biomeccanica del ginocchio
Giancarlo Pellis
Il sistema KTJ®
E’ l’insieme di quanto è stato realizzato da un punto di vista meccanico, sperimentale,
teorico e brevettuale(1) a tutela e verifica di un organo meccanico che riproduce il moto
fisiologico roto-traslatorio del ginocchio.
®
(1)
KTJ - Knee Top Joint è il marchio registrato nei campi merceologici 10, 24
Brevetti depositati e coperti dal marchio KTJ:
“Adjustable rotation radium articolated joint for gym machines and knee tutors” Usa, Australia,
Germania, Francia, Spagna, Regno Unito, Giappone, Canada.
“Dispositivo per il ginocchio che consente la rotazione automatica della tibia” (TS2008A000001)
“Dispositivo per il ginocchio a supporto dei carichi verticali” (GO2008A000002)
“Knee ergonomic device for resolving the vertical loads (dispositivo ergonomico per il
ginocchio a scomposizione dei carichi verticali)” (PCT/IT2009/000026)
www.ktj.it è il sito internet sul quale sono riportate tutte le informazioni scientifiche e dei prodotti
progettati nel rispetto delle rivendicazioni brevettuali depositate
Il sistema KTJ
Snodo a centro di rotazione variabile
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Giancarlo Pellis
Riconoscimenti al Sistema KTJ
Ist Award GENIA PATENT WORLD Milano 1997
MEDAILLE D’OR 28° Salon International des Inventions
Genève 2000
PRIX DU SALON NATIONAL ITALIEN DE L’INVENTION
28° Salon International des Inventions Genève 2000
PRIX IFIA
FEDERATION INTERNATIONALE des ASSOCIATIONS d’INVENTEURS
28° Salon International des Inventions Genève 2000
AT AWARD 2004 12 November 2004, Düsseldorf /Germany
Isokinetic 2008 Winner of the poster presentation award Bologna 2008
Il sistema KTJ
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Australia: 728620
Germania: DE69719510T2
Regno Unito: 0910441
Giancarlo Pellis
Canada: 2,252,221
Giappone: 536923/97
Usa: US 6,358,190 B1,
Francia: 0910441
Spagna: 2194194
Certificaz. Europea 979196326
US 6,436,081 B2
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Giancarlo Pellis
Presentazione
Il lavoro descrive la realizzazione dello
snodo a centro di rotazione variabile
quale organo meccanico che riproduce la fisiologica movimentazione roto-traslatoria del ginocchio ed è
applicabile a dispositivi ortopedici indirizzati alla fisioterapia del ginocchio.
I risultati fino ad ora registrati ci permettono di affermare che i dispositivi KTJ creano condizioni
particolarmente favorevoli non solo per la ripresa della deambulazione (tutori), soprattutto a persone
anziane con patologie degenerative, ma anche nella riduzione dei tempi di recupero nel post-operatorio
(applicazione sulle macchine per la ginnastica passiva).
I risultati degli studi condotti possono essere considerati anche come risposta a quanto scritto da Insall (86)
in merito alla “scarsa significatività degli studi sulla cinematica del ginocchio basati su una
localizzazione anatomica del centro di istantanea rotazione”.
L’autore
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Giancarlo Pellis
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Giancarlo Pellis
Premessa
L’idea è nata dalla considerazione che alcuni atleti durante utilizzo della “leg extension”, quale attrezzo
sportivo per il potenziamento della muscolature estensoria dell’arto inferiore, lamentavano dolore al
ginocchio.
Volendo risalire alle cause di tale dolore, inizialmente è stata ipotizzata la possibile incompatibilità tra il moto
del ginocchio quale articolazione interessata nell’esercizio e la cinematica del braccio mobile della macchina
che viene a svilupparsi attorno ad un centro fisso.
L’analisi bibliografica
In quest’ottica, inizialmente, è stata effettuata una puntigliosa analisi bibliografia che quasi univocabilmente
confermava che il ginocchio ha un moto combinato tra rotazione e scivolamento. In particolare la maggior
parte degli autori consultati (SMIDT, 1973; FUMAGALLI ET AL.,1977; MARINOZZI end PAPPALARDO, 1977; KAPANDJI,
1977; TITTEL, 1979; FLEISCHMANN AND LINE, 1981; NISSEL, 1985; INSALL, 1986, DRAGANICH et al., 1987;
YAMAGUCHI and ZAJAC, 1989; MELEGATTI, 1997; STEINBRÜCK, 1997) concordavano che per i primi 25-30 gradi di
flessione i condili femorali rotolano sui piatti tibiali; dai 25-30 gradi in poi, i condili femorali combinano il
moto rotatorio con quello traslatorio (di scivolamento) che all’aumentare della flessione, diventa sempre più
importante.
Tale dinamica, è confermata dalla conformazione anatomica delle superfici articolari che costituiscono il
ginocchio: i condili femorali (parte distale del femore) ed i piatti tibiali (parte prossimale della tibia). I primi
presentano una superficie tondeggiante con un raggio di curvatura piuttosto ridotto, ma non uniforme tanto
è vero che il loro profilo è molto simile a quello di una spirale; i secondi, sono definiti piatti in virtù del loro
raggio di curvatura molto più ampio di quello dei condili femorali (tutti gli approfondimenti nell’Appendice A).
Peraltro, le superfici articolari descritte non sono uguali. Lo sviluppo in lunghezza del condilo è due volte
maggiore della lunghezza della superficie articolare tibiale. Ciò impedisce la possibilità di un puro
rotolamento tra i due capi articolari, che viene limitato per i primi 25-30 gradi di flessione. Successivamente
viene combinata una fase di scivolamento.
I legamenti crociati trattengono i capi articolari assicurando il contatto e la stabilità antero-posteriore del
ginocchio per tutto l’arco del movimento.
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Funzionalmente tale sistema garantisce che nella deambulazione (azione che nel corso della vita viene
riproposta per un innumerevole cicli di volte), durante la quale il ginocchio raggiunge un flessione di 20-25°,
vi sia solamente un moto rotatorio che meccanicamente preserva le superfici articolari dall’usura di
fregamento. Ovvero ad ogni punto del condilo femorale corrisponde un punto sul piatto tibiale e le forze
meccaniche, sviluppate dal gravare del peso del corpo, vengono trasmesse per compressione, senza
provocare usura. La compressione, infatti, non prevede sfregamenti dato che il carico viene trasmesso
sempre sugli stessi punti dei contigui capi articolari.
Nel proseguo della flessione, ovvero in tutta la sfera di movimenti al di fuori della pura deambulazione (corsa
lenta, corsa veloce, salto, pedalata, spinte con accosciata, ricadute, piegamenti –es. nello sci-, pedalata,
ecc.) l’azione dello sfregamento avviene in maniera sempre direttamente proporzionale al grado di
piegamento raggiunto e l’usura è proporzionale al peso del soggetto.
Da quanto sopra, quindi, si deduce che nella meccanica di flesso-estensione del ginocchio non esiste un
centro fisso di rotazione; da gamba estesa (in linea con la coscia), fino ai 25 gradi di flessione, il centro di
rotazione dista circa 60 mm dalla superficie articolare tibiale; tale distanza, man mano che l'angolo tende a
chiudersi, si riduce fino ad arrivare ad una distanza minima di circa 12 mm (come visibile nella figura 2).
Questo vuol dire che dopo i 25-30 gradi di flessione il centro istantaneo di rotazione tende a spostarsi in
maniera sempre più rilevante verso le superfici articolari.
Pertanto, si può ipotizzare che la variazione del centro di rotazione, determina una variazione di lunghezza
ginocchio-malleolo.
Di conseguenza se il ginocchio viene reso solidale ad un dispositivo meccanico che ruota attorno ad un
centro fisso, la differenza che si viene a creare tra la traiettoria del ginocchio e quella del dispositivo
meccanico, produce un allontanamento tra i capi articolari stessi in quanto il sistema meccanico è più “forte”
di quello organico e trascina i capi articolari sulla propria traiettoria che non cambia la sua ampiezza
La leg extension
Si presenta come una sedia piuttosto alta cui è collegato, lateralmente, un braccio mobile di carico che corre
verticalmente, lungo l'asse longitudinale della gamba e ruota attorno ad un centro fisso il cui asse di
rotazione deve essere coassiale all'asse orizzontale che passa trasversalmente ai condili femorali.
Il braccio mobile nella sua parte distale è collegato ad un carico P che deve essere vinto nell’estensione della
gamba sulla coscia tramite la contrazione del muscolo quadricipite.
Dalle considerazioni che
1 - nella posizione seduta, al pari di quella che viene assunta quando ci si accomoda sulla leg extension,
l’estensione della gamba sulla coscia avviene per effetto della contrazione di tre capi del quadricipite (vasto
interno, vasto intermedio e vasto esterno) in quanto il capo anteriore essendo poliarticolare viene escluso
dall’azione meccanica in virtù del fatto che il bacino è ruotato anteriormente;
2 – l’azione di estensione e flessione della gamba è del tutto indipendente dalla tipologia di contrazione
(isotonica o isocinetica) che viene espressa, è stata impostata una dettagliata analisi meccanica sulla
distribuzione delle forze che agiscono nello specifico esercizio sia da un punto di vista statico sia da quello
dinamico.
A tale scopo la gamba propriamente detta è stata paragonata ad
una trave a sbalzo incernierata su un carrello posto sul piano
articolare del ginocchio –piano tangente al punto di contatto tra il
piatto tibiale ed i condili femorali- e trattenuto da una struttura
elastica (legamenti crociati) e costruiti i diagrammi di taglio e di
flessione (per taglio si intende una forza che agisce sul piano
verticale, che ha un'intensità pari al carico applicato in tutti i punti
della trave e per flessione si intende il prodotto carico/braccio che
viene a determinarsi su ogni punto della trave).
Nella statica i diagrammi di taglio e flessione evidenziano un
preciso equilibrio tra i carichi che agiscono sulla trave (fig. 5).
Nella dinamica, invece, l’inerzia delle masse in movimento fa nascere delle sollecitazioni di “rimbalzo” che si
scaricano sui legamenti crociati.
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Nell'estensione, infatti, l'energia cinetica acquisita dal braccio mobile tende a far proseguire il sovraccarico
contro la gravità. Ad estensione completa, con la contrazione massima del quadricipite, il punto di inserzione
di quest'ultimo diventa il fulcro del sistema; la gamba, sottoposta alla forza di inerzia dovuta al movimento,
prosegue la sua corsa, ma avendo il fulcro a qualche centimetro dalle superfici articolari (punto di inserzione
del quadricipite), tenderà a far salire la porzione distale (trascinata dall'inerzia del piede), contrapponendo
un abbassamento della porzione prossimale (testa della tibia) e mettendo in trazione il legamento crociato
posteriore.
Quando il carico raggiunge il punto morto superiore, trasforma l'energia cinetica in energia potenziale che,
ritornando a gravare sulla gamba crea una condizione di rimbalzo, facendo abbassare la parte distale (piede)
e sollevare quella prossimale (testa della tibia) che a sua volta mette in trazione il legamento crociato
anteriore.
Il rimbalzo, che meccanicamente può essere evidenziato con la chiusura anomala del diagramma di
flessione, crea quindi una condizione microtraumatica che su un ginocchio sano può essere avvertita
casualmente, su un ginocchio traumatizzato ha effetti particolarmente sfavorevoli
Lo scarico del rimbalzo
Per evitare che le sollecitazioni di “rimbalzo” si scarichino all’interno del ginocchio, è indispensabile ancorare
tutto l’arto inferiore alla macchina (la coscia alla seduta e la gamba al braccio mobile) affinché tali
sollecitazione “dannose” vengano assorbite dall’organo meccanico.
Questa operazione però non è possibile con le attuali leg extension in quanto tale operazione comporta una
ulteriore problematica collegata alla differenza di traiettoria macchina/ginocchio. Il braccio mobile si muove,
infatti, unicamente con moto rotatorio attorno ad un centro fisso, moto che non corrisponde a quello
fisiologico del ginocchio.
Rifacendoci all’ipotesi espressa in precedenza se la gamba viene ancorata al braccio mobile, quest'ultimo
trascinerà il ginocchio sulla sua traiettoria a centro fisso;
con la gamba ancorata in estensione, durante la flessione verrà allontanata dalla sua radice con grande
sofferenza dei legamenti (Fig. 7);
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con la gamba ancorata in flessione, durante l’estensione si creerà una forte compressione tra i capi articolari
con grave sofferenza delle cartilagini e dei menischi (Fig. 8)
La risoluzione della problematica, quindi, deve necessariamente prevedere che la leg extension proponga
una movimentazione del braccio mobile rototraslatoria, analoga a quella del ginocchio affinchè si possa
ancorare tutto l’arto inferiore alla macchina (la coscia alla seduta e la gamba al braccio mobile) senza
provocare situazioni di allontanamento tra i capi articolari ad allo stesso tempo scaricare il “rimbalzo” sulla
struttura della macchina.
Fig. 9
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I lavori sperimentali biomeccanici
che hanno contribuito alla realizzazione del dispositivo meccanico
Prendendo spunto da quanto scritto da Insall (86) sulla “scarsa significatività degli studi sulla
cinematica del ginocchio basati su una localizzazione anatomica del centro di istantanea
rotazione “ il moto del ginocchio è stato analizzato da un punto di vista matematico/sperimentale al fine di
realizzare un dispositivo meccanico che rispetti la fisiologica movimentazione roto-traslatoria del ginocchio.
A tale scopo è stato messo a punto uno strumento per la valutazione che ha permesso di effettuare le
misure durante la flesso-estensione del ginocchio ma soprattutto di ricercare un preciso punto di repere dal
quale poter iniziare e riproporre la valutazione stessa senza incorrere in grossolani errori.
Lo strumento per la valutazione
Per poter verificare in maniera sperimentale quanto ipotizzato sulla variazione di lunghezza ginocchiomalleolo determinata dalla variazione istantanea del centro di rotazione durante la flessione, è stato
progettato uno strumento per poter effettuare contemporaneamente una lettura angolare (encoder angolare
– Fig. 10) sul grado di flessione del ginocchio ed una lineare (encoder lineare – Fig. 10) sul rientro del piede,
del quale l’appoggio della pianta è stato presa come zona di riscontro.
Ambedue gli strumenti di misura sono collegati con un computer per l’elaborazione contemporanea delle
misure ricavate.
Prima di poter effettuare una valutazione, però, è stato considerato indispensabile trovare precisi e ripetibili
punti di repere, affinché l’asse iniziale di rotazione del ginocchio che attraversa i due condili femorali quando
l’arto è teso (già definito asse C), sia perfettamente coassiale all’asse di rotazione attorno al quale ruota il
braccio mobile.
La macchina, è stata quindi dotata di un sedile mobile comandato da un motore passo-passo anche lui
collegato al computer capace di postare antero-posteriormente, anche di solo 0,1mm, la seduta stessa.
Oltre a ciò, particolare cura è stata posta nel “sistema di appoggio” (fig. 10) del ginocchio strutturato in due
appoggi laterali, inclinati e convergenti verso il basso, dei quali quello laterale ha la possibilità di scorrere in
senso trasversale. Tale sistema fa sì che il contatto tra zona poplitea e macchina avvenga sulle parti "rigide"
dei condili femorali e non su quelle “molli” muscolari (quale appoggio della parte posteriore della coscia sulla
seduta della macchina), al fine di non inficiare la misurazione lineare con il rigonfiamento della massa
muscolare poplitea dovuto all'accorciamento del comparto posteriore della coscia stessa durante la flessione.
Oltre a ciò la possibilità di avvicinare o allontanare i due appoggi permette di spostare sulla verticale l’asse C
trasverso del ginocchio per una maggior precisione dell’allineamento ginocchio/macchina.
Fig. 10
Procedura di allineamento macchina/ginocchio – Dalla considerazione che due traiettorie circolari che
si sovrappongono hanno lo stesso centro di rotazione, è possibile ricercare l’allineamento degli assi
macchina/ginocchio tramite l’esecuzione di una flesso-estensione di circa 30° della gamba ancorata al
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braccio mobile della macchina (Fig. 11). In tale frazione di movimento, sappiamo che il ginocchio compie un
moto di puro rotolamento imperniato sul suo centro iniziale di rotazione.
Fig. 11
Un eventuale spostamento del riscontro posto all'altezza del piede, rilevato dall’encoder lineare, evidenzia
che il centro di rotazione del braccio mobile della macchina ed il centro di rotazione del ginocchio non sono
coassiali.
Tale differenza in mm, viene elaborata dal computer che, tramite il motore, sposta la seduta in una nuova
posizione che farà coincidere i due raggi allineando gli assi di rotazione.
Se la traiettoria della macchina è più stretta di quella della gamba il ginocchio è arretrato, il ginocchio deve
essere avanzato;
se la traiettoria della macchina è più ampia di quella della gamba il ginocchio è avanzato, il ginocchio deve
essere retrocesso.
Eventuali spostamenti verticali possono essere effettuati stringendo od allargando il “sistema di appoggio” .
La valutazione
Dopo tale fase di preparazione e messa a punto uomo/macchina, si può passare alla valutazione. Dalla
enormità di dati che possono essere raccolti durante tutto l’arco di movimento, si è ritenuto sufficiente
raccogliere i valori del rientro solo a precise angolazioni di flessione.
Fig. 12
Utilizzando l’apparecchiatura descritta è stato condotto lo studio di seguito riportata dal quale è stato poi
realizzato il dispositivo roto-traslatorio.
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Giancarlo Pellis
Pellis G., Di Cosmo F.:
Il moto ROTO-TRASLATORIO: Studio sperimentale, analisi matematica, dispositivo ortopedico;
Calzetti Editore, Perugia, atti del XVIII edizione del Convegno di Traumatologia e Riabilitazione Sportiva, Bologna, 2009
Premessa
ll movimento relativo di femore e tibia consiste, per i primi 30° di flessione, nel rotolamento del femore, fra i
30 e i 135 gradi si associa una progressiva traslazione anteriore dei condili femorali. Ciò comporta che il
centro di rotazione del ginocchio non sia fisso, bensì variabile in relazione al grado di flessione articolare.
Un tutore per il ginocchio, dovrebbe tenere in considerazione questo dato ampiamente confermato dalla
letteratura.
Scopo del lavoro è dimostrare le basi matematiche del progetto alla base di un dispositivo meccanico che
rispetti tale variabilità di posizione del centro roto-traslatorio del ginocchio.
Materiali e metodi
Si è utilizzata una "leg extension" sulla quale è stato aggiunto un sistema per la misurazione della posizione
del malleolo peroneale rispetto al centro di rotazione (fisso) della macchina. Ciò allo scopo di misurare
l'apparente accorciamento della gamba nella flessione. Si è scelto di prendere il malleolo come riferimento a
distanza della posizione del piatto tibiale per la difficoltà di una misurazione diretta. Posto che, sul piano
sagittale, il centro iniziale di rotazione del ginocchio coincida con l’incrocio degli assi x ed y, si assume che,
nella completa estensione del ginocchio, l'asse x della gamba , si trovi allineato con l’asse y del femore.
Partendo dall'ipotesi che, nel movimento di flessione del ginocchio, il centro istantaneo di rotazione (P) vari
la propria posizione, rispetto al piatto tibiale, avvicinandosi allo stesso, si è voluto quantificare l'entità di tale
spostamento.
A tal fine si è utilizzata una "leg extension" associata a un sistema di misurazione della distanza fra il centro
di rotazione fisso della macchina e l'apice del malleolo esterno della gamba ottenendo una misura indiretta
dello spostamento del centro di rotazione rispetto al piatto tibiale. Detta Ra la distanza misurata a ginocchio
esteso ed Rb quella misurata a ginocchio flesso, si è calcolato il ∆R corrispondente a Ra - Rb.
Lo studio è stato effettuato su 83 soggetti maschi di età compresa fra i 16 ed i 19 anni (statura media cm
173,8 ± 5,89). I rilevamenti sono stati effettuati in estensione, a 30, 45, 90 e 135 gradi di flessione.
Risultati:
Sono stati raccolti nella tabella 1.
Angolo flex
0
30
45
90
135
Val medio ∆ R
0
0
0,04
1,25
4,99
δ
0
0
0,005
0,22
0,35
Tabella1
Essi evidenziano che il raggio di rotazione del ginocchio si mantiene costante fino a circa 30 gradi di
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flessione, (traiettoria circolare). Per angoli superiori ai 30° il raggio di rotazione diminuisce del valore
∆R.
In altre parole il movimento di flessione del ginocchio dopo una prima traiettoria circolare associa uno
scivolamento evidenziato dalla progressiva diminuzione della distanza tra il centro di rotazione e la superficie
articolare tibiale. Lo spostamento del punto P può essere rappresentato per i primi gradi dall'equazione:
x2+y2=r2 = Ra2
che corrisponde ad una circonferenza e per il successivo range di movimento, sino ai 135° di flessione,
dall'equazione:
x =x - x1 = (Ra - Rb) cos ø
Pare importante rilevare che quando ∆x è sufficientemente piccolo rispetto Ra lo spostamento del centro di
rotazione lungo l'asse x può essere trascurato.
Si è quindi costruito un dispositivo meccanico, che consentisse che la proiezione su di esso del centro di
rotazione del ginocchio mimi il movimento fisiologico.
Ciò è stato ottenuto inserendo su una prima piastra (femorale) due perni: uno centrale, posto in
corrispondenza dell’intersezione degli assi x,y ed uno periferico posto in corrispondenza del punto P. Su una
seconda piastra (tibiale), sono state ricavate due aperture, una periferica con un percorso circolare per i
primi 30°, che assume poi un andamento a spirale analogamente al percorso seguito dal punto P ed una
centrale, che ha origine in un punto corrispondente all’intersezione degli assi x.y, con un’estensione lungo
l’asse x pari al ∆x come sopra calcolato.
Tale sistema meccanico, quando utilizzato come snodo per un tutore del ginocchio, risulta quindi rispettoso
dei rapporti dinamici delle componenti articolari ossee e capsulo-legamentose.
Conclusioni
Il dispositivo meccanico ripropone il moto roto-traslatorio del ginocchio e può essere utilizzato con vantaggio
in tutti gli apparecchi ortopedico-riabilitativi, che coadiuvano il ginocchio nel suo movimento di flessoestensione. Esso infatti non crea conflitti tra la traiettoria fisiologica e quella meccanica tali da scatenare
tensioni nocive agli organi traumatizzati.
Ulteriori riflessioni sul parallelismo ginocchio/dispositivo in quanto hanno fatto nascere la convinzione che la
movimentazione roto-traslatoria debba essere applicata anche ad uno strumento di valutazione per una
“reale” misura del grado di flesso estensione del ginocchio.
Tale aspetto è stato approfondito nello studio riportato nelle pagine seguenti.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Il teorema del ginocchio
Pellis G.
Variable center of rotation concerning the physiological motion of the knee theorem
Teorema del centro di rotazione variabile relativo al moto fisiologico del ginoccchio
Atti del XIX edizione del Convegno di Traumatologia e Riabilitazione Sportiva, Bologna, 2010, Calzetti Editore, Perugia,
Enunciato
Declaration
Dato che nel suo movimento naturale il ginocchio compie
un moto roto – traslatorio il suo reale grado di flessione tra
i capi articolari dopo i 30° dipende dalla posizione del
centro di rotazione.
Given the natural flexion/extension movement of the knee
as a combination of rolling and sliding during the first 30°
of flexion; subsequently the real flexion depends upon the
position of the center of rotation.
Ciò comporta una differenza tra l’angolo misurato con un
sistema goniometrico e quello realmente percorso dal
ginocchio.
This implies that there is a difference between the knee
angle measured with a goniometric sytem and the real
distance between the foot and the axis of rotation.
Ipotesi
Hypothesis
Il movimento di flessione del ginocchio dopo una prima
fase di rotazione su una traiettoria circolare prosegue con
una fase di roto-traslazione contraddistinta dalla
progressiva diminuzione della distanza tra il punto di
rotazione e la superficie articolare.
After
an
initial
circular
rotating
phase,
the
flexion/extension movement of the knee proceeds with a
combination of rolling and sliding (rotary - traslational)
motion, which is characterized by the progressive
decrease of the distance between the starting rotation
and the articular surface.
Tesi
L’angolo di flessione raggiunto dal ginocchio dopo aver
compiuto il fisiologico moto roto-traslatorio, è diverso
dall’angolo valutato unicamente con un sistema
goniometrico; in considerazione di ciò, la valutazione
dell’ampiezza del movimento del ginocchio deve prevedere
un sistema che tenga conto dello spostamento istantaneo
del centro di rotazione.
Thesis
The knee flexion/extension axis achieved after a rolling
and sliding motion, is different from the axis measured
only with a protractor; thus a correct evaluation of the
flexion/extension motion of the knee should consider the
instantaneous displacement of center of rotation.
.
.
Dimostrazione
Proof
La posizione del centro istantaneo di rotazione del
ginocchio, inizialmente è posto sull’asse x quale
prolungamento dell’asse longitudinale della coscia che
nella estensione completa si sovrappone all’asse
longitudinale x della gamba. In tale condizione il centro
iniziale di rotazione del ginocchio coincide con l’origine del
sistema di riferimento cartesiano ortogonale xOy.
The position of the instantaneous center of rotation of the
knee is initially placed on the x axis as an extension of the
longitudinal axis of the thigh, whereas during the full
extension of the thigh, it overlaps the longitudinal axis x
of the leg itself. In this case the initial center of rotation
of the knee coincides with the origin of Cartesian
coordinate system xOy.
Nota 1
Volendo descrivere il progressivo spostamento dell’asse di
rotazione del ginocchio stabilito che Ra è il primo raggio di
rotazione che giace sull’asse y, la traiettoria di flessoestensione della gamba sulla coscia può essere
analiticamente definita:
Provided that Ra is the first rotating radius that lies on the
y axis, we could describe the gradual displacement of the
axis of rotation of the knee, the trajectory of flexion and
extension of the leg on the thigh can be analitically
defined as:
per α < 30° il movimento del ginocchio si può descrivere
according to α <30 °, the knee motion can be described
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
come un sistema rigido che ruota attorno ad un centro
fisso: la traiettoria eseguita dal punto P ha come
equazione quella di una circonferenza
as a rigid system that rotates around a fixed center: the
trajectory performed by the point P is the equation of
circumference
x2+y2=Ra2.
per 30° ≤ α < 135°, il centro di rotazione si sposta verso
la superficie articolare di una quantità pari a ∆x.
According to 30° ≤ α < 135°, the center of rotation moves
toward the articular surface by an amount equal to ∆x.
Le nuove coordinate del punto P diventano:
The new coordinates of point P become:
X = x + ∆x
Y = y + ∆y
L’equazione del centro di rotazione del ginocchio risulta
essere:
The equation of the center of rotation of the knee appears
to be:
X 2 + Y2 = Rb2
Dove Rb è il vero (effettivo) raggio di rotazione che cambia
con il mutare di α, con Rb < Ra
when Rb is the real (effective) radius of rotation changing
with the mutation of α, when Rb < Ra
Quando α è l’angolo tra l’asse x ed il raggio di rotazione, i
valori di x, X, y e Y possono essere così ottenuti:
When α is the angle between the x-axis and the radius of
rotation, the values of x, X, y and Y can be obtained as:
x = Ra sen α
y = Ra cos α
X = Rb sen α
Y = Rb cos α
Quindi per un dato valore di α compreso tra i 30° e 135°
la posizione del centro istantaneo di rotazione può essere
calcolata:
So when a given value of α is included between 30° and
135° the position of the istantaneous center of rotation
can be calculated as:
∆x = X – x = (Ra – Rb) sen α
Applicazione pratica – la nuova scala angolare
Pratical application – The new scale angle
Da quanto sopra, risulta che nel movimento rototraslatorio il punto periferico P segue una curva con un
andamento a spirale rientrante verso il centro.
As seen from above, it appears that the rolling and sliding
motion the peripheral point P follows a curve with a spiral
process, receding toward the center.
Ciò comporta che la scala per la valutazione dell’angolo
reale del ginocchio deve essere costruita dalla sequenza di
punti di estremità P del raggio Ra, la cui seconda
estremità (che coincide inizialmente con l’origine del
sistema di riferimento xOy) dopo i 30 gradi si muove
This implies that the scale for the evaluation of the actual
angle of the knee must be established by the sequence of
extreme points P of radius Ra, which second end (it
initially overlaps with the origin of the reference xOy
system) after 30° it moves along the x axis within a
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
lungo l’asse x di un’ entità pari a ∆x.
degree equal to ∆x
Pertanto sulla curva a spirale, le indicazione di riferimento
angolare (Fig. 1) devono essere poste in funzione della
nuova origine xO’Y conseguente allo slittamento
istantaneo del sistema goniometrico lungo l’asse x, con O’
= O + ∆x, nuovo centro istantaneo di rotazione.
Therefore the angular reference information on the spiral
curve (Fig. 1) must be placed according to the new
source xO'Y as a result of the instantaneus shift of the
goniometric system along the x axis, when O'= O + ∆x, as
a new instantaneus center of rotation.
Fig.1
Fig. 1 - Scala angolare relativa a Ra= 13mm e ∆x=3.6mm1
Fig. 1 – Angular scale concerning Ra= 13mm and ∆x= 3,6mm1
Bibliografia - Reference
1) Pellis G., Di Cosmo F.: Il moto roto-traslatorio: Studio sperimentale, analisi matematica, dispositivo ortopedico,
Calzetti Editore, Perugia, Atti del XVIII edizione del Convegno di Traumatologia e Riabilitazione Sportiva, Bologna, 2009.
Nota 1:
il ribaltamento degli assi cartesiani è stato operato per mantenere inalterati i riferimenti stabiliti per
l’esecuzione dello studio sperimentale 1
Nota: Da completare: le applicazioni pratiche
Lavoro da proporre congresso 2011
Il sistema KTJ
17
Il sistema KTJ
Giancarlo Pellis
18
Giancarlo Pellis
Il dispositivo meccanico, roto-traslatorio, a centro di rotazione variabile
Applicando l’analisi matematica riportata precedentemente ai risultati sperimentali, è stato possibile
“disegnare” il percorso del ginocchio nel suo moto fisiologico
Angolo flex
0
30
45
90
135
Val medio ∆R
0
0
0,04
1,25
4,99
Val medio ∆x
0
0
0,03
1,25
3,59
δ ∆R
0
0
0,005
0,22
0,35
δ ∆x
0
0
0,002
0’158
0,251
E’ stato quindi progettato un dispositivo roto-traslatorio, strutturato con due piastre, una femorale ed una
tibiale, sulle quali è stato riprodotto un sistema di movimentazione guidata costituito da due perni (posti
sulla piastra femorale) che scorrono in due asole (poste sulla piastra tibiale).
Il primo perno, centrale, è stato posto su ad una estremità della piastra femorale (in corrispondenza
dell’intersezione degli assi x,y); analogamente sull’estremità della piastra tibiale è stato realizzato un foro
quale punto di partenza di un’asola lineare che si sviluppa lungo l’asse x con un’estensione pari a ∆x.
Il secondo perno è stato posto sulla piastra femorale ma sull’asse y (in corrispondenza del punto P – vedi
studio precedente). Nello stesso punto, ma sulla piastra tibiale, è stato realizzato un foro dal quale è stata
sviluppata un’apertura periferica, circolare per i primi 30° e, per i restanti 105°, a spirale rientrante verso il
centro. La sequenza di punti che forma l’asse longitudinale di tale apertura è ricavata dalla sequenza di punti
dell’estremità di un segmento di lunghezza “x,y – P” la cui seconda estremità si muove lungo l’asse
longitudinale della prima apertura lineare.
La direzione di tale apertura e analoga alla direzione nella quale si sviluppa la roto-traslazione dei condili
femorali sui piatti tibiali.
Il dispositivo meccanico così strutturato può essere utilizzato su tutti gli apparecchi ortopedico-riabilitativi
che coadiuvano il ginocchio nel suo movimento di flesso-estensione.
Il sistema KTJ
19
Il sistema KTJ
Giancarlo Pellis
20
Giancarlo Pellis
Da dispositivo meccanico a dispositivo ortopedico
Affinchè il dispositivo realizzato possa realmente essere considerato un “dispositivo ortopedico”, sono stati
effettuati ulteriori studi per verificare se quanto realizzato sia corrispondente a quanto indicato da Insall (86)
come “una specifica condizione biomeccanica in conseguenza della quale il centro istantaneo di rotazione
deve ricadere sulla perpendicolare del punto di contatto tra le superfici articolari”.
Lo stesso Insall sostiene che ciò accade quando il ginocchio non ha la possibilità di eseguire un corretto
moto fisiologico, ovvero “quando le superfici articolari o i legamenti, o entrambi, non sono situati nella loro
normale posizione anatomica, o quando al ginocchio viene applicato un … dispositivo ortopedico
che forza il movimento articolare in una direzione innaturale”.
A tale scopo sono stati effettuati due studi riportati qui di seguito.
Il primo mette in luce la simmetria tra il percorso del ginocchio ricavato da radiogramma a precise
angolature e un modello monoplanare il plastica movimentato da uno snodo a centro di rotazione variabile.
La precisa sovrapposizione tra il tracciato del profilo radiologico e quello del modello, evidenzia una marcata
similitudine tra le due traiettorie, similitudine che fa dedurre anche la sovrapposizione del centro istantaneo
di rotazione e la sua conseguente perpendicolarità rispetto alle superfici articolari.
Il secondo, invece, è stato impostato sullo studio delle trazioni alle quali sono sottoposti i legamenti crociati
durante le flesso-estensione, quale verifica di una possibile forzatura ”in direzione innaturale” dei capi
articolari.
Il sistema KTJ
21
Giancarlo Pellis
16° Congresso Nazionale, Società Italiana di Artroscopia, Genova 2003
Influenza di diversi tipi di snodo per tutore del ginocchio sui rapporti dinamici
fra femore e tibia.
CONFRONTO FOTOGRAFICO TRA MODELLI
SNODI MECCANICI CHE RIPRODUCONO
MOVIMENTAZIONE DEL GINOCCHIO
DI
LA
PHOTOGRAPHIC COMPARISON OF ARTICULATED
JOINT MODELS REPRODUCING THE MOVEMENT OF
THE KNEE
Abbiamo voluto valutare quali possono essere le
incongruenze tra il moto del ginocchio e quello
determinato da diversi tipi di snodi meccanici utilizzati nei
tutori mobili, comunemente proposti per una gran parte
della traumatologia del ginocchio.
We wanted to assess the possible difference between the
movement of the knee and the movement of the various
brace joints normally used while dealing with knee
traumas.
Le nostre considerazioni traggono spunto dal fatto che il
movimento del ginocchio ripropone un moto rototraslatorio: Smidt, 1973; Fumagalli,1977; Marinozzi e
Pappalardo, 1977; Kapandji, 1977; Tittel, 1979;
Fleischmann, Line, 1981; Nissel, 1985; Insall, 1986,
Draganich et al., 1987; Yamaguchi and Zajac, 1989;
Melegatti, 1997.
We based our remarks on the well known fact that the
knee has a rotatory-translatory movement, as described
by Smidt (1973), Fumagalli et al. (1977), Marinozzi and
Pappalardo (1977), Kapandji (1977), Tittel (1979),
Fleischmann and Line (1981), Nissel (1985), Insall (1986),
Draganich et al. (1987), Yamaguchi and Zajac (1989),
Melegatti (1997) and Steinbrück (1997).
Prendendo come punto di partenza la gamba estesa 0°
(Fig. 1), la meccanica articolare prevede che nei primi 2530° di flessione, il ginocchio abbia un moto di solo
rotolamento (Fig. 2); poi (Fig. 3, 4 e 5), il rotolamento si
combina con uno scivolamento (in avanti) dei condili
femorali sul piatto tibiale che diviene sempre più
predominante.
The thigh is considered the starting point and the
extended leg the 0° angle (Fig. 1). According to articular
mechanics, during the first 25-30° flexion the knee has a
pure rotatory movement (Fig. 2). From 25° on (Fig. 3, 4
and 5), the rotation is combined with a gliding (forward)
movement of the femoral condyles on the tibial flat bone
that becomes more and more progressive and prevailing.
Radiografie di un ginocchio tipo a 0°, 30°, 60°, 90° e 110°
Radiography of a standard knee at 0°, 30°, 60°, 90° e 110°.
Abbiamo anche considerato alcune opinioni contrarie a
quanto sopra riportato, ovvero quelle formulate nei lavori
di seguito elencati (Loudon et al, 1998; Putz, 1995;
Townsend Ind. Inc., Patent n. EP 0 361 405 A,
04.04.1990; Townsend, Jeffrey H., Williams Robert J., US,
patent n. WO 92 15264 A, 17.09.92), fondate sull’ipotesi
che nella flesso-estensione il moto del ginocchio sia traslarotatorio, ovvero consista inizialmente in uno scivolamento
anteriore del femore sulla tibia di circa 8-9 mm (per un
arco di 20-25°), al quale segue una fase di rotazione dai
25° in poi.
We considered also opinions opposite to the above, e.g.
Loudon et al (1998), Putz (1995), Townsend Ind. Inc.,
patent no. EP 0361405A, (04.04.1990), Townsend, Jeffrey
H., Williams Robert J., US patent no. WO 9215264°
(17.09.92). They are based on the hypothesis that during
the flexion-extension the knee has a translatory-rotatory
movement, i.e. the femur glides forward on the tibia for 89 mm (0-25°); the rotation phase follows from 25° on.
MATERIALI E METODI
MATERIALS AND METHODS
Per poter effettuare il nostro studio, come primo punto,
abbiamo ricostruito un modello monoplanare del ginocchio
in materiale plastico che riproduceva il profilo del femore e
In our research we reconstructed flat plastic models of the
knee reproducing the outlines of femur and tibia with the
average dimensions of adult bones. We chose four
Il sistema KTJ
22
Giancarlo Pellis
della
tibia,
rispettando
le
dimensioni
medie
dell’articolazione di un adulto. Successivamente abbiamo
scelto 4 diversi tipi di snodo utilizzati per la costruzione di
ginocchiere armate su ognuno dei quali abbiamo fissato un
modello monoplanare.
different kind of knee support joints and fixed them on the
flat models.
DESCRIZIONE MECCANICA DEGLI SNODI
MECHANICAL DESCRIPTION OF THE JOINTS
E’ noto che lo snodo utilizzato in un tutore del ginocchio è
formato da un’articolazione meccanica collegata a due
bracci, uno superiore, al quale è stato fissato il profilo
femorale, ed uno inferiore, al quale è stato fissato il profilo
tibiale.
The joint used in a knee brace is formed by a mechanical
articulation linked to two arms. We fixed the upper arm to
the model femur and the lower arm to the model tibia.
SNODO A CENTRO FISSO
JOINT
WITH
ROTATION
FIXED
AXIS
OF
It consists of a pivot reproducing a rotatory
Consiste in un perno centrale, che ripropone
un moto rotatorio attorno ad un punto.
movement around a central axis.
Tenendo vincolato il braccio tibiale, quello
femorale, nella flessione, eseguirà, attorno
al perno centrale, un moto rotatorio.
During the flexion, the tibial brace is
restrained and the femoral brace follows a
circular trajectory around the pivot.
SNODO A DOPPIO CENTRO
JOINT WITH
ROTATION
I due bracci vengono posti a contatto tra
loro con un estremo, ognuno dei quali
presenta un profilo arrotondato e disegnato
a ruota dentata. Al centro di ogni singolo
arrotondamento è posto un perno in modo
che ad un movimento di rotazione di un
braccio,
attorno
al
proprio
perno,
corrisponda un analogo movimento, nel
senso opposto, dell’altro braccio
Tenendo vincolato il braccio tibiale, quello
femorale, nella flessione, eseguirà un moto
DOUBLE
AXIS
OF
The braces are in contact by means of their
rounded, gear-wheel-shaped extremities
with a pivot in their middle. When one brace
turns around its own pivot, the other brace
makes the same movement, in the opposite
direction.
During the flexion, the tibial brace is
restrained and the femoral brace makes a so
called retrograde cycloid movement.
cicloide retrogrado.
SNODO A
SALTATA
CENTRO
DI ROTAZIONE
JOINT WITH SWITCHING AXES OF
ROTATION
È composto da una piastra principale,
collegata al braccio superiore, che presenta
due scanalature, una centrale (trasversale)
di piccole dimensioni e una periferica
(circolare) di grandi dimensioni; ogni
scanalatura alloggia e guida un proprio
perno, fissato su una piastra esterna.
Durante i primi 25° di flessione, il fulcro è il
perno alloggiato nell’estremità superiore
della scanalatura circolare e costringe il
primo perno posizionato nella scanalatura
trasversale a spostarsi avanti per tutta la
lunghezza
della
scanalatura
stessa
(traslazione lineare 8-9 mm), simulando lo
scivolamento anteriore dei condili femorali
rispetto al piatto tibiale. Nella seconda fase
della flessione (dai 25° ai 120°) il fulcro salta
sul secondo perno alloggiato alla fine della
scanalatura lineare attorno al quale lo snodo
sviluppa la sua traiettoria circolare guidata
dal perno alloggiato nella scanalatura
circolare. Tenendo vincolato il braccio tibiale,
quello femorale, nella flessione, eseguirà un
It is composed of a plate linked to the upper
brace. This plate has two grooves: a little
central (transversal) one and a big
peripheral (circular) one. Within each groove
slides a pivot which is fixed to an external
plate.
During the first 25° flexion, the fulcrum is
the pivot seated in the upper extremity of
the circular groove. It makes the other pivot
move forward the entire groove (8-9 mm
linear translation), simulating the anterior
glide of the femoral condyles on the tibial
flat bone.
In the second part of the flexion (from 25°
to 120°) the fulcrum switches to the pivot
seated in the lower extremity of the linear
groove. The joint turns around it following
the movement of the other pivot in the
circular groove. The femoral brace has thus
a translatory-rotatory movement.
moto trasla-rotatorio.
Il sistema KTJ
23
SNODO A CENTRO
VARIABILE KTJ©
Giancarlo Pellis
DI ROTAZIONE
È formato da due piastre, una delle quali ha
due scanalature; la prima di piccole
dimensioni è posta al centro della piastra
stessa che si allunga linearmente verso il
basso, mentre la seconda inizialmente (da 0
a 30°) ha una forma circolare che
successivamente
diventa
una
spirale
rientrante verso il centro della piastra stessa.
L’altra piastra presenta due perni, il primo
viene inserito nella scanalatura lineare,
mentre il secondo viene collocato in quella
curvilinea. Ogni piastra è collegata ad un
relativo braccio (femorale e tibiale); nel
movimento di flessione, quindi, lo snodo
determina un iniziale movimento rotatorio
che dopo i 30° viene combinato con uno
scivolamento determinato dalla parte a
spirale dell’apertura periferica . Tenendo
vincolato il braccio tibiale, quello femorale,
nella flessione, eseguirà un moto roto-
ADJUSTABLE
JOINT
ROTATION
RADIUS
It is composed of two plates. One of them
has two groves. The first little one goes
from the middle of the plate linearly
downward. The second one initially (from 0°
to 30°) has a circular shape which lately
becomes a spiral lightly going to the middle
of the plate.
The second plate has two pivots, one is
seated in the linear groove and the other in
the curvilinear one.
Each plate is linked to the respective brace
(femoral and tibial). During the flexion the
joint causes a rotatory movement combined
– after the first 30° – with a gliding due to
the spiral shape of the groove rotatory-
translatory movement.
traslatorio.
IL
CENTRO
ROTAZIONE
INIZIALE
DI
Per determinare un punto di
riscontro comune a tutti gli snodi con
il
quale
poter
uniformare
il
posizionamento dei modelli di
plastica rispetto al relativo snodo
meccanico, è stato preso in
considerazione il centro iniziale di
rotazione individuato secondo il
metodo impostato da Nietert (1976).
Tale punto può essere individuato misurando la lunghezza
antero-posteriore del condilo femorale. Un terzo di tale
misura è stata posta come distanza alla quale tracciare la
parallela alla tangente al profilo posteriore del condilo
femorale e la parallela alla tangente al suo profilo inferiore.
L’intersezione delle due parallele, individua il centro iniziale
di rotazione.
Nei modelli, tale riferimento si è potuto applicare sullo
snodo a centro fisso, su quello a centro di rotazione
variabile (impostando la posizione iniziale del perno
centrale come centro iniziale) e su quello a centro saltato
(impostando la posizione iniziale del perno centrale come
centro iniziale), mentre non è stato possibile per lo snodo
a doppio centro, in quanto il movimento viene sempre a
svilupparsi attorno ai due centri.
La documentazione fotografica
THE
INITIAL
ROTATION
AXIS
OF
We took as a landmark common to
all the joints – in order to uniform
the position of the plastic models
with respect to their mechanical
joints – the initial axis of rotation
located with the Nietert (1976)
method.
We traced a line parallel to the tangent to the posterior
outline of the femoral condyle and a line parallel to the
tangent to its inferior outline at a distance equal to one
third of the anteroposterior length of the femoral condyle.
The intersection of those lines locates the initial axis of
rotation.
In our models, this landmark has been applied to the joint
with fixed axis, to the adjustable rotation radius joint
(setting the initial position of the central pivot as initial
centre) and to the joint with switching axes (setting the
initial position of the central pivot as initial centre). We
could not apply this landmark to the joint with double axis
because the rotations around the two axes were always
simultaneous
Per ogni singolo modello sono state fatte una serie di
fotografie a vari gradi di flessione: 0, 30, 60, 90, 110.
The photographic documentation
We took a series of pictures of each model at the
following angles of flexion: 0°, 30°, 60°, 90°, 110°.
Su ogni modello sono stati posti dei marcatori a distanza
standard per poter evidenziare le eventuali incongruenze
di traiettoria tra il movimento reale riportato nelle
radiografie, e quello determinato da ogni singolo snodo.
We put standard distance markers on all models to
highlight the possible differences between the trajectory
of the natural movement shown by the radiographies and
the movement determined by each joint.
Il sistema KTJ
24
Giancarlo Pellis
JOINT WITH FIXED
AXIS OF ROTATION
JOINT WITH DOUBLE
AXIS OF ROTATION
JOINT WITH
SWITCHING AXES
OF ROTATION
ADJUSTABLE
ROTATION RADIUS
JOINT
Snodo a centro fisso
Snodo a doppio
centro
Snodo a centro
saltato
Snodo a centro di
rotazione variabile
KTJ
0°
30°
60°
90
110°
Per un confronto più evidente, comunque, sono stati
inizialmente ricalcati i contorni dei profili articolari dei
modelli nelle varie posizioni e sovrapposti a quelli reali
radiografico (sfondo opaco).
Il sistema KTJ
For a clearer comparison we traced the articular outlines
of the models in the different positions and superimposed
them to the respective radiographic outline (highlighted by
the dark background).
25
Giancarlo Pellis
PROFILO RADIOGRAFICO
RADIOGRAPHIC COMPARISON
Differenza tra il profilo radiografico e lo snodo con
il centro fisso.
Difference between the radiographic outline and
the joint with fixed axis.
Si può notare come la sagoma del modello, al chiudersi
della flessione, si porta in avanti ed in alto.
At the end of the flexion it can be noticed how the outline
of the model moves forward and up.
Da studi recenti si è stabilito che lo spostamento in alto
corrispondeva ad un valore medio di 4,99 mm.
Recent studies fixed this up movement to an average
value of 4,99 mm.
il doppio centro.
the joint with double axis.
L'ombra del modello, a fine flessione, si trova in una
posizione marcatamente arretrata ed addirittura più in
basso rispetto al piatto tibiale disegnato dal profilo
radiologico.
At the end of the flexion the outline of the model is
situated in a highly backward position. The femur of the
model is lower than the tibial flat bone of the radiography.
Il sistema KTJ
26
Giancarlo Pellis
il centro saltato.
the joint with switched rotation.
Il modello alla fine della flessione si trova in una posizione
notevolmente avanzata e sollevata rispetto al profilo
radiografico.
At the end of the flexion the model is in a highly forward
and upward position respect to the radiographic outline.
il centro variabile di rotazione KTJ©.
the adjustable rotation radius joint KTJ©.
In ogni fase della flessione il modello si trova sempre in
una posizione molto simile a quella del profilo radiologico.
In all the phases of the flexion the model is situated in a
position very similar to that of the radiographic outline.
Il sistema KTJ
27
Giancarlo Pellis
CONCLUSIONI
CONCLUSIONS
Dalla nostra indagine risulta evidente che il ginocchio ha
un moto roto-traslatorio durante il quale, dopo i 30° di
flessione, il condilo femorale scivola anteriormente ed in
modo progressivo sul piatto tibiale. Tale moto, quindi,
dovrebbe essere riproposto in qualunque tipo di
apparecchiatura o snodo meccanico che, per problemi
fisioterapici, deve accompagnare il ginocchio nel suo
movimento.
Our research clearly shows that the knee has a rotatorytranslatory movement. After 30° of knee flexion the
femoral condyle glides progressively forward on the tibial
flat bone. This movement should be reproduced by all
equipments or mechanical joints guiding the movement of
the knee for physiotherapeutic reasons.
Al contrario, se il ginocchio viene vincolato ad
un'articolazione meccanica che non riproduce tale moto
roto-traslatorio, i capi articolari tenderanno ad essere
trascinati dallo stesso dispositivo sulla traiettoria di
quest'ultimo, creando all'interno del ginocchio degli
allontanamenti con tensioni che si scaricano sulle strutture
articolari quali i legamenti, in particolare i crociati, la
capsula, i menischi e le cartilagini.
Dalla nostra indagine risulta che lo snodo a centro di
rotazione variabile è quello che meglio propone un
movimento che riproduce la gerarchia di intervento tra la
progressività dei moti di rotolamento e di scivolamento.
Questo fa sì che la gamba ed il supporto meccanico a lei
collegato, restino perfettamente su traiettorie parallele in
modo che, in qualsiasi fase del movimento, ogni punto di
contatto gamba-dispositivo meccanico resti sempre
perfettamente corrispondente. Ciò evita qualsiasi tipo di
trazione del dispositivo meccanico sulle strutture deboli
articolari ed evita l'insorgenza di tensioni all'interno del
ginocchio.
In conclusione vogliamo far riferimento ai punti principali
che sono riportati nel “Decreto Legislativo 24 febbraio
1997, n. 46 - Allegato I – Requisiti Essenziali. – Requisiti
Generali” relativi alla normativa per la certificazione CE:
1.- i dispositivi devono essere progettati e fabbricati in
modo che la loro utilizzazione non comprometta lo stato
clinico e la sicurezza dei pazienti, né la sicurezza e la
salute degli utilizzatori,
2.- le soluzioni adottate dal fabbricante per la
progettazione e la costruzione dei dispositivi devono
attenersi a principi di rispetto della sicurezza, tenendo
conto dello stato di progresso tecnologico generalmente
riconosciuto.
If the knee is restrained by a mechanical articulation that
does not reproduce this kind of movement, the head of
the bones tend to follow the trajectory of the mechanical
articulation. This deviation produces tension in articular
elements like the ligaments, particularly the cruciate
ligaments, the capsule, the menisci and the cartilages.
Our research shows that the joint that better reproduces a
movement respecting the order of the phases of rotation
and gliding is the adjustable rotation radius joint.
The leg and its mechanical support move on parallel
trajectories to allow a perfectly correspondent contact
between leg and mechanical disposal during the entire
movement.
This avoids all traction of the mechanical disposal on the
articular structures and the beginning of tensions within
the knee.
These are the main points of the Annex 1 to the Italian
Legislative Decree No. 46 of February 24th, 1997 on the
essential and general requirements for EC certifications:
1. Disposals must be designed and constructed so as not
to prejudice the patient's clinical state and safety or the
user safety and health.
2. During the disposal design and construction the
manufacturer must observe all the safety measures, upto-date with the technological progress.
-- Ulteriori considerazioni -I dati esposti dimostrano come lo snodo a centro variabile sia quello che maggiormente rispetta la
dinamica articolare del ginocchio, almeno per quanto riguarda i reciproci rapporti fra capo femorale
e capo tibiale dell’articolazione.
Ciò comporta, quando lo snodo sia applicato ad un tutore ortopedico, un maggior rispetto delle
strutture anatomiche articolari e periarticolari.
Quanto osservato tende a confermare che la precisa sovrapposizione tra il tracciato del
profilo radiologico e quello del modello collegato con lo snodo a centro di rotazione
variabile, evidenzia una marcata similitudine tra le due traiettorie, similitudine che fa
dedurre anche la sovrapposizione del centro istantaneo di rotazione e la sua
conseguente perpendicolarità rispetto alle superfici articolari ad ogni grado di
flessione.
Il sistema KTJ
28
Giancarlo Pellis
16° Congresso Nazionale, Società Italiana di Artroscopia, Genova 2003
Tensioni indotte sui legamenti crociati da diversi
tipi di snodo per tutore del ginocchio
.
….
Adjustable rotation radius articulated joint (KTJ)
for knee tutors: relationship between movement
and tension on the cruciate ligaments
LO SCOPO DELLO STUDIO
THE PURPOSE OF THE RESEARCH
In considerazione che gli studi della cinematica del
ginocchio, basati su una localizzazione anatomica del
centro di istantanea rotazione, sono scarsamente
significativi (Insall J.N., 1986, Chirurgia del ginocchio
Verduci Editore), il nostro studio mira a determinare la
tensione esercitata sui legamenti crociati quando la
movimentazione di flesso-estensione è imposta da uno
snodo a centro fisso e quando, invece, da uno snodo a
centro di rotazione variabile (KTJ©).
Taking into consideration that the studies on the
kinematics of the knee, based on an anatomic localization
of the centre of instantaneous rotation, are hardly
significant (Insall J.N., 1986, Chirurgia del ginocchio
Verduci Editore), our study aimed to determine the
tension put on the cruciate ligaments when the bendingstretching movement is imposed by an articulated joint
with a fixed centre, or on the contrary, by an articulated
joint with a variable centre of rotation.(KTJ©).
In particolare abbiamo verificato e confrontato le forze di
trazione sui legamenti crociati e la distanza alla quale i
due capi ossei vengono costretti dal diverso movimento
imposto dai due snodi.
In particular we have verified and compared the traction
forces on the cruciate ligaments and the distance to which
the two bone heads are constrained by the different
movements imposed by the two articulated joints.
IL METODO USATO
THE METHOD USED
Per lo studio, è stata usata una macchina per la ginnastica
passiva.
A machine for passive gymnastics was used in the
research.
Una serie di prove sono state fatte con il braccio originale,
che presentava uno snodo a centro fisso. Le stesse misure
sono state riproposte con un braccio modificato; al centro
fisso è stato sostituito uno snodo a raggio di rotazione
variabile KTJ©.
A series of tests were carried out using the original arm,
which had an articulated joint with a fixed centre. The
same measures were carried out with a modified arm: the
fixed centre joint was substituted by a KTJ© articulated
joint with a variable rotation radius.
L’articolazione del ginocchio è stata ricostruita utilizzando
un femore ed una tibia fissati alla macchina utilizzando 4
anelli di materiale plastico (due per il femore e due per la
tibia - uno distale ed uno prossimale) muniti di viti
convergenti al centro in modo da poter bloccare i rispettivi
segmenti ossei in una precisa posizione spaziale.
Ciò ha permesso di poter disporre i condili femorali ed i
piatti tibiali in modo tale da riproporre perfettamente il
rapporto che gli stessi hanno in vivo durante una flessoestensione. Questo sistema di bloccaggio è un sistema
molto più rigido di quello che normalmente avviene
quando si fissa un tutore al ginocchio, in quanto non si
crea alcuna zona di compenso elastico determinato dalle
parti molli della gamba e dall’elasticità del tessuto del
tutore; tale sistema è stato, comunque, applicato a tutti
due i casi descritti.
The articulation of the knee was reconstructed using a
femur and a tibia fixed to the machine using 4 plastic
rings (two for the femur and two for the tibia – a distal
and a proximal) fitted with screws convergent at the
centre in order to be able to clamp the respective bone
segments in an exact spatial position.
This enabled the femoral condyles and the flat tibials to be
put in such a way as to perfectly re-establish the relation
between them that they had during bending-stretching.
This clamping system is a much more rigid system than
that which you normally get when fixing a protector to the
knee, since it does not create any area of elastic
compensation determined by the soft parts of the leg and
by the elasticity of the protector fabric. This system has
been applied, however, to both cases described.
Il sistema KTJ
Irrespective of the articulated joint used, it was always the
29
Indipendentemente dallo snodo utilizzato, era sempre la
macchina che produceva il movimento e il tipo di snodo
che imponeva la traiettoria al ginocchio. L’allineamento tra
il centro di rotazione della macchina ed il centro iniziale di
rotazione del ginocchio, è stato determinato secondo il
metodo impostato da Nietert (1976) e poi corretto
manualmente in quanto il metodo stesso non prevede la
personalizzazione del centraggio stesso. La correzione è
stata eseguita agendo sulle viti poste sugli anelli di
plastica. La verifica del centraggio, in tutti i casi doveva
prevedere che i capi ossei restassero perfettamente a
contatto nei primi 30° del movimento.
I legamenti crociati sono stati “ricostruiti” con del filo di
dacron del diametro di 3mm ed inseriti attraverso i capi
ossei forati:
Giancarlo Pellis
machine which produced the movement and the type of
articulated joint which imposed the trajectory of the knee.
The alignment between the rotation centre of the machine
and the initial centre of rotation of the knee, was
determined according to Nietert's method (1976) and then
corrected manually since this method did not provide for
the centring to be personalized. The correction was made
by acting on the screws on the plastic rings. The
verification of the centring in all cases had to ensure that
the bone heads remained perfectly in contact in the first
30° of movement.
The cruciate ligaments were “reconstructed” using 3 mm
diameter Dacron thread and inserted through the
perforated bone heads:
- il LCA dalla spina tibiale anteriore alla faccia interna del
condilo laterale in corrispondenza della fossetta dove in
natura si inserisce il LCA;
- the ACL from the front tibial spine to the inside face of
the lateral condyle in correspondence with the fossa
where, in nature, the ACL is inserted;
- il LCP dalla spina tibiale posteriore alla faccia laterale del
condilo mediale in corrispondenza della fossetta dove in
natura si inserisce il LCP.
- the PCL from the rear tibial spine to the lateral face of
the medial condyle in correspondence with the fossa
where, in nature, the PCL is inserted.
In ogni canale creato con la foratura è stato inserito un
tubetto di materiale plastico, con il diametro interno
leggermente superiore a quello del “legamento”, in modo
tale che quest’ultimo, abbia sempre la possibilità di
scorrere senza creare attriti determinati dalla frizione tra il
materiale spugnoso del tessuto osseo e quello a trefoli del
“legamento”.
A small plastic tube was inserted into every channel
formed by perforation, with an internal diameter just
slightly bigger than that of the “ligament”, in such a way
that the latter could always slide without creating chafing
caused by the friction of the spongy material of the bone
tissue and the strand-type material of the “ligament”.
Il LCA è stato fissato sulla testa della tibia in prossimità
del foro di uscita anteriore, mentre il LCP, sulla testa della
tibia in prossimità del foro di uscita posteriore. Ambedue i
legamenti, dopo aver oltrepassato i condili femorali sono
stati prolungati ed agganciati, alla base del braccio della
macchina con interposto, per la misura della trazione, un
dinamometro.
Per la misurazione della distanza tra i capi articolari, ad
ogni angolo raggiunto, è stato utilizzato un sistema a
spessori (0,1 mm), da infilare tra i capi articolari ai vari
angoli.
The ACL was fixed on the head of the tibia near the front
exit hole, while the PCL was fixed on the head of the tibia
near the rear exit hole. Both ligaments, after having
passed the femoral condyles, were extended and
fastened, at the base of the arm of the machine: a
dynamometer was interposed, to measure the traction.
To measure the distance between the articular heads, at
every angle reached, a system of shims (0.1 mm) was
used, to be threaded between the articular heads at
various angles.
ANALISI DEI RISULTAT
ANALYSIS OF THE RESULTS
Il movimento completo, eseguito dalla macchina, era da
0° a 110°. Le misure sono state effettuate ogni 15°. Tutte
le misure sulla distanza e sulla trazione sono state
effettuate contemporaneamente bloccando il movimento
del braccio all’angolazione prevista.
The complete movement performed by the machine was
0° to 110°. The measurements were taken every 15°. All
the measurements concerning distance and traction were
carried out at the same time as the movement of the arm
was clamped at the desired angle.
Il sistema KTJ
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Il sistema KTJ
Giancarlo Pellis
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Giancarlo Pellis
Per la distanza, i risultati sono riportati in Fig.1.
As regards distance the results are reported in Fig. 1.
Per quanto riguarda invece la tensione sui legamenti
crociati, riportiamo in Fig.2 i risultati inerenti al centro
fisso, mentre in Fig.3 quelli ricavati con lo snodo KTJ©.
As regards tension on the cruciate ligaments, we report in
Fig 2 the results concerning the fixed centre while those
concerning the KTJ© articulated joint are reported in Fig.3.
Per ogni singolo legamento, all’angolo iniziale di 0° è stata
data una tensione iniziale di 1,00 kg per poter determinare
anche eventuali tensioni negative.
For every single ligament, at the initial angle of 0° an
initial tension of 1.00 kg was given in order to be able to
establish any negative tensions.
Come appare dalla Fig.1 la traiettoria imposta dallo snodo
a centro fisso determina un marcato allontanamento dei
capi articolari dai 30° di flessione in poi. Ciò non accade
con lo snodo KTJ© che mantiene sempre un perfetto
contatto tra i capi articolari.
As can be seen in Fig. 1 the trajectory imposed by the
articulated joint with a fixed centre determines a
considerable deviation of the articular heads, from 30°
bending and more. This does not happen with the KTJ©
articulated joint which always maintains perfect contact
with the articular heads.
Per quanto riguarda le forze esercitate sui legamenti
crociati, analizzando i dati riscontrati con lo snodo KTJ©
(Fig.3) possiamo notare che i legamenti sono sottoposti ad
una trazione (notevolmente più blanda di quella
riscontrata con il centro fisso) che, comunque, si equivale,
contrapponendosi, in ogni frazione del movimento; oltre a
ciò le trazioni sono più elevate nell’estensione e nella
massima flessione, posizioni nelle quali il LCA, con il fascio
postaro-laterale, ed il LCP, con la porzione anteriore,
presentano il loro massimo spessore (Insall 1986) e quindi
grado di resistenza alla trazione.
Le forze di trazione riscontrate con lo snodo a centro fisso,
invece, sono decisamente assimetriche e di più elevata
intensità; l’assimetria è data dal fatto che il LCP viene
inizialmente trazionato, successivamente rilasciato nella
fase centrale del movimento ed infine, negli ultimi gradi,
nuovamente trazionato, se pur di poco.
As far as the forces exerted on the cruciate ligaments are
concerned, by analysing the data with the KTJ©
articulated joint (Fig.3) we can observe that the ligaments
are subjected to a traction (considerably less than that
seen with the fixed centre) which, however, is equivalent,
in counter-position, in every fraction of movement;
furthermore the tractions are higher during stretching and
in maximum bending, positions where the ACL, with the
rear-lateral fascicle, and the PCL, with the front portion,
have their maximum thickness (Insall 1986) and therefore
degree of resistance to traction.
The traction forces found with the articulated joint with a
fixed centre, on the contrary, are decidedly asymmetric
and of a higher intensity. The asymmetry is due to the
fact that the PCL is initially tractioned, then left in the
central phase of the movement and, at the end, in the last
degrees it is tractioned again, even if only slightly.
In conclusione del nostro lavoro possiamo dire che:
In conclusion we can say that:
lo snodo a centro fisso non ripropone il moto rototraslatorio tipico del ginocchio, creando un marcato
allontanamento tra i capi articolari nella flesso-estensione,
in perfetto accordo con quanto riportato da Insall (1986).
the articulated joint with a fixed centre does not give the
rotational-translatory motion typical of the knee, thus
creating a considerable distancing between the articular
heads during bending-stretching, which totally agrees with
what Insall reported (1986).
Lo snodo KTJ©, invece, propone un moto roto-traslatorio
che tende a mantenere il contatto tra i capi ossei e a
sviluppare delle tensioni molto equilibrate sui legamenti
crociati.
Considerando infine, quanto riportato da Insall (1986), in
riferimento alla possibilità nella quale il centro istantaneo
di rotazione non ricade sulla perpendicolare alle superfici
articolari (ovvero quando non viene eseguito un corretto
moto roto-traslatorio), sappiamo che “questa condizione
può verificarsi quando le superfici articolari o i legamenti,
o entrambi, non sono situati nella loro normale posizione
anatomica, o quando al ginocchio viene applicato un
Il sistema KTJ
The KTJ© articulated joint, on the other hand, gives a
rotational-translatory motion which tends to maintain
contact between the bone heads and develops very
balanced tensions on the cruciate ligaments.
Finally, taking into consideration what Insall reported
(1986), about the possibility where the instantaneous
centre of rotation does not fall perpendicular to the
articular surfaces (or rather when a correct rotationaltranslatory movement is not performed), we know that
“this condition can occur when the articular surfaces or
the ligaments, or both, are not in their normal anatomic
32
Giancarlo Pellis
apparecchio di immobilizzazione o altro dispositivo
ortopedico che forza il movimento articolare in una
direzione innaturale”.
position, or when an immobilization apparatus or other
orthopaedic device which forces the articular movement in
an unnatural direction. is applied to the knee”.
In riferimento ai dati riportati, possiamo indicare che lo
snodo KTJ©, propone un movimento naturale, molto simile
a quello fisiologico e, quindi, per tale caratteristica è
particolarmente adatto per essere applicato sulle
apparecchiature utilizzate in fase riabilitativa, nella quale è
importante eliminare qualsiasi tipo di sollecitazione che
possa aggravare ulteriormente una situazione già
danneggiata. Trazionare con un carico eccessivo un
legamento appena ricostruito non è sicuramente corretto
al fine della guarigione.
With reference to the data reported, we can state that the
KTJ© articulated joint offers a natural movement, very
similar to the physiological one and, therefore, because of
this, it is particularly suited for application on any machine
which is used for rehabilitation, where any undue stress
must be avoided which could further aggravate an already
damaged situation. Subjecting a reconstructed ligament to
traction with an excessive load is surely not the correct
way to cure it.
Una riduzione di tali tensioni, mantenendo il perfetto
contatto tra i capi articolari evita l’insorgenza di forti
tensioni anche ai legamenti collaterali, alla capsula
articolare ed ai menischi; (ricordiamo che questi sono
collegati alla capsula articolare ed ai legamenti crociati:
LCP con il corno posteriore del menisco esterno e LCA con
il corno anteriore del menisco interno)
©
Lo snodo a centro di rotazione variabile KTJ , quindi,
trova naturale applicazione sulle ginocchiere, sulle
macchine da ginnastica passiva e su quelle per il
rafforzamento muscolare tipo leg extension.
Il sistema KTJ
A reduction of this tension, maintaining perfect contact
between the articular heads, also prevents the onset of
strong tensions to the collateral ligaments, to the articular
capsule and to the meniscus, (we must remember that the
latter are connected to the articular capsule and the
cruciate ligaments: PCL with the back cornu of the
meniscus and ACL with the front cornu of the meniscus.
The KTJ© articulated joint with a variable rotation centre
can therefore be applied naturally on knee pads, on
passive gymnastic machines and on machines for muscle
reinforcement such as leg extension.
33
Giancarlo Pellis
IMPORTANTE
Altre considerazioni in merito ai legamenti crociati
I dati sulla tensione LCA / LCP ricavati dallo studio riportato nelle pagine precedenti, concordano con quanto
riscontrato in letteratura.
Dalla descrizioni delle inserzioni tibiali (vedi appendice A pag. XX), infatti, possiamo notare che le fibre dei
legamenti crociati non abbiano tutte la stessa lunghezza e direzione; durante i movimenti, quindi, non
vengono poste in tensione simultaneamente.
ROUD già nel 1913 aveva proposto una tesi sostenendo che durante la flesso-estensione alcune fibre dei
crociati restavano sempre in tensione data la loro diversa lunghezza. Ciò permette di controbilanciare la
tensione LCA \ LCP in qualunque fase della flesso-estensione evitando movimenti a cassetto.
Oltre a ciò, partendo dal modello meccanico di Strasser (1917) e stato dimostrato che il profilo articolare
della parte posteriore dei condili rappresenta esattamente la curva che avvolge le differenti posizioni del
piatto tibiale fra la flessione e l'estensione completa, a conferma che ne LCA, ne LCP cambia lunghezza
mentre il profilo del condilo resta tangente al piatto tibiale.
Da ciò si deduce anche che la forma dei condili e geometricamente determinata dalla lunghezza dei
legamenti crociati, dalla loro posizione e dalla disposizione delle loro inserzioni.
Tale concetto verrà ripreso più avanti nel testo
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
La teoria opposta
Dalle ripeturte consultazioni bibliografiche effettuate sia per le necessarie pubblicazioni scientifiche sia per le
indispensabili esami brevettuali, sono state riscontrate anche opinioni contrarie. L’ipotesi formulata nei lavori
di seguito elencati (LOUDON ET AL, 1998; PUTZ, 1995; TOWNSEND IND. INC., Patent n. EP 0 361 405 A,
04.04.1990; TOWNSEND, JEFFREY H., WILLIAMS ROBERT J., US, patent n. WO 92 15264 A, 17.09.92), indicano che
nella flesso-estensione il moto del ginocchio sia trasla-rotatorio, ovvero consista inizialmente in uno
scivolamento anteriore del femore sulla tibia di circa 8-9 mm (per un arco di 20-25°), al quale segue una
fase di rotazione dai 25° in poi.
Analisi anatomo-fisiologica
Eminenza intercondiloidea: la prima perplessità sull’iniziale traslazione dei condili femorali sui piatti
tibiali, prende spunto dalla meccanica relativa alla rotazione assiale lungo l’asse longitudinale della gamba
può essere effettata solo a gamba piegata dopo i 30° (Kapandji I A, pg. 80) in quanto dopo il retrorotolamento iniziale dei condili femorali sui piatti tibiali, c’è il disimpegno dell’eminenza condiloidea tibiale che
può ruotare nella fossa intercondiloidea femorale dove a ginocchio esteso si trova incastrata (è questa una
delle cause di blocco della rotazione assiale in estensione - Kapandji I A, pg. 92).
Da quanto sopra, la iniziale traslazione in avanti male si sposa con il “disimpegno dell’eminenza condiloidea
tibiale” che avviene dopo i 30° in quanto la traslazione anteriore stessa tenderebbe a mantenere
INCASTRATO il massiccio intercondiloideo per una più ampia porzione di flessione.
Il movimento dei menischi: ulteriore perplessità in merito alla teoria trasla rotatoria nasce dalla
conoscenza del fisiologico retroscivolamento dei menischi durante la flessione. Il menisco interno e quello
esterno, infatti, nella loro parte posteriore ed in particolare con i loro corni posteriori, sono collegati (tramite
un’espansione fibrosa) rispettivamente al muscolo semimembranoso e al muscolo popliteo che, peraltro,
sono i muscoli motori della flessione: il loro accorciamento determina la simultaneità dell’azione motoria ed il
richiamo verso dietro dei menischi.
La meccanica roto-traslatoria, interpreta fedelmente tale movimentazione, infatti nella prima fase della
flessione, la rotazione dei condili femorali prevede un rotolamento indietro degli stessi sui piatti tibiali
proporzionale all’angolazione raggiunta, contemporaneamente all’arretramento dei menischi che vengono
trascinati indietro dagli stessi muscoli motori azionati nella flessione.
Legenda:
R – rotula
LLI – legamento collaterale interno
LLE – legamento collaterale esterno
Mi – menisco interno
Me – menisco esterno
Pop – muscolo popliteo
4 – corno anteriore menisco esterno
5 – corno posteriore menisco esterno
6 – corno anteriore menisco interno
7 – corno posteriore menisco interno
8 – legamento trasverso
9 – ali menisco-rotulee
10 - espansione fibrosa muscolo popliteo
11 – espansione fibrosa muscolo
semimembranoso
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
La teoria trasla-rotatoria, invece, tende ad affermate che nella prima fase della flessione 20-25° i condili
femorali traslano anteriormente per 8-9 mm mentre i menischi trascinati dai muscoli flessori si spostano
all’indietro. Questa opposta direzione di movimento, porterebbe senza dubbio ad un grave conflitto tra
condili e menischi che rischierebbero di venir danneggiati ad ogni ciclo di movimento.
Dalla considerazione che questi gradi di movimento corrispondono a quelli che vengono utilizzati nella
deambulazione, ci si può rendere conto che tale conflitto porterebbe in poco tempo alla degenerazione
completa dei corni anteriori di ambedue i menischi con tutte le conseguenze del caso.
Analisi brevettuale
Un’altra analisi condotta sul sistema meccanico che riproduce tale movimentazione, esaminato per
esigenze brevettuali (TOWNSEND IND. INC., Patent n. EP 0 361 405 A, 04.04.1990), mette in luce che il
dispositivo EP 0 361 405 A presenta un perno centrale che per i primi 20-25° di flessione si muove
orizzontalmente in una scanalatura lineare; il centro di tale movimento è situato su un secondo perno
periferico posto in una estremità di una apertura circolare periferica. Il perno centrale arrivato al termine
della scanalatura, nel proseguo della flessione, diventa il centro della rotazione del perno periferico che
continua a scorrere nell’apertura periferica.
Il perno periferico che fungeva da “centro mobile” nella prima parte del movimento, diventa il perno che
scorre in una scanalatura periferica circolare. Ovvero il centro di rotazione dopo i 20-25° “salta” da un punto
periferico ad un punto centrale.
Questa meccanica a scatto che suddivide nettamente la traslazione e la rotazione, male si sposa con il moto
del ginocchio; riportando tale meccanica all’interno del ginocchio, si potrebbe supporre che quest’ultimo
funzioni a scatti con una suddivisione netta tra la fase di rotazione e quella di scivolamento. Ciò
assolutamente non avviene in quanto il movimento fisiologico che si verifica fra i capi articolari è senza
soluzione di continuità e presenta una peculiare armonia.
Analisi motoria
Ulteriore comparazione tra le due teorie da un punto di vista pratico, è stata effettuata considerando le
esercitazioni che di consuetudine vengono proposte nella rieducazione conseguente a trauma al ginocchio.
Tale analisi è stata proposta in un lavoro proposto al XVII Congresso Internazionale di Riabilitazione e
Traumatologia, Bologna 2009 venendo classificato al primo posto tra i poster presentati.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
XVII Congresso Internazionale di Riabilitazione e Traumatologia - Bologna 2009
CLASSIFICAZIONE DELLE ESERCITAZIONI PER LA RIEDUCAZIONE DEL GINOCCHIO IN
BASE ALLA TEORIA ROTO-TRASLATORIA E TRASLA-ROTATORIA
Introduzione - Il ginocchio è l’articolazione che combina una rotazione iniziale (25-30°) con un moto di
scivolamento che diventa sempre più progressivo. A questa teoria roto-traslatoria, è stata affiancata una più
recente che prevede inizialmente uno scivolamento anteriore del femore sulla tibia di circa 8- 9 mm (per un
arco di 20-25°), al quale segue una fase di rotazione. Tale teoria la definiamo trasla-rotatoria.
Lo scopo dello studio - Capire, quali sono le esercitazioni più consigliate per una corretta rieducazione del
ginocchio, in base alle sollecitazioni meccaniche prodotte dal moto che ogni singola teoria propone,
nella rotazione i punti di contatto tra le superfici si susseguano in modo tale che ad ogni punto di contatto
su una superficie ne corrisponda uno diverso sull’altra. Nel rotolamento non c’è sfregamento e usura delle
superfici
nella traslazione ad un punto di contatto su una superficie corrispondono più punti di contatto sull'altra.
Ciò provoca sfregamento ed usura tra le parti. Più elevato è il carico trasmesso, più intenso sarà il fattore di
deterioramento tra le parti.
Le teorie - La roto-traslazione prevede che i capi articolari rotolano per i primi 30° per poi iniziare in
maniera sempre più importante lo scivolamento
La trasla rotazione prevede che i capi articolari scivolano anteriormente per 8-9 cm (circa 25-30°) per poi
rotolare fino alla fine della flessione
L'analisi bibliografica e brevettuale
La teoria roto-traslatoria: si può notare che i lavori scientifici precedono temporalmente di gran lunga la data
del trovato brevettuale Patent n. WO 97/38759 - 1997
- Draganich L.F., Andriacchi T. P., Andersson G. B (1987) Interaction between intrinsic knee mechanics and
the knee extensor mechanism, J. Orthop. Res. 5:539-547.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
- Fleischmann J, Line R (1981) Anatomia umana applicata all'educazione fisica ed allo sport, vol.1, S.S.S.,
Roma, 303.
- Fumagalli Z, Fusaroli P, Lambertini G, Nesci E, Pasqualino A (1977) Anatomia umana, vol.1, Piccin ed.,
Padova, vol. 1, pp 191-195.
- Insall J.N. (1986) Chirurgia del ginocchio Verduci editore, pp. 11, 12-13, 25
- Kapandji I A (1977) Fisiologia articolare, Marrapese Ed. Demi s.r.l., Roma, 90.
- Marinozzi G, Pappalardo S (1977) L’articolzione del ginocchio, problemi morfologici e funzionali,
Alcmeone,Istituto Superiore di Educazione Fisica, Roma, n.1, pp 25-30.
- Melegatti G (1997) Biomeccanica del legamento crociato anteriore, Alea Ed., Milano, vol.2, 22-24.
- Nissell R (1985) Mechanics of the knee, Acta Ortop. Scand. 56 (supp.216): 5-41
- Smidt G.L. (1973) Biomechanical analysis of knee flexion and extension, J. Biomech., 6:79-92.
- Steinbrück K, (1997) Rehabilitation des Kniegelenkes nach Kreuzband - Operationen, Orthopädie-Technik,
725-735.
- Tittel K (1979) Anatomia funzionale dell'uomo, Edi Ermes, Milano, 272.
- Yamaguchi G.T., Zajac F.E. (1989) A planar model of the knee joint to characterize the knee-extensor
mechanism, J. Biomech.,22:1-10.
La teoria trasla-rotatoria: si può notare che i lavori scientifici sono conseguenti alla data del trovato
brevettuale Patent n. EP 0 361 405 A , 1990 e patent n. WO 92 15264 A , 1992
- Putz, 1995; Loudon et al, 1998.
Studi di confronto tra modelli - Da uno studio sul confronto tra i radiogrammi di un ginocchio tipo con i
dispositivi meccanici che ripropongono i due moti considerati, completi di modelli monoplanari che
riproducono i capi articolari del ginocchio, veniva riscontrato che: Il modello che ripropone il moto rototraslatorio si trova sempre in una posizione molto simile a quella del profilo radiologico
Il modello che ripropone il moto trasla-rotatorio, alla fine della flessione, si trova in una posizione
notevolmente avanzata e sollevata rispetto al profilo radiologico
Snodo trasla-rotatorio
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Gli esercizi per la rieducazione - devono essere proposti affinché si possa giungere al ripristino della
completa funzionalità flesso-estensoria e di sopportazione del carico del ginocchio senza che questi possano
provocare tensioni nocive all’articolazione stessa.
Dall’analisi delle sollecitazioni meccaniche che insorgono nel moto rotatorio ed in quello traslatorio, le
esercitazioni da proporre nella rieducazione del ginocchio possono essere classificate in base alla gerarchie di
intervento di ogni singolo moto, come “consigliate” e “non consigliate”
Gli esercizi consigliati sono quelli nei quali avviene il rotolamento tra i capi articolari, moto che
esclude l’usura determinata dalla traslazione
Moto Roto-traslatorio (esercizi consigliati): deambulazione, piegamenti ad angoli aperti, pedalata e corsa
lenta ...
Moto Trasla-totatorio (esercizi consigliati): piegamenti ad angoli chiusi
Conclusioni - Nella considerazione che l’evoluzione biologica ha sempre sposato i concetti di rendimento e
salvaguardia, difficilmente si può pensare che attività particolarmente utili all’uomo quali la deambulazione e
la corsa possano provocare sfregamento ed usura all’interno di un articolazione fondamentale per la vita di
relazione e l’esistenza stessa dell’uomo, come quella del ginocchio. Ciò porta a pensare che la teoria rototraslatoria sia quella più accreditabile al moto del ginocchio e che le esercitazioni principali sulle quali basare
un protocollo riabilitativo, sono quelle eseguite ad angoli aperti fino ai 30°, che, sfruttando il solo moto
rotatorio, evitano le sollecitazioni meccaniche che producono USURA, compromettendo il corretto utilizzo
dell’articolazione.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Il parere del prof. Antonio Dal Monte
Quale consulente dell’Area Science Park di Trieste nel campo della Domotica, lo snodo a centro di rotazione
variabile è stato presentato al prof. Antonio Dal Monte che si è espresso nei termini:
“L’impostazione data dal punto di vista biomeccanico risulta corretta”.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
I "dati tecnici" di KTJ
Tutti i risultati scientifici più significativi, raccolti sia negli studi di biomeccanica sia in quelli sull'uomo, sono
stati raggruppati nella tabella "Dati tecnici" e garantiscono che la meccanica KTJ è corrispondente a quanto
studiato e quindi a quanto accade in vivo.
Dati Tecnici
Legenda e riferimenti bibliografici
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Ampiezza movimento ginocchio: KTJ permette un'ampiezza "goniometrica" da 0 a 135°
Rientro del centro istantaneo di rotazione: fa riferimento alla colonna Rientro [cm] nella quale appaiono i valori parziali in riferimento
all'angolo di flessione (arco)
Massima Tensione su LCA - LCP: fa riferimento alle colonne kg LCA (legamento crociato anteriore) e kg LCP (legamento crociato
posteriore) nella quale appaiono i valori parziali in riferimento all'angolo di flessione (arco)
Moto proposto: fa riferimento alla colonna Moto nella quale appaiono i valori parziali in riferimento all'angolo di flessione (arco)
Allineamento ginocchio-snodo: Autocentraggio pur non essendo una caratteristica meccanica, viene associato al maggior comfort
offerto dai tutori KTJ
Il terzo perno guida - Nella progettazione dello snodo è stato previsto un terzo perno periferico per
migliorare la funzionalità. Il terzo perno, infatti, scorre sul bordo esterno della piastra tibiale in posizione
opposta al secondo perno, controbilanciandone l’attrito e aumentando i punti di contatto in ogni fase della
flessione.
Le barre laterali - Lo snodo è necessariamente collegato a due barre laterali, una superiore femorale ed
una inferiore tibiale. Le barre vengono poste lungo l’asse longitudinale dell’arto inferiore e vengono ancorate
allo stesso con 4 cinghie. Tale ancoraggio tende a mantenere il contatto tutore/arto e a creare una forza di
attrito tra le parti a contatto a monte ed a valle del ginocchio, che tendono ad affiancarsi alla struttura
articolare condividendo il gravare del carico in qualsiasi fase della flesso-estensione.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Azione meccanica / compatibilità funzionale
Mantenimento della distanza articolare
La caratteristica fondamentale dello snodo a centro di rotazione variabile è quella di accompagnare il
ginocchio su una traiettoria roto-traslatoria, senza creare alcun effetto negativo sulla meccanica articolare
del ginocchio.
Compatibilità funzionale - Autocentraggio
La corrispondenza tra il moto meccanico e quello fisiologico, crea una condizione particolarmente importante
nell’utilizzo pratico dei tali dispositivi ortopedici che utilizzano il centro di rotazione variabile.
In base al concetto meccanico in per il quale due corpi vincolati tra loro che ripropongono un analogo moto,
nel movimento tendono a sovrapporre le loro traiettorie, il dispositivo a centro di rotazione variabile tende,
durante il lavoro, a sovrapporre la sua traiettoria meccanica a quella fisiologica del ginocchio in virtù della
forza di attrito che si viene a creare dallo sfregamento tra le parti a contatto. E’ la stessa forza di attrito che
fa “scivolare” la traiettoria del dispositivo meccanico su quella fisiologica fino ad scomparire.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
La verticalità
Le barre laterali dello snodo KTJ tendono a sostenere il ginocchio facendogli mantenere una precisa
verticalità. La forma delle barre è stata progettata affinché si possano adattare all’anatomia dell’arto inferiore
in considerazione del valgismo fisiologico determinato dall’inclinazione del femore rispetto all’asse verticale
passante per la testa del femore e la mezzaria del piatto tibiale. Tale adattamento della forma delle barre, è
stata proposta per aumentare il contatto tra la coscia/barre femorali e gamba/barre tibiali creando una più
ampia estensione della zona di contatto per il massimo sostentamento del ginocchio.
verticalità corretta
stabilizzazione KTJ
Compatibilità funzionale - Valgismo e varismo
In presenza di una deviazione della verticalità dell’asse longitudinale dell’arto, il tutore KTJ può essere
proposto quale guida (fornita dalle barre laterali) che si oppongono ai movimenti laterali.
La deviazione della verticalità determina una sollecitazione di compressione che si scarica unicamente su un
comparto del ginocchio causando una degenerazione progressiva e continuata dei profili articolari.
valgismo
varismo
Per cercare di contrastare tali fenomeni degenerativi è importante aiutare il ginocchio “sostenendo” il
comparto sottoposto a compressione.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Compressione - Sopportazione del carico di punta
Nella stazione eretta ed in particolare quando l’appoggio grava su un singolo arto, la trasmissione del peso
del corpo (carico P) tra i capi articolari del ginocchio avviene per compressione su 2 punti fisiologici di
contatto:
A – Condilo Femorale mediale / Piatto Tibiale mediale
B – Condilo Femorale laterale / Piatto Tibiale laterale
In presenza di una traumatologia che interessi le cartilagini articolari ed i menischi, uno “scarico” su i punti di
contatto può contrastare una progressiva degenerazione delle superfici traumatizzate.
Un menisco fessurato o fratturato sottoposto alla continua compressione esercitata dai capi articolari tenderà
a ridurre la sua funzionalità.
Compatibilità funzionale - Traumi meniscali, condropatia, artrosi, fratture verticali piatto tibiale
In tale situazione la meccanica dello snodo KTJ si affianca al ginocchio ed in virtù del suo posizionamento
geometrico dei due perni periferici situati sulla piastra femorale che restano l’uno a contatto uno del profilo
esterno e l’altro con l’asola periferica. Tale contatto determina una condizione per la quale i punti di contatto
fisiologici vengono affiancati da 4 punti meccanici facendo sì che il ginocchio sia gravato anche dei 2/3 del
peso del corpo.
La riduzione della compressione tra i capi articolari ed il loro mantenimento ad una distanza regolare e
costante in tutte le fasi del movimento è particolarmente compatibile con quanto necessario in caso di traumi
meniscali e degenerazione dei profili articolari.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Resistenza alla trazione
La disposizione dei perni ed in particolare di quello centrale inserito nell’apertura centrale, si contrappone
anche alle tensioni di trazione quale allontanamento tra le due piastre. Dopo i 30-35° di flessione al termine
della fase di rotolamento, quando il perno centrale si stacca dalla parte superiore dell’apertura centrale e
l’allontanamento viene contrastato dal perno posto nell’asola a spirale che viene trattenuto dal bordo
superiore in maniera proporzionale al grado di angolazione raggiunto.
Compatibilità funzionale - Traumi LCL e LCM
La lassità dei legamenti collaterali, destabilizzano il ginocchio sul piano laterale.
In particolare per supportare un ginocchio con una lesione al legamento collaterale laterale LCL è
importante stabilizzarlo facendo sì che lateralmente venga impedita una sollecitazione a trazione, mentre
medialmente, deve venir impedita la compressione.
Per supportare un ginocchio che ha subito un trauma al legamento collaterale mediale LCM, invece è
importante stabilizzarlo facendo sì che dalla parte laterale venga impedita una sollecitazione a compressione,
mentre nella parte interna o mediale, deve essere impedita la trazione.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Opposizione agli spostamenti antero-posteriori
La geometria dei perni posti sulla piastra femorale ed inseriti nelle aperture della piastra tibiale, creano dei
momenti di forze che tendono a contrapporsi agli “scivolamenti” antero-posteriori.
Compatibilità funzionale – Lassità LCA e LCP
Tale caratteristica è particolarmente indicata nella traumatologia dei legamenti crociati per la quale è
richiesta una marcata stabilità antero-posteriore.
La lassità del LCA porta ad uno scivolamento della testa della tibia in avanti (cassetto anteriore), mentre la
lassità del LCP porta ad un o scivolamento della testa della tibia in dietro (cassetto posteriore).
Lassità LCA - cassetto anteriore
Lassità LCP - cassetto posteriore
Quando il ginocchio viene reso solidale con lo snodo a centro di rotazione variabile, lo snodo si oppone agli
scivolamenti antero-posteriori ed ai conseguenti fenomeni di usura delle superfici articolari che possono
portare a conseguenze anche più importanti, come rotture meniscali, artrosi , ecc..
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Il rimbalzo
Negli anni ’80 l’esercizio alla leg extension faceva parte della “ginnastica isocinetica” e veniva utilizzato in
maniera massiccia nella fase riabilitativa conseguente alla traumatologia del ginocchio. Meno di 10 anni più
tardi, però, tale metodica, classificato come un “esercizio a catena cinetica aperta” veniva sconsigliato ed
utilizzato sempre meno.
La corrispondenza tra i motivi che hanno porta alla progressiva diminuzione nell’utilizzo di tale esercizio con
quelli che hanno dato origine all’avvio della progettazione dello snodo KTJ, come ipotizzato, non sono da
ricercarsi nell’effetto “muscolo-motorio” ma nelle eventuali sollecitazioni “di rimbalzo” che possono
svilupparsi nella dinamica dell’esercizio qualora non vengano presi gli accorgimenti necessari per far
assorbire tali sollecitazioni alla macchina stessa.
Il collegamento tra la gamba ed il braccio mobile della macchina, in considerazione che quest’ultima
riproduce un moto circolare, crea un conflitto altrettanto traumatico che si scarica all’interno del ginocchio
compromettendone il processo di guarigione.
Compatibilità funzionale
Lo snodo KTJ utilizzato sulla Leg extension, propone la traiettoria roto-traslatoria del ginocchio,
assecondando le variazioni di raggio che accompagnano la flesso-estensione. Ciò permette di fissare a
gamba al braccio mobile della macchia senza che questa trascini il ginocchio su una traiettoria “dannosa”.
Oltre a ciò la distribuzione geometrica dei perni ed in particolare il perno centrale e il perno periferico inserito
nell’apertura a spirale, quando viene raggiunta l’estensione, bloccano la corsa del braccio stesso in quanto
loro stessi restano bloccati della fine delle aperture nelle quali alloggiano.
Ciò trasmette eventuali forze sulle parti meccaniche evitando che vadano a scaricarsi sugli organi articolari
del ginocchio.
Il sistema KTJ
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Il sistema KTJ
Giancarlo Pellis
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Giancarlo Pellis
Le applicazioni KTJ sui dispositivi medici
Il dispositivo meccanico e definito a centro di rotazione variabile ha la possibilità di essere applicato su:
tutori (appendice E)
macchine per la ginnastica passiva,
macchine per la ginnastica attiva
ovvero su tutti quei dispositivi che coadiuvano il movimento di flesso-estensione del ginocchio soprattutto nel
caso l’arto venga reso solidale al dispositivo ed evita di creare conflitti tra la traiettoria fisiologica e quella
meccanica, conflitti che scatenano all’interno dell’articolazione tensioni particolarmente nocive agli organi
traumatizzati.
I tutori
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Altre caratteristiche dello snodo KTJ: il range di movimento
Blocco del movimento e/o range di escursione
I modelli: Aperta, Base, Post-operatorio ed Atleta-polifunzionale, hanno lo snodo con la possibilità di blocco
del movimento o di impostare un arco di escursione.
Aperta,
Base
Post_operatorio
Atleta-Polifunzionale
Lo snodo possiede un coperchio apribile dal lato posteriore con una leggera pressione delle dita.
All'interno del coperchio è situato il vano nel quale sono situati 10 fori nei quali è possibile inserire i pin
(posti nella scatola del tutore) per bloccare il movimento del braccio tibiale o per permettere un arco di
movimento richiesto dalla prescrizione medica.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Il blocco del movimento ad una precisa angolazione, prevede che il pin venga inserito nel foro del
coperchio dello snodo, oltrepassi il foro del braccio tibiale alloggiandosi del corrispondente foro del braccio
femorale.
Lo schema sotto riportato indice la corrispondenza tra foro ed angolo di blocco. Sull'adesivo riportato sullo
snodo i fori di bloccaggio sono indicati in colore bianco.
Il range di movimento - Gli schemi sotto riportato indicano la corrispondenza tra fori ed arco di
movimento prescritto.
Sull'adesivo riportato sullo snodo i fori di range tra 0 e 60° sono indicati nella tabellina ROM - PIN.
Sull'adesivo riportato sullo snodo i fori di range tra i 15 e 60° sono indicati nella tabella ROM - PIN
Il sistema KTJ
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Il sistema KTJ
Giancarlo Pellis
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Giancarlo Pellis
Gli studi sull’uomo
Ulteriori lavori sono stati svolti per cercare di determinare gli eventuali benefici ascrivibili al dispositivo a
centro di rotazione variabile rispetto agli altri sistemi presenti sul mercato.
Il protocollo proposto nel primo lavoro presentato, inizialmente è stato eseguito da più di 35 soggetti. Per
esigenze di “orientamento congressuale”, però, i risultati riguardano solo una parte di questi ed in particolare
di solo calciatori.
Particolarmente significativi sono state le dichiarazioni fornite dai responsabili di strutture ospedaliere che
hanno utilizzato il nuovo dispositivo sulle macchine per la ginnastica passiva anche su pazienti operati da
meno di 48 ore.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
XVI Congresso Internazionale di Riabilitazione e Traumatologia - Milano 2007
LA TOLLERANZA DEL TUTORE CON SNODO A
CENTRO DI ROTAZIONE VARIABILE NELLA
RIEDUCAZIONE DEL GINOCCHIO INSTABILE
THE TOLERANCE OF A PROTECTOR WITH AN
ARTICULATED JOINT WITH A VARIABLE ROTATION
CENTRE DURING THE RE-EDUCATION OF AN
UNSTABLE KNEE.
Lo scopo. Valutare la tolleranza da parte di giovani atleti
di due tutori per ginocchio, diversi per tipo di snodo
articolare utilizzato: lo snodo a centro di rotazione
variabile KTJ© e lo snodo a doppio centro.
The aim. To evaluate the tolerance young athletes have
to two knee protectors, using different types of articulated
joints: the KTJ© articulated joint with a variable rotation
centre and the double centre articulated joint.
Il campione. 8 maschi e 2 femmine (calciatori) hanno
svolto i test in 2 fasi: la prima, articolata in 4 esercizi,
indossando una sola ginocchiera, ora di un tipo ora
dell’altro, con scelta casuale e la seconda fase nella quale
dovevano essere completati 10 esercizi, con ambedue le
ginocchiere indossate contemporaneamente.
The models. 8 males and 2 females (footballers) took
the test in two stages: the first stage was carried out with
four exercises, where they wore only one knee protector,
first one type then the other, choosing randomly; in the
second stage they had to complete 10 exercises, with
both knee protectors worn at the same time.
Il metodo di valutazione. A conclusione di ogni
esercizio, al soggetto veniva chiesto di indicare, su scala
analogica con punteggio compreso tra 1 e 10, le
sensazioni soggettive di fastidio, di mobilizzazione del
tutore, di limitazione del movimento avvertite durante la
prova e quante volte aveva riposizionato con la mano il
tutore.
The evaluation method. At the end of each exercise,
the models were asked to indicate, on a scale of 1 to 10,
any feelings of discomfort they had had, the mobilisation
of the protector, any limitations of movement they
experienced during the test and how many times they had
had to re-position the knee protector manually.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
RISULTATI / RESULTS
Prima fase / First stage
Es.1) camminata / walking
5,5 km/h:
- 4,3%
Es.2) corsa / running
8,5 km/h: -
- 22,3%
12 km/h: -
- 37,5%
20 kh/h:
- 1,9%
Media / Average-
16,5%
Seconda fase / Second stage
Es.1) camminata / walking
5,5 km/h:
+30,7%
8,5 km/h:
+20,1%
12 km/h:
+27,2%
20 km/h:
+29,3%
Es.5) salti verticali / vertical jumps n.15:
+25,2%
Es.6) traslocazione laterale / lateral translocation:
+28,7%
Es.7) corsa avanti e all’indietro / running forwards and backwards:
+21,9%
Es.8) corsa balzata / running and jumping:
+30,7%
Es.9) cyclette 125 watt:
+27,2%
Es.10) tavoletta propriocettiva / proprioceptive table:
+18,5%
Media:
CONCLUSIONI
La tolleranza positiva (+25,9%) della ginocchiera che
utilizza lo snodo KTJ© rispetto alla ginocchiera che utilizza
lo snodo a doppio centro, rispecchia a livello di sensazione
personale, quanto già sperimentalmente ricavato negli
studi precedenti che indicavano la trasmissione di minime
ed equilibrate tensioni dallo snodo a centro di rotazione
variabile KTJ© sui legamenti crociati durante il movimento
del ginocchio e la corrispondenza del moto roto-traslatorio
proposto dallo snodo KTJ© con la traiettoria reale del
ginocchio. Tale corrispondenza non è verificabile con lo
snodo a doppio centro, proposto peraltro dalla maggior
parte dei tutori in commercio.
+25,9% = comfort KTJ©
CONCLUSIONS
The positive tolerance (+25.9%) of the knee pad using a
KTJ© articulated knee joint compared to the knee pad
using an articulated knee joint with a double centre,
reflects on a personal level what has already been found
from previous studies. These showed the transmission of
minimum and balanced tensions on the cruciate ligaments
by the KTJ© articulated joint with variable rotation centre
during knee movements and the harmony of the
rotational-translatory motion with the real trajectory of the
knee which the KTJ© articulated joint gives. This harmony
is not verifiable with the double centre articulated joint
which is the one found in most protectors on the market.
Bibliografia
1. Di Cosmo F, Pellis G.: Influenza di diversi tipi di snodo per tutore del ginocchio sui rapporti dinamici fra
femore e tibia, Riv It Biol Med, 23, Suppl. 1: 405-7, 03;
2. Pellis G, Di Cosmo F.: Tensioni indotte sui legamenti crociati da diversi tipi di snodo per tutore del
ginocchio, Riv It Biol Med, 23, Suppl. 1: 402-4, 2003;
3. Jensen MP, Turner LR, Turner JA, Romano JM.: The use of multiple-item scale for pain intensity
measurement in chronic pain patients, Pain 67: 35-40, 1996.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
La 1/2 maratona
Una successiva verifica in merito al comfort riscontrato nello studio presentato nelle pagine precedenti, è
stata proposta facendo correre 4 soggetti sani che indossavano un tutore, la mezza
maratona (21.097m).
I soggetti che si sono sottoposti a questa verifica, potevano toglierlo in qualsiasi
momento per non rinunciare a portare a termine la gara, nell’eventualità il tutore avesse
creato problemi.
Ci si proponeva, comunque, di verificare le condizioni della cute dopo il traguardo, in
considerazione del fatto che se questa fosse risultata arrossata o abrasa, sarebbe stato
imputato al conflitto tra la traiettoria dello snodo a centro di rotazione variabile ed il moto
fisiologico del ginocchio.
Si vuole far presenta che in queste gare, dove la ripetitività del gesto viene proposta
senza interruzione per oltre due ore, anche una maglia con una cucitura mal fatta, può
portare ad abrasioni e sanguinamenti delle parti più sensibili della cute.
Risultati
Al termine della prova, tutti gli atleti esaminati non presentavano alcun segno di
arrossamento sulla cute.
Oltre a ciò le dichiarazioni sulle sensazioni avute durante la corsa sono state molto positive. Quasi tutti sono
stati concordi nell’affermare che inizialmente “sentivano” il tutore, ma appena sono “entrati in gara” un po’
per effetto della stanchezza un po’ per coinvolgimento tattico, non “lo sentivano più”. Oltre a ciò, a fine gara
il commento comune è stato: “sentivo la gamba più stabile e più riposata”
L’anno successivo (2009), visti gli effetti particolarmente positivi sui soggetti sani, la ricerca è stata estesa
anche a “maratoneti infortunati” che non potevano gareggiare ma non volendo rinunciare ad una
“sgambata”. 5 atleti hanno accettato di partecipare ad un corsa “non competitiva” di 8 km utilizzando un
tutore KTJ.
Tutti 5 gli atleti partecipanti hanno terminato la gara.
Il commento comune: “la ginocchiera mi ha aiutato, ho sentito la differenza, sono riuscito a finire la gara
senza fermarmi, non mi si è gonfiato il ginocchio"
Anche in questo caso nessun soggetto, terminata la prova, aveva segni di abrasioni o irritazioni cutanee
riconducibili a sfregamento o conflitto tra il tutore e la cute.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Lo snodo a centro di rotazione variabile su macchina per la ginnastica passiva
La verifica più rilevante è stata condotta in quattro ospedali, nei quali i rispettivi primari del reparto di
ortopedia e di fisiatria, hanno accettato di sottoporre i pazienti, anche solo dopo 24 ore dall’intervento, a cicli
di terapia con macchine di ginnastica passiva sulle quali era stato montato l’accessorio a centro di rotazione
variabile.
I risultati di questo “esperimento” sono stati “eccellenti” al punto da provocare in più pazienti il rifiuto di
sottoporsi alla ginnastica passiva con il vecchio sistema a centro fisso.
La sensibilità di un paziente nell’immediato post operatorio è particolarmente alta che il dolore con la
macchina a centro fisso, inizia già a 30° di flessione. Il più delle volte al dolore segue la richiesta di
interruzione della terapia.
Nelle stesse condizioni, con la macchina a centro di rotazione variabile, l’insorgere del dolore avviene anche
a 60° di flessone.
Se consideriamo il primo studio sperimentale con i risultati del quale è stato costruito lo snodo KTJ, possiamo
dedurre che la differenza del rientro tra i 30 ed i 60° è di circa 0,04 -0,05mm ovvero una distanza talmente
piccola che dall’analisi matematica può essere considerata “trascurabile”. Tanto è vero che tale misura fa
parte della tolleranza delle lavorazioni meccaniche per permettere il movimento di scorrimento tra perno e
asola.
Si può quindi affermare che la sensibilità nel post-operatorio e di 0,04 [mm]
Angolo flex
0
30
45
90
135
Val medio ∆R
0
0
∆
0
0
0,04
1,25
4,99
0,005
0,22
0,35
A conferma di quanto sopra affermato, di seguito vengono riportate alcune dichiarazioni di responsabili
ospedalieri che hanno utilizzato l’accessorio KTJ e ne hanno visto i risultati.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
1 –Giudizio dalla Commissione Tecnica F.V.G.
ll sistema offerto dalla ditta KTJ SISTEMI presenta un sistema con snodo a
centro di rotazione variabile che può permettere una riabilitazione sicura
anche dei legamenti crociati a differenza degli altri apparecchi che presentano
un centro di rotazione fisso. Tale sistema risulta più semplice nell’utilizzo …
2 – Unità Operativa Medicina Fisica e Riabilitazione – Presidio ospedaliero di Gorizia
Con la presente si certifica che abbiamo utilizzato la macchina Rimec Fisiotek 2000 N per la riabilitazione dei
nostri pazienti appena operati al ginocchio. La suddetta macchina, a differenza di quelle fino ad ora
utilizzate, con centro di rotazione fisso, monta uno snodo a centro di rotazione variabile. Grazie a
questo snodo i pazienti che sono stati sottoposti a questa terapia riabilitativa hanno raggiunto fin da subito
angoli di flessione molto ampi in alcuni casi fino al doppio, senza lamentare dolore, fenomeni di rigidità e
senza rifiutare la terapia.
Si consiglia peraltro l’utilizzo della suddetta macchina con centro di rotazione variabile.
3 – Azienda Ospedaliera di Trieste – Struttura complessa di Medicina Riabilitativa
L’esperienza costruita con l’uso della Rimec Fisiotek 2000 N con snodo a centro di rotazione variabile ci
permette di affermare la superiorità di tale presidio rispetto a quelli con snodo a rotazione fissa.
I pazienti sottoposti ad interventi di chirurgia ortopedica, nell’immediato post operatorio e nei giorni seguenti
l’intervento, l’hanno usata senza accusare dolore raggiungono range articolari molto ampi; non si è altresì
notata alcuna reattività articolare negativa. Ciò ha permesso un più agevole lavoro di riabilitazione ed un più
rapido raggiungimento degli obiettivi riabilitativi.
4 - Unità Operativa Ortopedica – Presidio ospedaliero di Monfalcone
l modello Kinetec con snodo a centro di rotazione variabile si è dimostrato, durante il periodo di prova,
molto più efficace nella riabilitazione passiva del ginocchio e con una migliore compliance da parte dei
pazienti, rispetto al modello di pinete con snodo a centro di rotazione fisso.
5 – U.O. Ortopedico-Traumatologica - Presidio ospedaliero di Gorizia
Con la presenta dichiariamo di aver utilizzato la macchina Rimec Fisiotek 2000 N montante snodo a centro
di rotazione variabile su pazienti da noi operati al ginocchio. I risultati ottenuti sono stati:
- Mancanza di fenomeni di rigidità;
- Ampiezza degli angoli di flessione molto maggiori rispetto a quelli raggiunti con macchine a centro di
rotazione fisso;
- maggior facilità nel far fare la terapia ai pazienti in quanto priva di dolore.
L’utilizzo della macchina è stato sufficientemente lungo per appurare e per confermare quanto sopra
riportato
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Ripresa delle azioni motorie
Le caratteristiche meccaniche dello snodo KTJ ed in particolare il mantenimento della verticalità e della
distanza articolare, la sopportazione alla compressione ed alla trazione, concorrono a creare le migliori
condizioni di aiuto durante le principali azioni motorie (deambulazione, corsa, spostamenti laterali, ecc.).
La deambulazione
Nella deambulazione tali caratteristiche fanno assumere al dispositivo KTJ un ruolo di
STAMPELLA DINAMICA
offrendo la possibilità di attivare tutti quei processi indispensabili per il mantenimento dell’equilibrio
posturale.
La ripresa deambulatoria, infatti, passa esclusivamente per un rafforzamento dei sistemi propriocettivi che
vengono attivati unicamente con l’appoggio del piede sul terreno. KTJ da la possibilità di anticipare tale fase
rieducativa stabilizzando verticalmente l’appoggio e riducendo il carico che grava su tutta la struttura
articolare.
Nota: si vuole fare presente che le stampelle tradizionali o l’utilizzo del bastone,
inizialmente permettono uno scarico rilevante dell’articolazione ma, in considerazione
del fatto che l’appoggio avviene sempre su più punti, nella ripresa della
deambulazione non permettono di sfruttare gli
“sbilanciamenti” sui quali si basa la stimolazione
propriocettiva e il ripristino degli equilibri posturali.
Importanza dell’appoggio del piede
Il piede è la regione del corpo che trasmette il maggior
numero di informazioni propriocettive segnalando istante
per istante, i movimenti che l'organismo sta compiendo. I
principali recettori propriocettivi sono situati negli archi
plantari del piede (trasverso, laterale e longitudinale) ed in
particolare nella parte anteriore del tallone, sotto la testa
dei metatarsi, sotto l'alluce e nei muscoli lombricali del piede e vengono sollecitati
in base al grado di deformazione durante l’appoggio.
Tale funzione è determinante per l’equilibrio e per una corretta postura e il
conseguente controllo dei rapporti tra segmenti coscia/gamba/piede.
Un arto che ha un equilibrio posturale stabile, permette di sviluppare un’attività
dinamica corretta.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Amplificatore propriocettivo
Le considerazioni riportate nascono dalle osservazioni fatte soprattutto su una popolazione di anziani che,
con varie patologie degenerative (condropatie, artrosi, valgismo grave, ecc.), hanno immediatamente
ottenuto importanti vantaggi riprendendo a deambulare in tempi brevissimi.
Questi vantaggi sono da ritenersi ascrivibili sia al sostentamento meccanico offerto dal tutore KTJ ma,
probabilmente, anche ad una ripresa propriocettiva determinata in primo luogo dall’appoggio del piede “più
sicuro” ed amplificata dal sistema sensitivo cutaneo.
Da come più dettagliatamente spiegato
nell’allegato A, il sistema propriocettivo che
presiede l’equilibrio posturale, ha come base le
referenze nervose sensoriali presenti negli
organi articolari (Corpuscolo del Ruffini Capsula articolazioni prossimali, Corpuscolo del
Pacini - Capsula, sinovia e articolazioni distali,
Corpuscolo del Golgi – Legamenti, Terminazioni
libere
Capsula
e
legamenti)
che
sinergicamente cooperano con i recettori
cutanei dei quali fanno parte anche i nervi
spinali che hanno una doppia funzione: la
radice posteriore (dermatomero) è deputata
all’azione sensitiva/propriocettiva mentre la
radice anteriore (miomero) è deputata l’azione
motoria.
Nell’arto inferiore il dermatomero e il miomero
si sovrappongono; ne deriva che una pressione
locale produce una immediata risposta del gruppo muscolare sottostante il territorio interessato.
Quando all’arto viene fissato un tutore, questo si sovrappone alle zone cutanee che possono essere
evidenziate dallo schema sotto riportato.
Nerviospinali
muscolo motore
L3
estensione del ginocchio (quadricipite)
L4
flessione dorsale collo del piede (tibiale anteriore)
zone cutanee
L5
estensione dell’alluce (estensore lungo dell’alluce)
S1
flessione plantare del collo del piede (tricipite della sura)
Si può così capire come un eventuale sbilanciamento registrato durante
la deambulazione produce inevitabilmente delle
pressioni laterali che vengono “trasmesse” dalle
barre laterali ed “avvertite” dalle zone cutanee
sensitive. Tali pressioni vengono recepite dal
dermatomero ed elaborate immediatamente per
una “correzione motoria” dal miomero.
La particolarità della movimentazione del tutore
KTJ fa sì che la sensibilità della percezione cutanea non subisce interferenze
determinate da sfregamenti tra tutore e cute, in virtù del perfetto parallelismo tra il
moto meccanico del presidio ortopedico e quello roto-traslatorio del ginocchio.
Dalla considerazione che l’utilizzo del tutore viene consigliato in presenza di un trauma
ad un organo articolare, inevitabilmente accompagnate anche da una lesione alle
referenze nervosa/propriocettive, si può considerare la stimolazione sensitiva-cutanea
come un “amplificatore propriocettivo” a sostituzione di quanto lacerato, per
rafforzare la possibilità di un corretto appoggio del piede con il conseguente
mantenimento e miglioramento dell’equilibrio posturale.
Per la ripresa della deambulazione consulta gli allegatio C e D
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
I vantaggi sull’anziano
Il recupero deambulatorio nell’anziano non è solo una forma di autonomia ma anche una possibilità in più
contro la solitudine e l’isolamento. La possibilità di ritornare a deambulare crea una catena di vantaggi
all’articolazione stessa, che si intensificano in maniera crescente man mano che il movimento diventa sempre
più quantitativo.
La ripresa deambulatoria, infatti, si riflette vantaggiosamente oltre che sul rafforzamento dei controlli
propriocettivi determinanti per il ripristino della stabilità posturale, anche sul sistema muscolare e su quello
dei grandi sistemi organici (cardiaco, circolatorio e respiratorio) con un marcato miglioramento
della qualità della vita.
Una gradita testimonianza spontanea
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
La ripresa della corsa
Nella prima fase del recupero orientato alla ripresa della corsa, è consigliabile utilizzare un tutore KTJ per
tutelare il ginocchio in tutte le fasi.
Fase di contatto o propriocettiva - Ha inizio con l’appoggio del piede al suolo durante la quale vengono
ammortizzate le forze determinate dall’energia potenziale acquisita nel sollevamento sinusoidale del
baricentro e quelle prodotte nella spinta per la propulsione.
In tale fase vengono attivati tutti i controlli propriocettivi che il piede trasmette ai vari segmenti corporei per
il mantenimento dell’equilibrio posturale.
La funzione del tutore, quindi, è orientato prevalentemente all’assorbimento delle compressioni (a tutela
delle superfici articolari e dei menischi) ed agisce come un
DISTRIBUTORE DI FORZE
a sostegno di tutta l’articolazione.
Con il tutore quindi, viene favorito l’appoggio del piede che a sua volta permette di sviluppare un equilibrio
posturale stabile a favore di una azione dinamica corretta.
Fase aerea o cinestesica - Quando il piede non è in appoggio al suolo, i capi articolari del ginocchio non
sono controllati dal sistema propriocettivo ma restano sottoposti alle accelerazioni alternate sul piano anteroposteriore ed all’inerzia determinata dalle accelerazioni alle quali è sottoposta la massa del piede.
Inoltre gli angoli tra coscia e gamba raggiungono la massima chiusura durante la quale è previsto il
progressivo e prevalente scivolamento tra i capi articolari.
Nella fase aerea, quindi, il ginocchio è sottoposto al controllo cinestesico che elabora sollecitazioni quali:
direzione del moto, angolazione tra i capi articolari, accelerazione, velocità di avanzamento ma esclude il loro
controllo sul rapporto dinamico in quanto questi restano liberi di muoversi in funzione del trascinamento
determinato dalle forze di accelerazione delle masse periferiche soprattutto agli angoli chiusi.
In questa fase il tutore KTJ può supportare il ginocchio instabile accompagnandolo in particolare negli angoli
della traslazione, assorbendo le eventuali trazioni determinate dall’alternanza del moto oscillatorio di tutto
l’arto inferiore.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
L’alternanza compressione / trazione
Nella pedalata il ginocchio è sollecitato alternativamente a compressione nella fase di “spinta” (estensione
dell'arto) ed a trazione nella fase di “sollevamento” (flessione dell'arto).
Pare pertinente far presente che mentre la compressione è una sollecitazione “fisiologica”, ovvero rispecchia
quanto creato per contrapporsi alla gravità, le sollecitazioni di trazione sono particolarmente “atipiche” e
controindicate nel ginocchio instabile anche in conseguenza alla ripetitività ritmica della pedalata, quale
azione meccanica che tende all’allontanamento dei capi articolari.
La funzione di KTJ si oppone a tali dinamiche tendendo a supportare il ginocchio nella fase di spinta, con una
funzione di alleggerimento della compressione e trattenendolo nella fase di “sollevamento” durante la
flessione dell’arto.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Aiuto nello sci – il momento torcente
Le sollecitazioni alle quali è sottoposto il ginocchio durante la gestualità tecnica (curva) che prevede un
preciso atteggiamento tra coscia e gamba, possono essere singolarmente suddivise:
1 - distribuzione verticale del carico (peso del corpo ed eventuali
sovraccarichi derivate dalla gravità – freccia gialla);
2 - momento flettente determinato da tutte le forze che agiscono sul
piano laterale ed hanno come braccio la distanza tra i profili articolari
ed il baricentro dello sciatore e sono proporzionali alle accelerazioni
laterali (freccia rossa);
3 - le rotazioni che si sviluppano lungo l’asse longitudinale della coscia
e della gamba, che si vengono a determinare dall’atteggiamento
assunto dallo sciatore (freccia verde).
La risultante di tali tensioni, ai vari gradi di piegamento può venir
intesa come un momento flesso-torcente (freccia blu) che si scarica
tridimensionalmente sugli organi articolari con una intensità
proporzionale al grado di piegamento ed alla velocità in curva.
Il tutore KTJ tende a sostenere il ginocchio contrapponendosi a tale risultante in virtù della struttura del
tutore stesso che prevede uno stretto collegamento tra i bracci laterali operato tramite le cinghie di
fissaggio.
Il sistema KTJ
64
Giancarlo Pellis
Le rotazioni tra coscia e tibia
Le rotazioni tra la coscia e la gamba, seppur limitate nell’arco di movimento, sono azioni meccaniche che
dipendono sempre dalla flessione tra i due segmenti dell’arto inferiore e possono essere distinte in:
rotazione assiale
rotazione longitudinale automatica.
La rotazione assiale della gamba attorno al suo asse longitudinale può essere realizzata solamente
quando il ginocchio è flesso dopo i 30°, a seguito del retro-rotolamento iniziale dei condili femorali sui piatti
tibiali che disimpegna l’eminenza condiloidea tibiale lasciandola così libera di ruotare nella fossa
intercondiloidea femorale dove a ginocchio esteso si trova incastrata (questa è una delle cause di blocco
della rotazione assiale in estensione - Kapandji I A, pg. 92).
L’arco di rotazione assiale permesso a 30° di flessione tra gamba e coscia è di circa 32°, mentre a 90° di
flessione la rotazione è di circa 42° (Kapandji I A, pg. 80).
Tale blocco, ad arto teso, è anche impedito dalla tensione dei legamenti crociati e dei legamenti collaterali.
La rotazione longitudinale automatica della tibia è l’azione meccanica determinata dalla differente
conformazione anatomica dei condili femorali e dei piatti tibiali del comparto mediale e di quello laterale.
Le superfici articolari del comparto mediale ed in particolare il condilo femorale interno, è molto più esteso di
quello esterno e nella meccanica flessoria compie una strada “diversa”.
Tale diversificazione, comunque, è non solo pertinente ai singoli comparti del
ginocchio, ma anche tra soggetto e soggetto, in quanto il
ginocchio è una caratteristica antropometrica personale ed il
suo percorso articolare è determinato dalla lunghezza (l) dei
legamenti crociati e dai punti di inserzione dei legamenti
crociati.
Tali differenze sono rese esplicite dai risultati ricavati e riportati nella tabella
sottostante, dalla quale risulta chiaro che ogni soggetto ha una propria variabilità di
“percorso”.
Angolo flex
0
30
45
90
135
Val medio ∆R
0
0
0,04
1,25
4,99
Val medio ∆x
0
0
0,03
1,25
3,59
δ ∆R
0
0
0,005
0,22
0,35
δ ∆x
0
0
0,002
0’158
0,251
Equazione del ginocchio
Ricorrendo, anche in questo caso ad una semplice analisi matematica si può normalizzare il personale
percorso articolare e, noto il valore del rientro ∆R ai vari gradi di flessione, è possibile risalire alla personale
equazione del ginocchio .
Infatti, riprendendo quanto descritto in un sistema di riferimento ortogonale (x.y) con l’origine nel centro del
ginocchio, si riscontra che inizialmente la traiettoria descritta dalla gamba è un arco di circonferenza
x2+y2=Ra2.
Successivamente dato che il centro del ginocchio durante la flessione si sposta, per determinare la traiettoria
effettiva è necessario considerare la traslazione del sistema di riferimento (x,y) lungo l’asse X di un nuovo
sistema ortogonale di riferimento (X,Y). Sostituendo nell’equazione della circonferenza le nuove coordinate
ottenute mediante le formule di traslazione,
x = x0 + X
y=Y
x = r cos α
y = r sen α
2
si ottiene la seguente equazione:
Il sistema KTJ
2
2
2
X + Y - 2x X + x - r = 0
0
0
65
Giancarlo Pellis
Il concetto sopra esposto si aggancia alle differenze esistenti tra i soggetti e si sposa anche con le differenze
esistenti tra i comparti articolari del singolo.
In considerazione del fatto che tale rotazione longitudinale automatica della tibia appartiene al
movimento fisiologico del ginocchio, deve essere sempre accompagnato e non impedito.
Per assecondare questo movimento fisiologico, è stato progettato un nuovo dispositivo la descritto nel lavoro
sotto riportato estratto dagli atti del
XVII Congresso Internazionale di Riabilitazione e Traumatologia - Bologna 2008
Dispositivo per il ginocchio che ripropone la rotazione automatica della tibia
La meccanica articolare del ginocchio è complessa ed il tipo di movimento effettuato è in diretta relazione
con l’angolo di apertura del ginocchio. Prendendo, infatti, come punto di partenza l’arto inferiore esteso,
nella prima fase della flessione la gamba compie un moto di pura rotazione. Da tale angolazione in poi, si
assiste ad un doppio movimento di rotazione e di scivolamento. Oltre a tale movimentazione, definita rototraslatoria, durante tale azione, la gamba propriamente detta effettua una rotazione automatica, rispetto alla
coscia, che alcuni Autori valutano nell’ordine dei 20° dovuta:
1 - il differente sviluppo del contorno dei condili femorali, maggiormente esteso l’esterno rispetto a quello
interno;
2 - la forma delle superfici articolari tibiali delle quali concava l’interna e convessa l’esterna;
3 - l’orientamento dei legamenti collaterali in quanto il legamento collaterale interno si tende più
rapidamente di quello esterno, il che lascia al condilo esterno una maggior libertà di movimento per il fatto
che è obliquo.
Vi sono poi delle coppie di rotazione determinate dall’azione predominante dei muscoli flessori esterni
(muscoli della zampa d’oca e popliteo) e dalla tensione del crociato antero-esterno alla fine dell’estensione
che passa al di fuori dell’asse e porta ad una rotazione esterna.
Quando la gamba è estesa (figure 1 e 2), il contatto tra il condilo femorale mediale ed il piatto tibiale del
comparto mediale ricade nel punto A, mentre il contatto tra il condilo femorale laterale ed il piatto tibiale del
comparto laterale , ricade nel punto B.
Per tali punti passa una retta “x”. Gli assi longitudinali della coscia incontrano la retta x in due punti C e D
(fig. 2, 4): asse mediale nel punto C, asse laterale nel punto D. Analogamente, gli assi longitudinali della
gamba propriamente detta incontrano la retta x negli stessi punti C e D. Semplificando, i punti C e D
potrebbero essere individuati sull’intersezione della retta x con il bordo mediale e con quello laterale dei
piatti tibiali (in considerazione anche dello scarso tessuto sottocutaneo presente nella zona mediale e laterale
del ginocchio).
Negli stessi punti C e D, passano anche gli assi di simmetria dei bracci femorali e tibiali delle ginocchiere
note, che nell’arto inferiore esteso, sono coassiali.
La retta CD è coincidente con l’asse trasverso dell’arto
inferiore quando lo stesso è esteso.
L’asse trasverso interseca ortogonalmente l’asse
longitudinale che passa sulla mezzeria del corpo umano
e lateralmente estendendosi dal vertice del capo fino al
piano d’appoggio dei piedi. L’asse trasverso e l’asse
longitudinale determinano il piano frontale che divide il
corpo umano in una parte anteriore ed in una
posteriore. Quando l’arto inferiore è esteso esso ha un
unico piano frontale (fig. 1).
Quando la gamba è flessa, (figura 3 e 4), il contatto tra
il condilo femorale mediale ed il piatto tibiale del
comparto mediale, ricade in un punto A’, mentre il
contatto tra il condilo femorale laterale ed il piatto tibiale del comparto laterale ricade in un punto B’. Per tali
punti A’, B’ passa una retta “x1”. In realtà, tra l’estensione e la flessione del ginocchio, si vengono a creare
una serie infinita di coppie di punti di contatto An, Bn che determinano altrettante rette xn riferite ad ogni
Il sistema KTJ
66
Giancarlo Pellis
asse traverso determinato dall’istantaneità del grado di flessione. Durante la fase che va dall’estensione alla
flessione il segmento C-D è spinto in avanti e contemporaneamente compie una rotazione di circa 20°
avente centro di rotazione in un punto O coincidente a quello in cui si intersecano le due rette “x”, “x1”.
Alla fine della flessione gli assi longitudinali della gamba propriamente detta incontrano la retta x nel punto D
ed in un nuovo punto C’. La retta passante per i punti C’-D è l’asse trasverso della gamba propriamente
detta a gamba flessa.
Il piano frontale prima unico per tutto l’arto inferiore (fig. 1), si divide conseguentemente in due (fig. 3): il
piano frontale della coscia che rimane determinato dall’intersezione tra l’asse traverso coincidente con la
retta C-D con l’asse longitudinale della coscia e quello della gamba propriamente detta determinato
dall’intersezione tra l’asse traverso coincidente con la retta C’-D con l’asse longitudinale della gamba
propriamente detta. I due piani frontali sono ruotati tra loro di circa 20°.
Il segmento CC’ rappresenta la distanza dal alto mediale tra la posizione dell’asse longitudinale della gamba
propriamente detta prima e dopo la flessione rispetto all’asse longitudinale della coscia.
Per quanto sopra esposto le ginocchiere note non sono in grado di mantenere durante la flessione la
sovrapposizione degli assi di simmetria dei propri bracci tibiali con l’asse longitudinale della gamba
propriamente detta.
La nuova movimentazione meccanica applicata alle ginocchiere con lo snodo a centro di rotazione variabile
permette di seguire perfettamente il ginocchio in tutte le sue specifiche movimentazioni, quello rototraslatorio e quello della rotazione automatica della gamba nei confronti della coscia assicurando così una
maggior tutela e salvaguardia al ginocchio instabile.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Bibliografia KTJ
Pellis G.: Biomeccanica del ginocchio, Ia parte, Ortopedici e sanitari, Ed. Tecniche Nuove, Milano, n.8, anno
XLI, novembre 2004;
Pellis G., Di Cosmo F.: Biomeccanica del ginocchio, IIa parte, Ortopedici e sanitari, Ed. Tecniche Nuove,
Milano, n.1, anno XLII, febbraio 2005;
Pellis G., Di Cosmo F.: Biomeccanica del ginocchio, IIIa parte, Ortopedici e sanitari, Ed. Tecniche Nuove,
Milano, n.2, anno XLII, marzo 2005;
Pellis G., Di Cosmo F.: Studio sperimentale per determinare le tensioni che lo snodo KTJ, produce sui
legamenti crociati nel movimento di flesso-estensione del ginocchio, 16° Congresso Nazionale, Società
Italiana di Artroscopia, Genova 28 – 1°maggio 2003;
Pellis G., Di Cosmo F.: Influenza di diversi tipi di snodo per tutori del ginocchio sui rapporti dinamici fra
femore e tibia, 16° Congresso Nazionale, Società Italiana di Artroscopia, Genova 28 – 1°maggio 2003;
Pellis G., Di Cosmo F.: La tolleranza del tutore con snodo a centro di rotazione variabile nella
rieducazione del ginocchio instabile, XVI Congresso Internazionale di Riabilitazione e Traumatologia - Milano
2007;
Pellis G, Di Cosmo F.: Dispositivo per il ginocchio che propone la rotazione automatica della tibia,
Calzetti Editore, Perugia, atti del XVIII edizione del Convegno di Traumatologia e Riabilitazione Sportiva,
Bologna, 2008;
Pellis G, Di Cosmo F.: Classification of knee rehabilitation exercises based on the rotatorytraslational and
translational-rotatory theory, Calzetti Editore, Perugia, atti del XVIII edizione del Convegno di Traumatologia
e Riabilitazione Sportiva, Bologna, 2008;
Pellis G., Di Cosmo F.: Il moto ROTO-TRASLATORIO: Studio sperimentale, analisi matematica,
dispositivo ortopedico, Calzetti Editore, Perugia, atti del XVIII edizione del Convegno di Traumatologia e
Riabilitazione Sportiva, Bologna, 2009
Pellis G.: Variable center of rotation concerning the physiological motion of the knee theorem, Teorema del centro di
rotazione variabile relativo al moto fisiologico del ginocchio, Atti del XIX edizione del Convegno di Traumatologia e
Riabilitazione Sportiva, Bologna, 2010, Calzetti Editore, Perugia,
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Studi di altri Autori
Il sistema KTJ
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Il sistema KTJ
Giancarlo Pellis
70
Giancarlo Pellis
Appendice A
Anatomia del ginocchio
La tibia
É situata nella parte anteromediale della gamba.
Il corpo é prismatico triangolare con tre facce e tre margini.
La faccia mediale é leggermente convessa.
La faccia laterale é concava in alto, dove offre inserzione al
muscolo tibiale anteriore; in basso, invece, diventa convessa e,
per la torsione dell’osso tende a farsi anteriore.
La faccia posteriore é liscia e convessa in tutta la sua estensione,
salvo che nella sua porzione superiore dove é attraversata da una
cresta rugosa detta linea obliqua o linea del muscolo soleo.
Il margine anteriore é smussato alle estremitá, mentre tende a
divenire tagliente al centro dell’osso.
Il margine mediale é poco pronunciato; quello laterale o
interosseo é tagliente ed offre attacco alla membrana interossea
della gamba.
L’estremitá superiore é assai sviluppata in senso trasversale e
si espande in due masse, i condili tibiali. La faccia superiore di
ciascuno di essi presenta una cavitá poco profonda (glenoide
tibiale a curvatura molto complessa) che permette il movimento
con l’omologo condilo femorale.
Tra le due cavitá i cui profili antero-posteriori differiscono tra loro
- la superficie articolare interna è concava nei due sensi, l’esterna
è concava trasversalmente e convessa sagittalmente - si trovano
due tubercoli, i tubercoli intercondiloidei, che formano un rilievo,
l’eminenza intercondiloidea dotata di due spine, una mediale e
l’altra laterale. Le cavitá poggiano su due robusti capitelli, di cui
quello esterno presenta, sulla faccia laterale, una superficie
articolare piana, destinata all’articolazione con la fibula. I condili convergono in avanti in corrispondenza di
un rilievo, la tuberositá tibiale; indietro, invece, essi
sono separati da un solco.
L’estremitá inferiore, meno sviluppata di quella
superiore, presenta una superficie basale articolare
concava, che corrisponde alla troclea dell’astragalo.
Medialmente l’estremitá inferiore si espande in una
sporgenza quadrilatera e robusta, il malleolo mediale.
Il femore
Forma lo scheletro della coscia. Vi si distinguono un
corpo e due estremitá .
Il corpo non é esattamente rettilineo, ma incurvato ad
arco con concavitá posteriore; é prismatico e vi si
possono considerare tre facce (anteriore,
posteromediale e posterolaterale) e tre margini
(mediale laterale e posteriore). Le facce sono lisce e
leggermente convesse; i margini mediale e laterale
sono smussati, quello posteriore, invece, é spesso,
rugoso e viene denominato linea aspra. In basso tale
linea si biforca, terminando ad entrambi i lati in
corrispondenza di un condilo. Tale divergenza delimita
un’area detta triangolo popliteo. In alto, invece, la linea
aspra é tripartita e forma lateralmente la linea pettinea
su cui si inserisce il muscolo pettineo, e medialmente la
cresta del muscolo vasto mediale da cui si origina
Il sistema KTJ
71
Giancarlo Pellis
appunto l’omonimo capo del muscolo quadricipite.
L’estremitá superiore presenta una testa e due rilievi denominati trocanteri uniti tramite la cresta
intertrocanterica.
La testa é sferica ed é destinata ad articolarsi con l’acetabolo ed è sostenuta da un segmento osseo detto
collo anatomico.
Medialmente alla base del grande trocantere si trova la fossa trocanterica. Subito al di sotto del piccolo
trocantere si trova il collo chirurgico.
L’estremitá inferiore del femore presenta in avanti ed in basso una superficie articolare per la tibia e la
rotula, con due versanti obliqui e una gola centrale. I due versanti continuano in basso e in dietro in due
masse voluminose, i condili che sono separati da un’incisura, o fossa
intercondiloidea.
Visti dal basso i condili formano due sporgenze convesse nei due sensi ed
allungate dall’avanti all’indietro.
I condili non sono del tutto identici: i loro assi maggiori antero-posteriori
non sono paralleli ma divergenti posteriormente; inoltre il condilo interno
(I) diverge più di quello esterno (E) ed è anche più stretto.
La faccia dei condili che volge verso l’asse del femore dá attacco ai
legamenti crociati, quella che volge esternamente rispetto all’asse presenta
due prominenze destinate a inserzioni di legamenti, gli epicondili mediale e
laterale.
Al di dietro e al di sopra dell’epicondilo mediale si trova il tubercolo del grande adduttore, dove appunto
questo muscolo prende inserzione.
La rotula o patella
É compresa nello spessore del tendine d’inserzione
del muscolo quadricipite; é breve e appiattito con
una forma pressappoco triangolare, la base é volta
in alto e offre inserzione al tendine del muscolo
quadricipite; l’apice é volto in basso e si prolunga
nel robusto legamento patellare
La faccia anteriore o cutanea é convessa in ogni
direzione mentre la faccia posteriore o articolare é divisa da una cresta trasversale in una porzione superiore,
liscia, che corrisponde al femore e una inferiore, rugosa, che corrisponde alla massa adiposa anteriore del
ginocchio.
La cartilagine articolare
La cartilagine è l’elemento fondamentale nella fisiologia articolare, in quanto riveste le superfici
articolari. Il tessuto ialino che in genere forma la cartilagine, viene generato dai condrociti ed è
lucido e levigato per permettere lo scorrimento tra le due superfici. Si forma in base alle
sollecitazioni meccaniche cui il capo articolare è sottoposto, al fine di ripartire al meglio i
carichi; ha uno spessore che va da 0,2 a 6 mm ed è più spessa in periferia. Facilita una
reciproca e più morbida concordanza dei capi articolari e riduce l'usura degli stessi nelle
sollecitazioni fisiologiche e nei microtraumi.
Ha limitata capacità rigenerative e dopo una lesione traumatica può andare incontro ad
alterazioni degenerative che possono essere irreversibili. Le lesioni più superficiali tendono a
progredire verso la degenerazione, quelle che penetrano l’osso sub condrale guariscono
attraverso la formazione di un tessuto fibrocartilagineo o simil-cartilagineo.
Il tessuto di guarigione però differisce dalla normale cartilagine ialina sia biochimicamente che
biomeccanicamente e può facilmente andare incontro a successiva degenerazione. Ogni lesione
a carico della cartilagine articolare ed in speciale modo nel ginocchio, viene considerata come
l’inizio di una malattia cronica degenerativa con poche possibilità di cura, a causa della scarsa
capacità rigenerativa di questo tipo di cellule che con un percorso lento ma inesorabile porta ad
una progressiva limitazione funzionale.
I Legamenti.
Il ginocchio ha dei robusti legamenti che sono fondamentali per la cinematica.
Il legamento Crociato Anteriore (LCA) a livello della tibia si inserisce anteriormente alla spina tibiale,
mentre sul femore si termina sulla faccia mediale del condilo esterno, non è molto vascolarizzato .
Il sistema KTJ
72
Giancarlo Pellis
Il legamento Crociato Posteriore (LCP) origina nella rientranza intercondiloidea tibiale e si inserisce sul
condilo mediale del femore nella parte interna, è ben irrorato ed è molto più robusto del LCA.
LCA ha un ruolo fondamentale nel mantenere salda e stabile
l'articolazione, limita la rotazione interna e l'iperestensione,
inoltre durante la flessione riduce lo spostamento in avanti
della tibia rispetto ai condili femorali.
Il LCP è fondamentale nel controllo della rotazione e durante
l'estensione riduce lo spostamento posteriore della tibia
rispetto ai condili femorali.
I legamenti crociati sono a forma di “X”, incrociati su tutte le
tre dimensioni dello spazio e svolgono l'azione di “Pivot
Centrale”, ossia di perno sul quale si muove l'articolazione.
Nel dettaglio,
il LCA ha inserzione tibiale sulla superficie prespinale fra
l'inserzione del corno anteriore interno in avanti e quella del
menisco esterno. Il suo tragitto e obliquo in alto ed in fuori;
la sua inserzione femorale e sulla faccia assiale del condilo
esterno a livello di una zona stretta ed allungata
verticalmente a contatto della cartilagine sulla parte più
posteriore di questa faccia;
il LCP ha inserzione tibiale sulla parte più lontana della
superficie retrospinale molto indietro rispetto l'inserzione dei
corpi posteriori del menisco esterno e del menisco interno.
La traiettoria del LCP e obliqua in avanti, in dietro ed in alto. La sua inserzione femorale occupa il fondo della
fossa intercondiloidea e deborda notevolmente sulla faccia assiale del condilo interno lungo la cartilagine, al
limite inferiore di questa faccia su una zona d'inserzione allungata orizzontalmente.
Esiste un rapporto costante tra la lunghezza dei legamenti crociati: LCA e' più lungo di 5\3 rispetto LCP. Tale
rapporto determina il funzionamento del ginocchio e la forma dei condili. Le inserzioni tibiali sono distanti in
media 5 cm nell'adulto.
Esternamente al ginocchio ci sono due legamenti: Collaterale Laterale (LCL) e Collaterale Mediale
(LCM).
Il LCL origina dall'epicondilo laterale del femore e, con decorso obliquo e verso dietro, si inserisce nella parte
esterna della testa fibulare, ha una forma simile a una corda; è diviso in uno strato profondo e uno
superficiale e non si unisce alla capsula o al menisco.
Il LCM, origina dalla faccia esterna del condilo mediale e, con decorso obliquo e verso avanti, si inserisce
sull'area laterale della tibia.
Il LCM è più sottile del LCL, ha la forma di una banda elastica, si trova all'interno della capsula ed è collegato
al menisco mediale, è più lungo del collaterale laterale.
I collaterali sono importanti perché bloccano i movimenti di inclinazione laterale della tibia sul ginocchio,
infatti le estremità dei due legamenti raggiungono la massima tensione a ginocchio esteso, mentre durante
la flessione si allentano.
Nella parte anteriore del ginocchio è situato il legamento trasverso del ginocchio (8) che collega i
menischi e il menisco mediale con l’area intercondiloidea.
Ai lati della rotula si trovano i legamenti alari (9), nella parte laterale c’è il legamento alare esterno, nella
parte mediale è situato quello interno, il loro compito è di impedire un eccessivo spostamento laterale della
patella.
Nella parte posteriore del ginocchio il legamento menisco-femorale (12) posteriore collega queste due
strutture ed ha andamento obliquo.
A livello della rotula ci sono espansioni fibrose che originano dal vasto mediale e laterale inserendosi sul
contorno laterale della patella. Tale tessuto prosegue fino al Collaterale Laterale e al condilo della tibia nello
stesso lato del ginocchio
Il Corpo di Hoffa è pannicolo adiposo al di sotto del Legamento Rotuleo e ha una doppia funzione, di
attutire gli urti e di facilitare lo scorrimento riducendo l’attrito.
Il sistema KTJ
73
Giancarlo Pellis
I menischi interarticolari
Sono strutture fibrocartlaginee ad anello incompleto che compensano la non corrispondenza della forma
delle superfici articolari.
Hanno sezione triangolare a tre facce:
superiore concava a contatto con i condili femorali;
periferica cilindrica, sulla quale si fissa la capsula con la sua parte profonda;
inferiore, quasi piatta, posta sulla parte esterna della superficie articolare interna ed esterna della tibia.
Questi anelli sono interrotti a livello dei tubercoli intercondiloidei tibiali così che assumono l'aspetto di una
semiluna con un corno anteriore ed un corno posteriore.
I corni del menisco esterno sono molto più, ravvicinati di quelli dell'interno; ne consegue che il menisco
esterno forma un anello quasi completo -cioè ha la forma di una O- mentre l'interno assomiglia di più' ad
una semiluna ed ha una forma di C.
I menischi contraggono rapporti con:
- faccia periferica della capsula
- ciascun corno si fissa sul piatto tibiale a livello della superficie prespinale (anteriore) e retrospinale
(posteriore);
---- il corno anteriore del menisco esterno subito davanti al tubercolo intercondiloideo laterale (4);
---- il corno posteriore dello stesso menisco, subito dietro al tubercolo intercondiloideo laterale (5);
---- il corno posteriore del menisco interno nell'angolo postero-interno della superficie prespinale (7);
---- il corno anteriore nell'angolo antero-interno della superficie prespinale (6).
- Le due corna anteriori sono unite dal legamento trasverso che attaccato a sua volta alla rotula mediante
sepimenti del batuffolo adiposo;
- da ciascun bordo della rotula si tendono delle fibre verso le superfici laterali dei menischi, formando così la
ali menisco-rotulee;
- il LCM fissa le sue fibre più' posteriori sul bordo interno del menisco interno;
- il LCL, invece, e' separato dal suo menisco ad opera del tendine del muscolo popliteo, che invia una
espansione fibrosa al bordo posteriore del menisco esterno;
- anche il tendine del semi-membranoso invia una espansione fibrosa al bordo posteriore del menisco
interno;
- alcune fibre del LCP si fissano sul corno posteriore del menisco esterno, dando origine al legamento
menisco-femorale.
- delle fibre del LCA vanno a fissarsi sul corno anteriore del menisco interno.
R – rotula
LLI – legamento collaterale interno (LCM)
LLE – legamento collaterale esterno (LCL)
Mi – menisco interno
Me – menisco esterno
Pop – muscolo popliteo
4 – corno anteriore menisco esterno
5 – corno posteriore menisco esterno
6 – corno anteriore menisco interno
7 – corno posteriore menisco interno
8 – legamento trasverso
9 – ali menisco-rotulee
10 - espansione fibrosa muscolo popliteo
11 – espansione fibrosa muscolo semimembranoso
12 – legamento menisco-femorale
La capsula articolare e la membrana sinoviale
La forma generale può essere paragonata ad un cilindro con la faccia posteriore infossata a costituire un
setto sagittale. Sulla faccia anteriore, e ritagliata una finestra in cui viene ad "incastrarsi" la rotula. I bordi
del cilindro prendono inserzione in alto sul femore ed in basso sulla tibia.
Il sistema KTJ
74
Giancarlo Pellis
Inserzione sul piatto tibiale passa in avanti e sui
bordi esterni delle superfici articolari; la linea di
inserzione si piega poi all'interno della superficie
retrospinale posteriore restando a contatto delle
superfici articolari; passa poi tra le due spine tibiali
per andare a circondare in piena superficie
prespinale la zona di inserzione tibiale del
legamenti crociato anteriore (1). Cosi le inserzioni
LCA e LCP (2) restano al di fuori della capsula
dunque fuori della cavità articolare.
Inserzione femorale della capsula, anteriormente
circonda dall'alto la fossetta sopratrocleare
formando un profondo "cul di sacco" o recesso
sotto-quadricipitale (5).
Ai lati l'inserzione capsulare costeggia le facce
della troclea, formando i recessi latero-rotulei poi
segue, restando un po discostata, il limite
cartilagineo dei condili, disegnando sulla loro
faccia cutanea "le rampe capsulari di Chevriere;
sul condilo esterno, l'inserzione capsulare passa al
di sopra della fossetta dove si inserisce il tendine
del muscolo popliteo; l'inserzione di questo
muscolo e' dunque intracapsulare. In dietro ed in alto la linea di inserzione capsulare segue il bordo postero
superiore della cartilagine condiloidea, proprio al di sotto dell'intersezione dei muscoli gemelli; la capsula
corrisponde così alla faccia profonda di questi muscoli e li separa dai condili; a questo livello si ispessisce e
da luogo ai gusci condiloidei.
Nella fossa intercondiloidea la capsula si fissa sulla faccia assiale dei condili a contatto con la cartilagine e nel
fondo della fossa, passando così da un bordo all'altro della fossa. Sulla faccia assiale del condilo interno
l'inserzione capsulare passa al di sotto dell'inserzione femorale del legamento crociato posteriore. Sulla faccia
assiale del condilo esterno la capsula si fissa tra la cartilagine e l'inserzione femorale del crociato anteriore.
Anche a questo livello, l'inserzione dei crociati avviene al di fuori dei limiti della capsula dunque fuori dalla
cavità articolare.
La membrana sinoviale tappezza la superficie interna della capsula ed è composta da tessuto connettivo
fibroso; produce la sinovia o liquido sinoviale che nutre la cartilagine e lubrifica l'articolazione in modo da
diminuire l'attrito durante il movimento.
I muscoli motori del ginocchio
Muscolo Quadricipite Femorale.
E’ il più importante estensore del ginocchio ed è un muscolo
fondamentale per la deambulazione.
Si trova sulla loggia anteriore della coscia, è un muscolo formato
da quattro capi:
Il Retto Femorale è biarticolare ed origina dalla Spina Iliaca Antero
Inferiore e dal tratto superiore della circonferenza dell’acetabolo, il
Vasto Laterale origina dalla parte laterale del Grande Trocantere e
dalla Linea Aspra, il Vasto Intermedio origina dalla faccia AnteroLaterale della diafisi Femorale e il vasto mediale origina dalla zona
mediale della Linea Aspra.
Questi quattro muscoli procedono verso la Rotula formando un
tendine comune detto Tendine Quadricipitale che si inserisce sulla
Patella, alcuni fasci continuano anteriormente ad essa per
terminare sulla Tuberosità Tibiale.
Il quadricipite ricopre tutta la parte anteriore del Femore, oltre ad
estendere la gamba, con il retto femorale contribuisce alla
flessione della coscia.
Il sistema KTJ
75
Giancarlo Pellis
Ai lati della Rotula il Tendine del Quadricipite è irrobustito da due
retinacoli, vale a dire fasci di connettivo fibroso che collegano la
rotula ai Condili tibiali.
Muscolo Tensore della Fascia Lata.
E’ un muscolo lungo e stretto che si trova nella porzione esterna
della Coscia.
Origina dalla SIAS (Spina Iliaca Antero Superiore) e si inserisce sul
condilo esterno della Tibia, è biarticolare perché attraversa e
controlla due articolazioni: l’Anca e il Ginocchio.
Il tendine che si inserisce sulla tibia è molto lungo, inizia subito sotto
la linea pettinea e la tuberosità glutea e si unisce alla fascia femorale
o lata costituendo la benderella o tratto ileo-tibiale.
L’azione del Tensore della Fascia Lata è l’abduzione della coscia, è un
sinergico nell’estensione della gamba sulla coscia.
Muscolo Sartorio. E’ il muscolo più lungo che abbiamo, stretto e
nastriforme ha un andamento a “S” e decorre superficialmente al
quadricipite.
Origina dalla Spina iliaca antero superiore e si inserisce sulla faccia
mediale della Tuberosità Tibiale unendosi ai tendini del Gracile e del Semitendinoso che insieme formano
una struttura tendinea denominata “Zampa d’Oca”.
Il sartorio è un muscolo che permette di assumere la posizione tipica del sarto con le gambe accavallate,
flette, extraruota e abduce la coscia oltre a flettere e ruotare internamente la gamba.
Il Bicipite Femorale
Dal nome si capisce che questo muscolo ha due capi, il lungo che
origina dalla tuberosità Ischiatica insieme al muscolo
Semimembranoso e il breve che origina nella metà distale della
linea aspra e dal setto intermuscolare laterale.
Dopo aver percorso la parte posteriore e laterale si inserisce sulla
testa del Perone e sul condilo laterale della tibia.
L’Azione del bicipite femorale è di flettere la gamba sulla coscia
ruotandola esternamente, è l’unico muscolo che agisce da
extrarotatore del ginocchio, inoltre estende la coscia
Il Semitendinoso
Origina dalla tuberosità Ischiatica, ma rispetto agli altri IschioCrurali si trova in posizione superiore ed esterna.
Fa parte della parte posteriore e mediale della coscia e si
inserisce sulla faccia mediale del Condilo Mediale della Tibia.
L’azione del Semitendinoso è di flettere e ruotare internamente la
gamba sulla coscia, inoltre estende la coscia.
Il Semimembranoso
Origina dalla tuberosità Ischiatica insieme al Bicipite Femorale, è
situato nella parte posteriore e mediale della Coscia, distalmente
il tendine si separare in tre fasci: il ramo “discendente” termina sulla faccia posteriore del condilo mediale
Tibiale, il ramo “ricorrente” prosegue verso il Condilo Laterale Femorale costituendo il Legamento Popliteo
Obliquo, e il ramo “anteriore” o riflesso che si inserisce sulla faccia anteriore del Condilo interno della Tibia.
L’azione del Semimembranoso è la flessione e rotazione interna della gamba sulla coscia e l’estensione della
coscia.
Il Gracile
Come dice il nome, questo muscolo è piccolo ed è nastriforme, si trova sulla zona mediale della coscia.
Origina dalla zona anteriore della Branca Ischio-Pubica e si inserisce sulla faccia mediale e anteriore del
condilo della Tibia insieme al muscolo Sartorio e al Semitendinoso formando la Zampa d'Oca.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Il Gracile adduce la coscia, flette e ruota internamente la gamba sulla coscia.
Il muscolo Popliteo
E' un muscolo profondo che si trova nella loggia posteriore della gamba,
è largo e sottile.
Origina dalla zona esterna del condilo femorale laterale e si inserisce sul
lato superiore della Linea Obliqua e sulla zona posteriore della Tibia.
Il Muscolo Popliteo flette e ruota medialmente la gamba.
Il Gastrocnemio
E' composto da due capi muscolari simmetrici, uno mediale che origina
dal condilo Femorale interno e dalla porzione interna della Capsula ed
uno laterale che origina dal Condilo Feomrale esterno e dalla porzione
esterna della Capsula, è un muscolo biarticolare.
Si inserisce con il robusto tendine Calcaneare o d'Achille sulla zona
postero-superiore del Calcagno.
L'azione del Gastrocnemio è la Flessione Plantare del piede e la
rotazione interna, inoltre concorre alla flessione della gamba sulla
coscia.
Gli Ischio-Crurali
Sono tre muscoli della loggia posteriore della coscia: il Bicipite Femorale, il Semimembranoso e il
Semitendinoso, sono tutti biarticolari, hanno in comune l’origine ischiatica, l’azione di flessione della
gamba sulla coscia e l’estensione dell'anca.
Essi hanno un ruolo importantissimo nella cinematica del ginocchio perché con la loro azione proteggono il
Legamento Crociato Anteriore dalle lesioni.
La Zampa d’Oca.
Tra i muscoli della loggia posteriore e mediale della coscia, ce ne sono tre che hanno un tendine comune
denominato “Zampa d’Oca” che si inserisce sulla faccia interna dell’epifisi prossimale della tibia.
Questi muscoli sono il sartorio, il semitendinoso e il gracile.
Questo grosso tendine è sinergico del collaterale mediale nella stabilizzazione del ginocchio ed impedisce
un’eccessiva rotazione esterna
La zampa d'oca si trova medialmente al ginocchio
Il sistema KTJ
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Il sistema KTJ
Giancarlo Pellis
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Giancarlo Pellis
Appendice B
Analisi sui sistemi meccanici più presenti in commercio utilizzati sui tutori del ginocchio.
Ognuno dei meccanismi esaminati, ha una movimentazione diversa e nessuno si avvicina alle caratteristiche
roto-traslatorie tipiche del moto fisiologico del ginocchio.
Peraltro, per nessun dispositivo, è stata trovata una convincente documentazione scientifica che giustificasse
la similitudine della traiettoria proposta con la movimentazione fisiologica del ginocchio stesso.
I tracciati Rx e percorso articolare di riferimento
I tracciati ricavati dal contorno radiologico ai vari gradi di flessione sono stati tenuti come confronto per ogni
singolo snodo analizzato e riproposti in tratteggiato sui singoli disegni a dimostrazione delle divergenze
riscontrate.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
La sovrapposizione KTJ
In apertura riportiamo la sovrapposizione tra i tracciati Rx e la traiettoria roto-traslatoria determinata dallo
snodo KTJ
In considerazione della elevata coincidenza tra i profili Rx e la movimentazione determinata dallo snodo KTJ,
si ritiene particolarmente significativo confrontare i tracciati dei profili stessi con le movimentazioni degli
snodi in commercio, ad indice degli stress che ogni singolo dispositivo meccanico impone al ginocchio.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Centro fisso
Come si riconosce
È caratterizzato da un singolo perno centrale.
Nelle ginocchiere post-operatorie la corona esterna riporta le indicazione per il
posizionamento del RANGE di movimento.
Nei primi 30° di flessione la traiettoria dello snodo e quella del ginocchio coincidono.
Dopo i 30° di flessione, la traiettoria circolare tende ad allontanare i due capi articolari.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Bauerfeind
US 6059743 - 09.05.2000
Come si riconosce
Ha un “primitivo” sistema di “personalizzazione”del centro di
rotazione che può essere modificato dall’esterno. Come si vede dal
disegno brevettuale sopra riportato, esistono 4 posizioni principali
del centro di rotazione A, B, C e D.
In base a questa scelta si possono avere le seguenti situazioni:
Soluzione A
Determina uno schiacciamento dei condili femorali sui piati tibiali dai 45° in poi
Il sistema KTJ
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Soluzione B
Determina uno schiacciamento dei condili femorali sui piati tibiali dai 15° fino ai 90°. Successivamente i
condili femorali tendono ad essere allontanati verticalmente dal piatto tibiale.
Soluzione C
Determina un marcato ed importante allontanamento tra i condili femorali ed i piatti tibiali.
Il sistema KTJ
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Soluzione D
Determina un marcato allontanamento tra i condili femorali ed i piatti tibiali.
Il sistema KTJ
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Don Joy
Patent US 4 643 176 A1
Come si riconosce
E’ lo snodo più utilizzato dai costruttori di
ginocchiere.
Lo snodo ha una tipica forma allungata a
rettangolo con i lati corti arrotondati a
semicerchio al centro del quale, in molti snodi
sono riconoscibili i due perni di rotazione
senza alcuna copertura.
Con il suo moto a cicloide inversa, fin dai primi gradi di flessione tende a retro posizionare i condili femorali
che dopo i 45-60° vengono anche compressi (in maniera sempre più importante) sui bordi posteriori dei
piatti tibiali
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Townsend
Patent EPT 0361 405
Come si riconosce
Di forma asimmetrica, rotondeggiante anteriormente e quasi rettilinea
posteriormente.
La movimentazione è TRASLA-ROTATORIA
Nella sezione “LA TEORIA OPPOSTA” pag.28 tale movimentazione viene discussa in modo approfondito.
Per i primi 20° i condili femorali vengono trascinati anteriormente per 8-9 mm; nel restante arco di
movimento gli stessi condili femorali vengono allontanati verticalmente dei piatti tibiali
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Townsend
PCT WO 92/15264
Snodo formato da 4 piastre ognuna delle quali presenta 2
fori
Si possono distinguere 4 piastre: una femorale (superiore),
una tibiale (inferiore) e due centrali
Il movimento tra le piastre è a pantografo.
Collegando i bracci superiore ed inferiore a due modelli in
plastica che riproducono un femore ed una tibia, in funzione
alla posizione dei perni inseriti nei fori viene prodotto un
movimento trasla-rotatorio
Come si riconosce
La movimentazione è TRASLA-ROTATORIA
Per i primi 20 gradi i condili femorali strisciano verso avanti sui piatti tibiali.
Dai 20 gradi in poi i condilo femorali entrano in conflitto sormontando in maniera sempre più importante il
piatto tibiale fino ad una completa e preoccupante sovrapposizione
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
FGP Physioglide®
PCT – WO 2004/078078 A1
Snodo formato da 4 piastre ognuna delle quali presenta 2 fori.
Le piastre sono suddivise in:
una femorale (superiore)
una tibiale (inferiore)
due centrali.
La movimentazione tra le piastre (unica caratteristica che
distingue l’innovazione dal plagio) è analoga a quella del PCT
WO 92/15264 di TOWNSEND (1992) con l’unica variante dello
spostamento dei perni.
La variazione consiste nel posizionamento dei fori dei perni evitando l’incrocio dell’interasse di collegamento.
Ciò, comunque produce una movimentazione trasla-rotatoria.
Come si riconosce
La movimentazione TRASLA-ROTATORIA è stata messa in evidenza collegando i bracci superiore ed
inferiore a due modelli in plastica che riproducono un femore ed una tibia.
In particolare per i primi 90 gradi i condili femorali strisciano verso avanti abbassandosi in maniera sempre
più importante fino ai 45 gradi, entrando in conflitto con i piatti tibiali.
Dai 90 gradi in poi i condilo femorali si allontanano dai piatti tibiali indietreggiando.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Ginnastica passiva - Effetti dello snodo a centro fisso e posizionamento della gamba
snodo a centro fisso
Il sistema KTJ
snodo a centro di rotazione variabile
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Giancarlo Pellis
L’allontanamento determinato dalla non corrispondenza tra le traiettorie ginocchio / snodo, può determinare
diverse azioni negative in base al modo con il quale la gamba viene posizionata sulla macchina:
1 – con la gamba legata alla slitta si determina un’azione di trazione sui legamenti del ginocchio;
2 – con la gamba appoggiata alla slitta orizzontale si determina un’azione di sfregamento della gamba
sulla slitta;
3 - con la gamba appoggiata alla slitta con movimento a compasso, si determina una condizione di
trazione sui capi articolari allo stesso modo di quello che accade con la gamba legata sulla slitta.
Il peso dei singoli segmenti dell’arto, determina un attrito sui sostegni del braccio mobile proporzionale al
grado di flessione raggiunto che blocca lo scivolamento della gamba sulla slitta creando una condizione di
trazione ed allontanamento tra i capi articolari.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Appendice C
La PROPRIOCETTIVITA'
Propriocettività è un termine introdotto da Sherrington per descrivere gli ingressi sensoriali che originano, nel
corso di movimenti guidati centralmente, da particolari strutture: i propriocettori. La loro funzione principale
è di fornire informazioni di retroazione sui movimenti propri dell'organismo, in altre parole di segnalare,
istante per istante, quali siano i movimenti che l'organismo stesso sta compiendo.
I propriocettori sono terminazioni nervose che inviano informazioni al sistema nervoso; gli stimoli sono
avvertiti da particolari recettori posti nei muscoli, nei tendini e nelle capsule articolari. Queste terminazioni
generano impulsi nervosi che sono trasmessi al midollo spinale e da qui possono rimanere nel midollo
spinale stesso, per la determinazione dei riflessi spinali, oppure raggiungere altre zone del midollo spinale o
del cervello, per la determinazione di funzioni specifiche.
riflessi spinali
funzioni specifiche
I propriocettori hanno una funzione importante nel controllo della contrazione dei muscoli scheletrici e
attraverso quest'ultima è esplicata la maggior parte delle funzioni fisiche del corpo. Tale controllo è realizzato
per mezzo di due tipi di recettori distinti:
i fusi neuromuscolari, distribuiti nel corpo muscolare
gli organi tendinei del Golgi posti nei tendini
I fusi neuro-muscolari
Sovrintendono il riflesso da stiramento: se un muscolo è improvvisamente allungato, la parte mediana del
fuso neuro-muscolare è stirata e ciò provoca l'immediato invio di segnali al midollo spinale. Questi segnali
eccitano le cellule nervose motrici che controllano le fibre muscolari scheletriche immediatamente circostanti
il fuso. Pertanto, l'improvviso stiramento del muscolo determina una contrazione riflessa che si oppone
automaticamente allo stiramento. Questa funzione serve a "smorzare" le variazioni di lunghezza del muscolo,
cioè ad impedire che la lunghezza del muscolo cambi troppo rapidamente.
Gli organi del Golgi
Sovrintendono il riflesso tendineo, o di stiramento inverso, che rileva l'entità della sua tensione ed invia tale
informazione al midollo spinale e da esso al cervello. L'informazione a sua volta è utilizzata nei centri nervosi
per aggiustare con precisione la tensione muscolare in rapporto alle necessità funzionali.
Presiedono poi a tale controllo anche i corpuscoli del Ruffini e quelli del Pacini (recettori cinestesici), situati
nelle capsule articolari, che informano sul grado d'angolazione delle articolazioni e la velocità con la quale
tale grado si modifica.
L'equilibrio
L'equilibrio mantenuto nella postura eretta è un tipico ed importante esempio di come tutti i meccanismi
propriocettivi sono coinvolti. L'equilibrio, infatti, si mantiene con lo spostamento ripetuto di masse (segmenti
corporei) originate da continue azioni involontarie e coordinate di contrazione e rilassamento della
muscolatura, in modo da correggere continuamente la posizione del baricentro, affinché la proiezione di
quest'ultimo non esca dall' "ombra d'appoggio" sul piano.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Per imparare a conoscere come agiscono i meccanismi propriocettivi, è
necessario "ascoltare" quello che è trasmesso, sensorialmente, dal piede,
che è la regione del nostro corpo in grado di fornire il maggior numero
d'informazioni propriocettive, derivanti dai recettori situati nella parte
anteriore del tallone, sotto la testa dei metatarsi, sotto l'alluce e nei
muscoli lombricali del piede.
Il piede è una complessa struttura ad archi in un continuo stato di
"allarme".
Tale stato può essere percepito prestando attenzione a
quello che trasmette il piede in appoggio, quando si
assume la posizione eretta, con un arto sollevato e piegato. In questa posizione si possono
così sentire dei continui cambiamenti di pressione, in diversi punti della pianta,
accompagnati da oscillazioni dell'arto in appoggio e da tutto il resto del corpo. Queste
oscillazioni sono determinate, inconsciamente, dalla contrazione e dal rilassamento
muscolare, che mettono in movimento le masse corporee, affinché la proiezione del
baricentro del corpo ricada sempre nell'ombra d'appoggio della pianta del piede
medesimo.
E' importante ricordare che il controllo propriocettivo è fondamentale, non solo per le
attività nelle quali è richiesto l'equilibrio, come ad esempio per il funambolista o per il
ginnasta che mantiene la propria verticalità stando in appoggio sulle mani a testa in giù,
ma pure per il tiratore scelto ad esempio, che ha come caratteristica fondamentale la capacità di stabilizzare
la sua arma nello spazio. Quest'ultimo riesce a pensare solo alla posizione esatta del bersaglio e, benché
molta parte della muscolatura del suo corpo continui a contrarsi, l'arma rimane praticamente immobile.
Propriocettività: rieducazione, prevenzione, allenamento
Dopo aver considerato quanto sopra, possiamo analizzare i motivi per i quali le esercitazioni propriocettive
possono essere impiegate nei vari campi delle attività motorie ed in particolare: nella rieducazione, nella
prevenzione e nell'allenamento.
Rieducazione post-traumatica
In particolare nel recupero delle lesioni del collo del piede e del ginocchio, il metodo di lavoro propriocettivo
è indispensabile per ripristinare gli analoghi riflessi, al fine di riattivare tutti i canali informativi interrotti
dall'infortunio.
Tutte le esercitazioni per la rieducazione hanno come "base" il piede e devono essere proposte evitando di
indossare le scarpe, ciò affinché le sensazioni propriocettive non siano "distorte" dalla calzatura.
Per intensificare ulteriormente l'effetto allenante è possibile eseguire gli esercizi ad occhi chiusi. Non va
infatti dimenticato che l'equilibrio è controllato anche dagli esterocettori (vista ed apparato vestibolare), che
ricevono le informazioni dal mondo esterno e che assieme alle informazioni propriocettive, danno il quadro
esatto del rapporto esistente tra corpo ed ambiente.
Tale accorgimento è utilizzato per "disturbare" i sistemi d'informazione dell'equilibrio, costringendo così il
soggetto ad essere più sensibile ai canali d'informazione rimasti operanti.
Prevenzione degli infortuni dell'arto inferiore
Gli esercizi propriocettivi devono essere svolti, soprattutto, da tutti quegli atleti che praticano un'attività
sportiva nella quale il salto è una componente primaria (pallavolo, pallacanestro, calcio, pallamano ecc.).
Nella ricaduta, infatti, quando il piede è appoggiato al suolo dopo una fase più o meno lunga di volo, deve
sopportare e contrastare tutte quelle forze che il corpo ha acquistato prima e durante il volo stesso, quindi
mantenendo una perfetta stabilità in tutta la fase d'ammortizzazione.
In genere quando un atleta compie un salto, e non è contrastato in volo da nessuna forza esterna, può
prevedere il punto di caduta avendo una notevole facilità nel controllare, seppur inconsciamente, l'appoggio
del piede al suolo.
Se, invece, durante il salto, l'atleta riceve un urto, può essere costretto a scomporsi in volo modificando la
traiettoria del suo baricentro, cosa che rende incontrollata la ricaduta ed il conseguente appoggio sul
terreno.
Per ridurre i rischi d'incidenti, è importante che ogni arto abbia un'attività posturale stabile anche durante le
fasi d'ammortizzazione senza che si possano creare scompensi e quindi perdita di controllo motorio.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Lo scopo delle esercitazioni preventive deve essere quello di rendere più rapido ed automatico il controllo
della muscolatura in considerazione del fatto che durante il gioco si possono sviluppare azioni imprevedibili e
talvolta violente.
Gli esercizi propriocettivi di prevenzione, basati sulla progressiva capacità di resistere agli squilibri, danno la
possibilità di un appoggio del piede sempre corretto, stimolando la muscolatura in modo da evitare delle
contrazioni isolate, sollecitando gruppi o combinazioni di gruppi muscolari. La ripetizione dell'esercizio fa
acquistare sicurezza, rapidità e precisione al gesto.
Ovviamente, tale forma d'allenamento è particolarmente importante per soggetti predisposti a traumi
distorsivi (collo del piede e ginocchio) e come azione preventiva per quelle fasi di gioco in cui la stanchezza
fisica compare in maniera rilevante.
Allenamento sportivo
Per le discipline nelle quali è indispensabile un gran senso dell'equilibrio o del controllo assoluto del gesto
tecnico (sci, pattinaggio, karatè, judo, ecc.), la sensibilità propriocettiva è una caratteristica essenziale.
"L'equilibrio, in realtà, dipende più dalla capacità individuale di recuperarlo quando lo si è perso, piuttosto
che dall'abilità a non perderlo".
Esso infatti, non è rappresentato da una situazione definita, ma deriva da un continuo adattamento tonicoposturale-coordinativo.
L'allenamento deve essere basato su esercitazioni che inducono la muscolatura a reagire utilizzando il pieno
funzionamento di tutte le aree d'informazione, affinché ci sia una corrispondente ed appropriata risposta
motoria alla nuova situazione posturale.
Nel caso contrario, quando questo controllo è carente, con una risposta tardiva e/o inesatta, si determina un
errore nel gesto da eseguire, che in genere si traduce in una caduta.
Il miglioramento dell'equilibrio passa attraverso l'allenamento finalizzato al mantenimento della posizione
voluta, unito ad un'elevata capacità di correzione degli sbilanciamenti.
Il sistema KTJ
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Il sistema KTJ
Giancarlo Pellis
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Giancarlo Pellis
Appendice D
Tono, Trofismo ed riavvio all’attività motoria
Il trofismo muscolare
è un indice “a vista” della massa muscolare.
Per ipertrofia si intende un marcato volume della massa muscolare che normalmente dipende da una
intensa attività motoria.
Al contrario un muscolo non utilizzato o sottoposto a contrazioni deboli riduce le sue dimensioni
trasformandosi così in un muscolo ipotrofico o atrofico.
La trofia muscolare è, in genere, direttamente proporzionale alla forza muscolare ovvero alla capacità di
vincere volontariamente una resistenza ed è, a sua volta, proporzionale al grado di allenamento.
Il tono muscolare
rappresenta l’attività primitiva e permanente del muscolo. Costituisce lo sfondo di ogni attività (tono residuo
o di riposo) e può essere anche definito come il grado residuo di leggera contrazione del muscolo a riposo.
Il tono è mantenuto ed adattato ai bisogni degli atti motori e comportamentali ed è attivato dalla cellule
nervose che innervano il muscolo, da una scarica asincrona moto neuronale, quale riflesso segmentario
spinale.
Il tono muscolare è di notevole importanza per il normale svolgimento di vitali funzioni fisiologiche quali, ad
esempio, il mantenimento della postura eretta e il ritorno del sangue venoso al cuore.
La valutazione del tono muscolare fa classicamente parte dell'esame neurologico. Esso è definito come la
resistenza percepita dall'esaminatore che mobilita passivamente un segmento di arto del paziente. In caso di
eccessiva resistenza rispetto a una situazione normale, si parla di ipertonia e, nel caso contrario, di ipotonia.
Le ipertonie possono essere classificate in tre grandi categorie: la spasticità, dove la resistenza ai
movimenti passivi aumenta in funzione della velocità di spostamento dell'arto testato; la rigidità, dove lo
stato ipertonico percepito è indipendente da questa velocità e le contrazioni di opposizione, che
corrispondono a una resistenza accresciuta, per un paziente incapace di rilasciare l'arto esaminato su
comando.
Un'iportonia isolata è riscontrabile nell'adulto durante il sonno fisiologico e in presenza di coma. Essa è
presente in caso di patologia cerebellare, se associata ad atassia, con una passività marcata in caso di
interessamento sensoriale o con una iperestensibilità manifesta dell'arto interessato.
Nella persona senza problemi neurologici il tono muscolare si riduce sensibilmente in caso di allungamento
muscolare (stretching) prolungato, tramite manovre sedanti quali, ad esempio, il massaggio, difetto di
attività, rilassamento psicologico (muscolo ipotonico).
Esso invece aumenta per incremento di attività, traumi fisici e/o psichici, stress (muscolo ipertonico).
La differenza tra aumento di tono determinata da “incremento di attività” (allenamento) o da “trauma fisico”,
risiede principalmente nel fatto che nel secondo caso è presente rigidità, gonfiore e dolore, che tendono a
“bloccare” l’articolazione elevando il tono di tutto il manicotto muscolare circostante.
Dolore e rigidità, invece, non appaiono nell’aumento di tono determinato dall’incremento di attività
muscolare; l’eventuale scarsa mobilità articolare che viene ad accompagnare un alto grado di tonicità
accompagnato da una marcata ipotrofia è riconducibile alla mancanza di esercizi di mobilità articolare e di
allungamento muscolare di compensazione (l’esempio classico sono le atlete di ginnastica ritmica).
Sia il tono che la trofia muscolare dipendono dal numero di miofibrille attivate con un singolo impulso
nervoso e dai ponti acto-miosinici che vengono a formarsi in presenza della quantità di substrato energetico
di pronto impiego (ATP).
Per abbassare, momentaneamente, il tono, è opportuno “bruciare” l’ATP disponibile a livello locale e quindi
far mancare il “carburante primario” per il mantenimento del tono stesso.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Ciò è possibile effettuando una contrazione isometrica volontaria al massimo dell’intensità per una decina di
secondi.
La conseguente “stanchezza” determinata dallo svuotamento dei serbatoi energetici facilitano
momentaneamente un abbassamento del tono, che comunque torna a salire non appena viene
rimetabolizzato l’ATP speso nella contrazione precedente.
Tale manovra è, comunque, utile per:
- stabilire se esistono eventuali blocchi meccanici nell’articolazione – in questo caso alla conseguente
richiesta di allungamento successivo, non corrisponde alcun allungamento effettivo;
- iniziare qualsiasi trattamento di mobilità con la disponibilità dell’infortunato ad affrontare angoli di lavoro
più ampi.
Un concetto da sfatare
Il tutore, utilizzato ovviamente con il più ampio grado di libertà, non influenza assolutamente il tono ed il
trofismo muscolare, ma permettendo il movimento, favorisce l’azione motoria flesso-estensiva e quindi la
contrazione muscolare.
Sorge un paragone tra la mobilità permessa dal tutore per il ginocchio (da 0° a 135°) e l’immobilizzazione
imposta dallo scarpone da sci (che a livello agonistico vengono scelti di 1-2 numeri più piccoli rispetto al
piede).
Limitando al minimo il movimento del collo del piede, lo scarpone, peraltro tenuto ai piedi per parecchie ore
al giorno (vedi maestri di sci), non induce assolutamente ipotrofia della muscolatura flesso-estensiva del
piede; il manicotto muscolare della caviglia, infatti lavora ugualmente in maniera prevalentemente isometrica
di stabilizzazione.
Il tutore KTJ permette al ginocchio una completa mobilità flesso-estensoria, anche se il ginocchio stesso è
indebolito da un trauma a meno che non si intervenga volontariamente sulla riduzione del range di
movimento (nota 2).
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Servizio www.sport-sys.it
Programmi motori per il ripristino della trofia muscolare e la ripresa dell’attività deambulatoria
e l’allenamento alla corsa
1 - I concetti generali
Il movimento, anche nelle sue forme più semplici (a corpo libero o con piccoli attrezzi, camminata e
corsa), attiva una serie di risposte fisiologiche che se organizzate in maniera programmata portano
indubbiamente ad un rafforzamento di tutti gli apparati che vengono coinvolti.
L’ organizzazione del lavoro motorio, quindi, deve essere impostata sfruttando quella catena di risposte
fisiologiche, definita da Selye come Sindrome Generale di Adattamento, secondo la quale tutte le
strutture organiche coinvolte nel movimento rispondono allo stimolo meccanico dal quale vengono
sollecitate, adattandosi e rinforzandosi.
La programmazione dell’attività motoria, quindi, deve prevedere una consequenzialità tra le sedute di
lavoro con una diluita e moderata alternanza di stimoli, che potenziano l’organismo con effetto di
sommazione, senza creare condizioni nocive di affaticamento.
Nel campo riabilitativo il processo di rieducazione di un gruppo muscolare o di un importante apparato
organico, come ad esempio quello cardio-circolatorio o respiratorio, può essere inteso come il riadattamento
dello stesso ad un lavoro precedentemente svolto.
Lo stesso concetto è valido qualora il riadattamento organico o muscolare venga richiesto per interrompere
quel processo di lenta degenerazione determinato dalla mancanza prolungata di attività fisica.
Ambedue i casi, anche se differiscono nel contenuto del lavoro da svolgere, ma convergono sul concetto che
i carichi di lavoro devono essere programmati con una precisa alternanza affinché tale pianificazione produca
e sia recepita con il massimo effetto di adattamento dal nostro sistema organico.
Per rispettare tale principio fisiologico,il carico di lavoro deve venir distribuito rispettando la ciclicità, tra le
singole sedute, come l’esempio riportato nello schema sottostante.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
2 - Programmi "dopo la fisioterapia ... prima della palestra"
I programmi "dopo la fisioterapia ... prima della palestra" si basano sul concetto che il movimento è l’attività
più naturale per riacquistare la funzionalità compromessa a seguito di un periodo di sedentarietà o
immobilità causata da malattia o trauma.
I programmi sono stati strutturati per poter offrire un servizio a coloro che hanno subito un trauma
importante alle strutture articolari del ginocchio ed in particolare a:
Legamento crociato anteriore LCA,
Legamento crociato posteriore LCP,
Legamento collaterale mediale LCM,
Legamento collaterale laterale LCL,
Menisco interno
Menisco esterno,
Condropatia interna,
Condropatia esterna,
LCA + LCL
LCA + LCM
LCP + LCL
LCP + LCM
LCA + LCL + Menisco Interno
LCA + LCM + Menisco Interno
LCP + LCL + Menisco Interno
LCP + LCM + Menisco Interno
LCA + LCL + Menisco Esterno
LCA + LCM + Menisco Esterno
LCP + LCL + Menisco Esterno
LCP + LCM + Menisco Esterno
Quest’ultima, se l’articolazione è libera meccanicamente (nota 1), è determinata prevalentemente, da un alto
tono muscolare "di difesa" che volutamente blocca l’articolazione in modo da evitare movimenti troppo ampi
che possano comportare un importante interessamento delle strutture articolari ancora in via di guarigione.
In questa fase grande importanza riveste la specificità delle esercitazioni e la gradualità dei carichi di lavoro
che vengono proposti per un completo riprestino delle capacità motorie indebolite con l’infortunio e finite le
cure medico-ospedaliere, hanno riacquistato la mobilità per la ripresa lavorativa, ma non sono ancora in
grado di riprendere l’attività sportiva in quanto persiste una forma accentuata di ipotrofia muscolare, residui
di gonfiore, dolore o mobilità articolare ridotta.
Affinché ciò possa avvenire, è molto importante seguire scrupolosamente la programmazione impostata
anche quando ci si sente bene e si è convinti di poter "fare di più".
Per poter offrire un programma che possa essere più idoneo alle reali condizioni fisiche, in base ai tempi di
adattamento (in questo caso di "riadattamento"), sono state individuate le fasi differenziate in base alla
conclusione delle cure fisioterapiche:
Ia fase - dalla conclusione della fisioterapia a 2a-3a settimane
IIa fase - dalla 3a settimana alle 5-6a
IIIa fase - dalle 5-6a settimane alla 9a
IVa fase - dalla 9a alla 12a settimana
Va fase - dalla 12a alla 15a settimana
La Va fase equivale ad un impegno generale quantificabile in 20-25 ml/kg/min di VO2 (massima potenza
aerobica) che equivale a circa un risultato di 500-550 m nel test di Cooper svolto in 6 minuti (nota 2).
Terminata la Va fase dei programmi "dopo la fisioterapia ... prima della palestra", è possibile continuare
l’allenamento utilizzando i
PROGRAMMI RI-AVVIO (Cooper 500-550 metri)
Nota 1: Come riconoscere un blocco articolare.
Nota 2: Il Test di Cooper si esegue cercando di percorrere più strada possibile (camminando o correndo) in 6
minuti. Il risultato finale deve essere espresso in metri.
Tipologia degli esercizi proposti
corpo libero
Il sistema KTJ
propriocettività
sovraccarico
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Giancarlo Pellis
3 – I programmi di ri-avvio
Successivamente alla ripresa del trofismo nel processo di riavvio, riveste grande importanza l’attività motoria,
inizialmente la deambulazione fino alla corsa.
Tali attività “primarie” sono comunque fondamentali per il mantenimento di una corretta funzionalità
organica e metabolica e sono anche vivamente consigliate (in particolare la camminata) a soggetti in
soprappeso, diabetici o a rischio di cardiovascolare, ai quali, prima di richiedere ed iniziare un qualsiasi
programma di riavvio, si consiglia di consultare il “QUESTIONARIO DI SCREENING PREPARTECIPAZIONE A
PROGRAMMI DI ESERCIZIO FISICO” (www.sport-sys.it)
La problematica sopra esposta, determina la necessità di una precisa
personalizzazione del programma da svolgere che deve essere impostato
sia sulle “necessità del singolo” e sulle sue “reali potenzialità organiche”.
In questo caso per “necessità del singolo” viene intesa una distribuzione
ciclica del carico di lavoro diluita in funzione del personale IMC (Indice di
Massa Corporea - peso e statura). Vengono così stabilite il numero di
sedute che compongono il programma stesso (da 12 a 36), affinché il grado
di incremento del carico proposto tra le varie sedute di allenamento, sia più
proporzionale possibile alle reali capacità e condizione dell’utilizzatore.
Le “reali potenzialità organiche”, invece, vengono stabilite dal risultato del test di Cooper svolto in 6 minuti,
ovvero la massima distanza, in metri, percorsa in 6 minuti, ad un’andatura proporzionale alle proprie
capacità (anche camminando molto lentamente).
Il valore minimo da percorrere è di 300 metri.
Dal test, quale indice di “reali potenzialità organiche” viene ricavata la tipologia del programma.
Totale tempo: 0:21:55 - Totale metri: 2900 - Totale Kg: 0 - kCal: 128,75 - g: 14,31 - Vo2: 22,31
Aiuto di KTJ
Lo scarico del ginocchio che deve recuperare è importante sia nelle fasi deambulatorie ma soprattutto nelle
fasi iniziali della corsa per salvaguardare tutta l’articolazione dai continui impatti dall’appoggio al suolo
Il sistema KTJ
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Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Appendice E
I tutori KTJ
Aperta - nel recupero funzionale
INDICAZIONI - Nella seconda fase del recupero funzionale a seguito di traumi legamentosi (LCA, LCP,
LCM, LCL), traumi capsulari e meniscali..
CARATTERISTICHE
-
Azione batteriostatica
Ipoallergenico e antiodore
Respira con la pelle
Assorbe il sudore
Asciuga velocemente
Resiste allo sporco e ai lavaggi
Non appiccica
Azione antistatica
Snodo in acciaio regolabile (2)
TAGLIE
XS 33-38 cm
S 39-44 cm
M 45-51 cm
L 52-56 cm
XL 57-62 cm
la misura della circonferenza della coscia va effettuata a 15cm. dal bordo superiore della rotula
Come indossare la ginocchiere Aperta
1 - Aprire la ginocchiera ed appoggiarla sulla parte
posteriore dell’arto inferiore facendo sì che lo snodo vada
a ricadere all'altezza del ginocchio;
2 - Avere cura di far sì che l’asse di simmetria del braccio
superiore dello snodo sia parallelo all’asse longitudinale
della coscia ma leggermente retrocesso all’asse
stesso;
inferiore dello snodo sia parallelo all’asse longitudinale
della gamba ma leggermente retrocesso all’asse
stesso.
4 - Fissare le cinghie, senza stringere, partendo da quella situata sotto il ginocchio ed eseguire alcuni passi
per l'autocentraggio dello snodo.
5 - Stringere tutte le cinghie a partire da quella situata sotto il ginocchio.
Attenzione Se, una volta indossata la ginocchiera KTJ, durante la camminata o la corsa,
avete la sensazione che la ginocchiera stia scendendo, non avete regolato bene la
posizione del tutore ed il suo centro iniziale di rotazione non corrisponde a quello del
ginocchio.
Agire come segue: - allentate e staccare le 4 cinghie dalla calza;
- staccare lo snodo dalla calza e posizionarlo leggermente verso la
parte posteriore della calza;
- rimettere le cinghie nella loro posizione;
- ripetere l’operazione fino a quando non sentite la ginocchiera stabile.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Atleta - Polifunzionale - per la ripresa dello sport
INDICAZIONI A seguito di un intervento chirurgico a fratture articolari, capsulari, meniscali e legamentose.
CARATTERISTICHE
-
Assorbe il sudore
Asciuga velocemente
Non appiccica
Azione antistatica
TAGLIA UNICA
Da 40 a 54 cm.
Come indossare la ginocchiere Atleta
posteriore dell’arto inferiore facendo sì che lo snodo vada
stesso;
inferiore dello snodo sia parallelo all’asse longitudinale
della gamba ma leggermente retrocesso all’asse
stesso.
4 - Fissare le cinghie, senza stringere, partendo da quella situata sotto il
ginocchio ed eseguire alcuni passi per l'autocentraggio dello snodo al ginocchio.
N.B. Ogni cinghia va agganciata come riportato nello
schema sottostante. Nell’eventualità ci sia la necessità di
ridurre leggermente la circonferenza della cinghia stessa
(per un totale di 1-2 cm di circonferenza, è possibile
infilare la cinghia nell'anello prossimale.
Attenzione - Se, una volta indossata la ginocchiera KTJ, durante la camminata o la corsa, avete la
sensazione che la ginocchiera stia scendendo, non avete regolato bene la posizione del
tutore ed il suo centro iniziale di rotazione non corrisponde a quello del ginocchio.
Agire come segue:- allentate leggermente le 4 cinghie anteriori;
- tirate leggermente le cinghie posteriori in modo da portare all’indietro lo snodo che
deve posizionarsi in corrispondenza del centro iniziale di rotazione del ginocchio;
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Atleta corta SL Per la protezione nell’attività sportiva in particolare nello sci
INDICAZIONI Per il supporto del ginocchio nell’attività sportiva a seguito di: - traumi legamentosi (LCA,
LCP, LCM, LCL) - traumi capsulari, - traumi meniscali – condropatia - artrosi
.CARATTERISTICHE
-
Assorbe il sudore
Asciuga velocemente
Non appiccica
Azione antistatica
Snodo in alluminio
TAGLIE
Xs 32-45 cm
M 40 - 54 cm
XL.50 – 65 cm
Come indossare la ginocchiere Atleta
posteriore dell’arto inferiore facendo sì che lo snodo vada a
ricadere all'altezza del ginocchio;
stesso;
inferiore dello snodo sia parallelo all’asse longitudinale della
gamba ma leggermente retrocesso all’asse stesso.
4 - Fissare le cinghie, senza stringere, partendo da quella
situata sotto il ginocchio ed eseguire alcuni passi per l'autocentraggio dello snodo al ginocchio.
N.B. Ogni cinghia va agganciata come riportato nello schema
sottostante. Nell’eventualità ci sia la necessità di ridurre
leggermente la circonferenza della cinghia stessa (per un totale
di 1-2 cm di circonferenza, è possibile infilare la cinghia
nell'anello prossimale.
Attenzione - Se, una volta indossata la ginocchiera KTJ, durante la camminata o la
corsa, avete la sensazione che la ginocchiera stia scendendo, non avete regolato bene
la posizione del tutore ed il suo centro iniziale di rotazione non corrisponde a quello
del ginocchio.
Il sistema KTJ
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Giancarlo Pellis
Base - per il sostentamento della rotula
INDICAZIONI - Nella seconda fase del recupero funzionale a seguito di traumi legamentosi (LCA, LCP,
LCM, LCL), traumi capsulari e meniscali, instabilità rotulea...
CARATTERISTICHE
-
Assorbe il sudore
Asciuga velocemente
Non appiccica
Azione antistatica
TAGLIE
XS 33-38 cm
S 39-44 cm
M 45-51 cm
L 52-56 cm
XL 57-62 cm
Come indossare la ginocchiere Base
posteriore dell’arto inferiore facendo sì che lo snodo
vada a ricadere all'altezza del ginocchio;
2 - Avere cura di far sì che l’asse di simmetria del
braccio superiore dello snodo sia parallelo all’asse
longitudinale
della
coscia
ma
leggermente
retrocesso all’asse stesso;
3 - Avere cura di far sì che l’asse di simmetria del
braccio inferiore dello snodo sia parallelo all’asse
longitudinale della
gamba ma leggermente
retrocesso all’asse stesso.
per l'autocentraggio dello snodo.
Attenzione Se, una volta indossata la ginocchiera KTJ, durante la camminata o la corsa, avete la
sensazione che la ginocchiera stia scendendo, non avete regolato bene la posizione del tutore ed il suo
centro iniziale di rotazione non corrisponde a quello del ginocchio.
Agire come segue: - allentate e staccare le 4 cinghie dalla calza;
- staccare lo snodo dalla calza e posizionarlo leggermente verso la
parte posteriore della calza;
- rimettere le cinghie nella loro posizione;
- ripetere l’operazione fino a quando non sentite la ginocchiera
stabile.
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Post-operatoria - dopo l'intervento chirurgico
INDICAZIONI - A seguito di un intervento chirurgico a fratture articolari, capsulari, meniscali e
legamentose.
CARATTERISTICHE
-
Assorbe il sudore
Asciuga velocemente
Non appiccica
Azione antistatica
TAGLIE
Corta cm. 45
lunghezza coscia da
... a ...
Lunga cm. 60
coscia da a
Come indossare la ginocchiere Post-Operatoria
1 - Aprire la ginocchiera ed appoggiarla sulla parte posteriore dell’arto inferiore facendo sì che lo snodo vada
2 - Avere cura di far sì che l’asse di simmetria del braccio superiore dello snodo sia parallelo all’asse
longitudinale della coscia ma leggermente retrocesso all’asse stesso;
3 - Avere cura di far sì che l’asse di simmetria del braccio inferiore dello snodo sia parallelo all’asse
longitudinale della gamba ma leggermente retrocesso all’asse stesso.
Il sistema KTJ
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PRO
Per la protezione nell’attività sportiva in particolare nello sci
INDICAZIONI Per il supporto del ginocchio nell’attività sportiva a seguito di: - traumi legamentosi (LCA,
LCP, LCM, LCL) - traumi capsulari, - traumi meniscali – condropatia - artrosi
.CARATTERISTICHE
-
Assorbe il sudore
Asciuga velocemente
Non appiccica
Azione antistatica
Snodo in alluminio
TAGLIA UNICA
Da 36 a 70 cm
Massima libertà
cavo popliteo
Consigliato per sport estremi
la misura della circonferenza della coscia va effettuata a 15cm. dal bordo superiore della rotula.
Come indossare la ginocchiere PRO
Dopo aver estratto il tutore dalla confezione aprendola è possibile distinguere tutte le cinghie
1 - Aprire la ginocchiera ed appoggiarla sulla parte posteriore dell’arto inferiore facendo sì che lo snodo vada
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Giancarlo Pellis
2 - Avere cura di far sì che l’asse di simmetria del braccio superiore dello snodo sia parallelo all’asse
longitudinale della coscia ma leggermente retrocesso all’asse stesso;
3 - Avere cura di far sì che l’asse di simmetria del braccio inferiore dello snodo sia parallelo all’asse
longitudinale della gamba ma leggermente retrocesso all’asse stesso.
per l'autocentraggio dello snodo al ginocchio.
N.B. Ogni cinghia va agganciata come riportato nello schema sottostante.
Nell’eventualità ci sia la necessità di ridurre leggermente la circonferenza della cinghia si deve agire come
sopra riportato.
Attenzione - Se, una volta indossata la ginocchiera PRO, durante la camminata o la
corsa, avete la sensazione che la ginocchiera stia scendendo, non avete regolato bene
la posizione del tutore ed il suo centro iniziale di rotazione non corrisponde a quello
del ginocchio.
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Il sistema KTJ
Giancarlo Pellis
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Giancarlo Pellis
Curriculum autore
Giancarlo PELLIS
nato a Gorizia il 16.09.53
insegnante di ruolo di Educazione Fisica presso il Liceo Ginnasio Dante Alighieri di Trieste
Titoli di Studio:
diploma di perito meccanico 1973,
diplomato con lode all'Istituto Superiore di Educazione Fisica (ISEF) di Roma nel 1976
Specializzazioni e Collaborazioni:
- docente di Teoria e Metodologia dell'Allenamento presso la
Scuola dello Sport del C.O.N.I.- Roma
- docente di Teoria e Metodologia dell'Allenamento per la F.I.P.
- collaboratore della rivista specializzata Nuova Atletica di Udine
- preparatore atletico e consulente sportivo presso :
1980 pallavolo - CUS Trieste - A2,.
1982-84 BIC Pallacanestro Trieste
1984-87 STEFANEL Pallacanestro Trieste
1984, pallamano - PRINCIPE Trieste - A1
1994-96 ILLY Caffè, - Pallacanestro Trieste - A1,
- dal 1990 collabora con il Centro Regionale di Medicina dello Sport del Friuli Venezia Giulia
- dal 1995 collabora con la GLOBO Associazione di Divulgazione Scientifica dell'AREA di RICERCA di
Trieste
- nel 1996 ha collaborato con il Milan Calcio fornendo il primo sistema computerizzato TOP 3
- dal 1996 consulente per la preparazione atletica piloti
P.A.N. Frecce Tricolori
- dal 1996 docente
Specializzazione
all'ISEF
di
Roma
nei
corsi
di
- dal 1997 docente ai corsi di riqualificazione per diplomati
ISEF organizzati dalla Regione Veneto in collaborazione con
la C.E.
- dal 1997 collabora con il prof. P.E. di Prampero, direttore
del Dipartimento di Scienze e tecnologie Biomediche
dell'Università degli Studi di Udine con il quale è stato svolto un lavoro per l'Enciclopedia Italiana
fondata da Giovanni Treccani.
- dal 1999 docente di Teoria e Metodologia dell’Allenamento presso la scuola di specializzazione in
Medicina dello Sport dell’Università agli Studi di Udine, Direttore prof. P.E. di Prampero.
- nel 1999 ha collaborato con la squadra Karbyk Official Team di Udine per la preparazione atletica dei
piloti per la partecipazione ai Campionati Mondiali svolti in
Svizzera,
in collaborazione con il Dipartimento di Scienze e tecnologie
Biomediche dell'Università degli Studi di Udine.
- dal 1999 ha instaurato una collaborazione con l’I.T.I. “A.
Malignani” per la robotizzazione di una nuova
strumentazione per la valutazione del percorso articolare del
ginocchio nella flesso-estensione
- dal 2000 collabora con
www.benessere .com per la
pubblicazione di articoli inerenti la salute e lo sport
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Giancarlo Pellis
- nel 2000 ha collaborato all’organizzazione per il lancio ad alta quota da 14.000 m senza ossigeno del
paracadutista Sandro Biffi, organizzando la preparazione atletica
- dal 2006 è responsabile del sito internet www.sport-sys.it
- dal 2008 è responsabile R&D della KTJ sistemi srl
Ricerche svolte:
- nel 1983 ha svolto lavori di ricerca in collaborazione con l'equipe del prof. A. Scano direttore del
Laboratorio di Fisiologia dello Sport Applicata all'Educazione Fisica dell'I.S.E.F. di Roma.
- nel 1983-84 ha svolto una ricerca (su più di 10000 soggetti) in collaborazione con: Università degli
Studi di Trieste, Ente Provinciale di Trieste, Provveditorato agli Studi di Trieste, CONI Provinciale
di Trieste, CUS Trieste
il lavoro ha ottenuto autorevoli consensi in Italia ed all'estero.
- nel 1986 ha determinato il concetto della Forza Massima Teorica - FMAXT® che è il primo sistema
per la valutazione della forza muscolare effettuato collegando un attrezzo sportivo per
l’allenamento muscolare (bilanciere o macchina pesi) ad un computer
- nel 1995 ha dimostrato che la forza massimale FMAXT® esprimibile da un gruppo muscolare
corrisponde sia se ottenuta sfruttando la sola parte contrattile muscolare (nel gesto da fermo),
sia se ottenuta dalla parte contrattile coadiuvata da quella elastica (nel gesto con
contromovimento).
Proprietà intellettuale:
Dal 1982 si occupa di informatica applicata allo sport ha realizzato assieme a Giampaolo Olivo e Mario
Tavagnutti il primo sistema hardware di collegamento tra strumenti di valutazione montati su
attrezzi sportivi e computer e le procedure
TOP - Training & Testing OnLine Performance:
(TOP – Tavagnutti Olivo Pellis)
-TOP1 "Programma per il condizionamento muscolare e la preparazione atletico-sportiva"
-TOP 2.GYM "Programma per il condizionamento neuro-muscolare nell'allenamento sportivo.
-TOP 2.ALL "Programma per l'elaborazione dell'allenamento sportivo con studio grafico della
distribuzione quantità ed intensità nella periodizzazione annuale"
-TOP2.RBT "Programma per il lavoro isotonico e propriocettivo nella rieducazione post-traumatica".
-TOP3.VPC "Sistema hardware e software per la valutazione, la programmazione ed il controllo del
lavoro neuro-muscolare".
-TOP3.ANG "Sistema hardware e software per il controllo sensitivo tramite feedback multimediale nel
movimento angolare"
-TOP4 "Programma di archiviazione ed ordinamento dati inerenti la valutazione motoria"
-TOP5 "Sistema hardware e software per la rilevazione e l'elaborazione dati inerenti la valutazione
nello sport".
-DIETA.TOP "Programma per la costruzione del piano alimentare settimanale"
-CARPET.TOP "Procedura per l'allenamento ciclico e progressivo al tappeto rotolatore, indirizzata alla
rieducazione muscolare, al fitness ed al training di alto livello"
-SPEED.TOP "Sistema hardware e software per il controllo dell'allenamento basato su feedback per lo
stimolo della motivazione"
Brevetti
- Sondo a raggio di rotazione variabile per leg extension, leg curl e tutori a salvaguardia dei legamenti
del ginocchio
- Dispositivo a raggio di rotazione variabile per leg extension, leg curl e tutori del ginocchio
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Giancarlo Pellis
- Device with a variable rotation radius which can be installed on machines for passive gymnastics,
knee tutors and weight-lifting machines, such as leg extension and/or leg curl devices in order
to safeguard the knee ligaments (depositato in: U.S.A., Giappone, Canada, Australia, Francia,
Germania, U.K., Spagna)
- Dispositivo per il ginocchio che consente la rotazione automatica della tibia (TS2008A000001)
- Dispositivo per il ginocchio a supporto dei carichi verticali (GO2008A000002)
- Knee ergonomic device for resolving the vertical loads (dispositivo ergonomico per il ginocchio a
scomposizione dei carichi verticali) (PCT/IT2009/000026)
Riconoscimenti
- Pellis G., Olivo G.: Indirizzo all'attività sportiva, Trieste, Grafad, 1985, Primo Premio Internazionele di
EDUCAZIONE FISICA e SPORT, "JOSE MARIA CAGIGAL" - BILBAO, SPAGNA
- 1° PREMIO GENIA PATENT WORLD ‘97, quale migliore
industriale, Milano, Fiera Triennale 30, 31.5 1.6. 1997.
innovazione
commerciale ed
- MEDAGLIA D’ORO, 28° Salone Internazionale dell’Invenzione, Ginevra – 12 aprile 2000
- PRIX DU SALON NATIONAL ITALIEN DE L’INVENTION, 28° Salone Internazionale
dell’Invenzione, Ginevra – 12 aprile 2000
- PRIX IFIA, FEDERATION INTERNAZIONALE DES ASSOCIATIONS D’INVENTEURS, 28°
Salone Internazionale dell’Invenzione ,Ginevra – 12 aprile 2000
- AT AWARDS 2004, 12 novembre 2004, Dùsseldorf, Germany,
- Winner of the poster presentation award, Pellis G, Di Cosmo F: “Classification of knee rehabilitation
exercises based on the rotatorytraslational and translational-rotatory theory”
Lavori Pubblicati:
Giujusa T., Olivo G., Pellis G.: Valore della prova da sforzo al cicloergometro nella valutazione
funzionale dell'atleta, Alcmeone, Roma, n.4, anno III,1980.
Giordano S., Pellis G.: Considerazioni sullo sviluppo di alcune qualità motorie ed articolari in alunni di
una scuola media superiore e risultati ottenuti mediante l'applicazione di un gruppo di prove,
Alcmeone, Roma, n.1, anno IV, 1980.
Pellis G.: Andamento di una prova di valutazione funzionale, Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.53,
1982.
Pellis G.: Variazioni degli indici scheletrico-muscolare dell'avambraccio in relazione con il riferimento
sportivo, Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.58, 1982.
Pellis G.: Determinazione della massima potenza anaerobica alattacida, Nuova Atletica dal Friuli,
Udine, n.58, 1982.
Pellis G., Olivo G.: Applicazione di una batteria di test quale selezione per l'indirizzo a discipline
sportive con prevalente impegno anaerobico alattacido, Alcmeone, Roma, n.2, 1983.
Pellis G., Olivo G.: Valutazione funzionale all'Ergometric Jump Program, Nuova Atletica dal Friuli,
Udine, n.59, 1983.
Pellis G.: Alcune considerazioni sul Riscaldamento, Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.60, 1983.
Pellis G., Olivo G.: Correlazione tra precisione del gesto ed allenamento con il sovraccarico nel basket,
Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.61-62, 1983.
Giordano S., Cama G., Pellis G.: Metodo cronometrico ed accelerografico per lo studio cinetico del
balzo verticale, Alcmeone, Roma, n.4. 1983.
Pellis G., Olivo G.: Controllo ed elaborazione statistica di un piano di allenamento annuale, Nuova
Atletica, Udine, n.63, 1983.
Pellis G., Olivo G.: Metodi di indagine per popolazioni scolastiche atti ad evidenziare quelle
caratteristiche bio-fisiologiche che regolano la prestazione, Atti del convegno -Sport e Scuola-,
Trieste, 15.XII.1984.
Pellis G., Olivo G.: Indirizzo all'attività sportiva, Trieste, Grafad, 1985.
Pellis G., Olivo G.: Sport e Scuola, Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.87, 1986.
Pellis G.: Allenamento a somma, Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.87, 1987.
Pellis G.: La forza massima teorica - metodo, Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.84, 1987.
Il sistema KTJ
111
Giancarlo Pellis
Pellis G.: La valutazione della forza massima concentrica, atti del Convegno Nazionale Medicina e
Pallacanestro, FIP - CONI, Grado 12,13,14 sett. 1987.
Pellarini F., Pellis G.: La battuta in salto, Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.88, 1988.
Pellis G.: Allenamento per la forza, Nuova Atletica dal Friuli, Udine, Associazione Sport e Cultura, 1988.
Pellis G.: Olivo G.: Test: semplicità e validità, Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.90, 1988.
Pellis G.: Olivo G.: Una proposta per un programma computerizzato di allenamento con sovraccarico,
Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.101, 1990.
Pellis G.: Sistemi razionali ed automatizzati, La tecnica del nuoto, Verona, n.3, 1990.
Pellis G.: Training OnLine Performance, Federclubs, n.3, 1993.
Pellis G.: Determinazione della forza massima teorica per applicazioni nello sport e nella rieducazione
muscolare, Motricità e ricerca, n.2, 1993.
Pellis G.: T.O.P. Procedura per l'allenamento neuro-muscolare con la periodizzazione computerizzata,
Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.121-122, 1993.
Pellis G.: La valutazione della forza massima teorica con il sistema computerizzato TOP 3, Nuova
Atletica dal Friuli, Udine, n.124, 1994.
Pellis G., Olivo G.: Indirizzo all'attività sportiva - Ipotesi e verifica fisico-attitudinale per l'indirizzo a
discipline sportive con prevalente impegno anaerobico alattacido, ,II edizione, Ia
parte,Federclubs, n.1/2/3, 1994.
Pellis G., Olivo G., Zei P.: TOP 5 - Nuove tecnologie per la ricerca sportiva - I parte. Nuova Atletica,
Udine, n.125, 1994.
Pellis G.: Olivo G.: TOP 5 - Nuove tecnologie per la ricerca sportiva - II parte, Nuova Atletica dal
Friuli, Udine, n.129, 1994.
Pellis G.: Uno sprint davanti al computer, Gazzetta dello sportivo - supplemento Gazzetta dello sport,
anno 1, n. 38, 1995.
Pellis G. Bisciotti G, Tavagnutti M.: La forza massima teorica - sistema integrato. I p. Nuova Atletica,
Udine, n. 137, 1996.
Pellis G. Bisciotti G, Tavagnutti M.: La forza massima teorica - sistema integrato. II p. Nuova Atletica ,
Udine, n. 138, 1996
Bisciotti G., Pellis G., Tavagnutti M.: -TOP3.VPC "Sistema hardware e software per la valutazione, la
programmazione ed il controllo del lavoro neuro-muscolare" Giganti del Basket, SEB Bologna,
n.7, 1996
Pellis G.: Il lavoro è tutta questione di piani, Giganti del Basket, SEB Bologna, n.8, 1996
Pellis G.: La professionalità nell'allenamento con il software TOP2_GYM, Nuovo Club, Ed. Il Campo,
anno VII, n. 33/4, 1996.
Pellis G. Bisciotti G, Tavagnutti M.: La forza massima teorica - sistema integrato. III p. Nuova Atletica
, Udine, n. 142, 1997.
Pellis G.: Computer e periodizzazione nello sport, Professione Fitness, Alea Ed., Milano, anno 4, n.1,
1997
Pellis G.: Forza massima teorica, I parte, Professione Fitness, Alea Ed., Milano, anno 4, n.2, 1997
Pellis G. Bisciotti G, Tavagnutti M.: La forza massima teorica - sistema integrato, IV parte Nuova
Atletica , Udine, n. 143, 1997
Pellis G.: La forza massima teorica - Maximal theoretical strength, Calzetti e Mariucci, Perugia, 1997,
(con accluso video didattico).
Pellis G.: Storie di sport tra software ed hardware, I parte, Alto Impatto, ed. Duo Print, Milano, n.3,
1997.
Pellis G.: Storie di sport tra software ed hardware, II parte, Alto Impatto, ed. Duo Print, Milano, n.4,
1997.
Pellis G.: Force maximale theorique, atti del convegno "Pour une preparation physique scientifique",
Universite de Borgogne, Dijon, 08.12.96.
Pellis G.: TOP3 - Systemes hardware et software pour l'evaluation des caracteristiques mecaniques
musculaires et d'elaboration de planning de travail pour la reeducation post-traumatique et pour
l'entrainement sportif,
atti del convegno "Pour une preparation physique scientifique",
Universite de Borgogne, Dijon, 08.12.96.
Pellis G.: Nuove metodologie di allenamento, Il Tennis del Friuli Venezia Giulia, ed. Chiandetti, n.3,
1997.
Pellis G.: Forza massima teorica, II parte, Professione Fitness, Alea Ed., Milano, anno 4 , n.3, 1997
Pellis G.: Forza massima teorica, III parte, Professione Fitness, Alea Ed., Milano, anno 4, n.4, 1997
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Pellis
Pellis
G.: Forza massima teorica, IV parte, Professione Fitness, Alea Ed., Milano, anno 4, n.5, 1997
G.: Forza massima teorica, V parte, Professione Fitness, Alea Ed., Milano, anno 4, n.6, 1997
G.: Forza massima teorica, VI parte, Professione Fitness, Alea Ed., Milano, anno 4, n.7, 1997
G.: Forza massima teorica, VII parte, Professione Fitness, Alea Ed., Milano, anno 4, n.8, 1997
G.: Storie di sport tra software ed hardware, III parte, Alto Impatto, ed. Duo Print, Milano, n.5,
1997.
Pellis G.: Storie di sport tra software ed hardware, IV parte, Alto Impatto, ed. Duo Print, Milano, n.6,
1997.
Pellis G.: Nuove metodologie di allenamento, Il Tennis del Friuli Venezia Giulia, Ed. Chiandetti, n.3,
1997.
Pellis G., Stupar G., Primossi G., Gombacci A.: Maximal Theoretical Strength: methodology and
applications, atti del XVI International Symposium on Biomechanics in Sport, Kostanz 2223.07.98
Bisciotti G.N., Necchi P., Pellis G.: La salita che non c'è, Il Nuovo Calcio, Editoriale Sport Italia, Milano,
n.76, 1998
Pellis G., Tavagnutti M.: Allenamento: Valutazione, Programmazione, Controllo. Concetti scientifici Soluzioni informatiche, Ed. DiGiPress Gorizia, 1998.
Pellis G.: Considerazioni sul sistema Ergo Jump quale metodo di indagine scientifico-sportiva, Nuova
Atletica dal Friuli, Udine, n. 150, 1998.
Bisciotti G.N., Necchi P., Pellis G., Greco S.: La pendenza virtuale, Nuova Atletica dal Friuli, Udine, n.
151-152, 1998.
Pellis G.: Il test forza massima teorica e la valutazione dell’elasticità muscolare, Nuova Atletica dal
Friuli, Udine, n. 153, 1998.
Pellis G., Tavagnutti M.: Training: Evaluation - Programming - Control. Scientific concepts, Informatic
Applications, Ed. DiGiPress Gorizia, 1998.
Bisciotti G.N., Belli A., Lacour J.R., Pellis G.C.: A simple method for evaluating maximal force in bench
press, International Conference on weight-lifting and Strength training, 10-12.11.1998, Lathi,
Finland.
Zamparo P., Pellis G.:il canottaggio, vol. II l’universo del corpo, Istituto della Enciclopedia Italiana
fondata da Giovanni Treccani, 1999.
Pellis G., Di Cosmo F.: Studio sperimantale per determinare le tensioni che lo snodo KTJ, produce sui
legamenti crociati nel movimento di flesso-estensione del ginocchio, 16° Congresso Nazionale, Società
Italiana di Artroscopia, Genova 28 – 1°maggio 2003
Pellis G., Di Cosmo F.: Influenza di diversi tipi di snodo per tutori del ginocchio sui rapporti dinamici fra
femore e tibia, 16° Congresso Nazionale, Società Italiana di Artroscopia, Genova 28 – 1°maggio 2003
Pellis G.: Biomeccanica del ginocchio, Ia parte, Ortopedici e sanitari, Ed. Tecniche Nuove, Milano, n.8, anno
XLI, novembre 2004
Pellis G., Di Cosmo F.: Biomeccanica del ginocchio, IIa parte, Ortopedici e sanitari, Ed. Tecniche Nuove,
Milano, n.1, anno XLII, febbraio 2005
Pellis G., Di Cosmo F.: Biomeccanica del ginocchio, IIIa parte, Ortopedici e sanitari, Ed. Tecniche Nuove,
Milano, n.2, anno XLII, marzo 2005
Pellis G, Di Cosmo F.: Dispositivo per il ginocchio che propone la rotazione automatica della tibia, Calzetti
Editore, Perugia, atti del XVIII edizione del Convegno di Traumatologia e Riabilitazione Sportiva,
Bologna, 2008
Pellis G, Di Cosmo F.: “Classification of knee rehabilitation exercises based on the rotatorytraslational and
translational-rotatory theory”, Calzetti Editore, Perugia, atti del XVIII edizione del Convegno di
Traumatologia e Riabilitazione Sportiva, Bologna, 2008
Pellis G., Di Cosmo F.: Il moto ROTO-TRASLATORIO: Studio sperimentale, analisi matematica, dispositivo
ortopedico, Calzetti Editore, Perugia, atti del XVIII edizione del Convegno di Traumatologia e
Riabilitazione Sportiva, Bologna, 2009
Pellis G. : Variable center of rotation concerning the physiological motion of the knee theorem - Teorema del
centro di rotazione variabile relativo al moto fisiologico del ginocchio, Atti del XIX edizione del
Convegno di Traumatologia e Riabilitazione Sportiva, Bologna, 2010, Calzetti Editore, Perugia,
Il sistema KTJ
113
Il sistema KTJ
Giancarlo Pellis
114
Giancarlo Pellis
Indice
Il sistema KTJ
1
Riconoscimenti
2
Presentazione
4
Premessa
6
Analisi bibliografica
6
La leg extension
7
Lo scarico del rimbalzo
8
Lavori sperimentali biomeccanici
10
Lo strumento per la valutazione
10
Procedura di allineamento macchina/ginocchio
10
La valutazione
11
“Il moto ROTO-TRASLATORIO: Studio sperimentale, analisi matematica, dispositivo ortopedico”
12
“Teorema del centro di rotazione variabile relativo al moto fisiologico del ginoccchio”
14
Il dispositivo meccanico, roto-traslatorio, a centro di rotazione variabile
18
Da dispositivo meccanico a dispositivo ortopedico
20
“Influenza di diversi tipi di snodo per tutore del ginocchio sui rapporti dinamici fra femore e tibia”
PHOTOGRAPHIC COMPARISON OF ARTICULATED JOINT MODELS REPRODUCING THE MOVEMENT OF THE KNEE
21
Ulteriori considerazioni
“Studio sperimentale per determinare le tensioni che lo snodo a centro di rotazione variabile,
produce sui legamenti crociati nel movimento di flesso-estensione del ginocchio”
27
Adjustable rotation radius articulated joint (KTJ) for knee tutors: relationship between movement and
tension on the cruciate ligaments
28
Altre considerazioni sulla forma dei legamenti crociati
33
La teoria opposta
34
Analisi anatomo-fisiologica
34
Analisi brevettuale
35
Analisi motoria
35
“Classificazione delle esercitazioni per la rieducazione del ginocchio in base alla teoria
roto-traslatoria e trasla-rotatoria”
35
Il parere del prof. Dal Monte
38
I "dati tecnici" di KTJ
39
Azioni meccanica / compatibilità funzionale, Mantenimento della distanza articolare
40
L’autocentraggio
40
La verticalità – ginocchio varo o valgo
41
La compressione – Sopportazione del carico di punta – Traumi meniscali, condropatia, artrosi
42
La resistenza alla trazione – traumi LCL e LCM
43
Opposizione agli spostamenti antero-posteriori – Lassità LCA – LCM
44
Il rimbalzo
45
Le applicazioni KTJ sui dispositivi medici
47
Altre caratteristiche dello snodo KTJ: il range di movimento
Il sistema KTJ
48
115
Giancarlo Pellis
Gli studi sull’uomo
51
“La tolleranza del tutore con snodo a centro di rotazione variabile nella rieducazione
del ginocchio instabile”
THE TOLERANCE OF A PROTECTOR WITH AN ARTICULATED JOINT WITH A VARIABLE ROTATION
CENTRE DURING THE RE-EDUCATION OF AN UNSTABLE KNEE
53
La 1/2 maratona
55
Lo snodo a centro di rotazione variabile su macchina per ginnastica passiva
56
I giudizi dei medici
57
Ripresa delle azioni motorie
58
La deambulazione
58
Importanza dell’appoggio del piede
58
Amplificatore propriocettivo
59
I vantaggi sull’anziano
60
La ripresa della corsa
61
L’alternanza compressione / trazione
62
L’aiuto nello sci – il momento torcente
63
Le rotazioni tra coscia e tibia
64
La rotazione assiale
64
La rotazione longitudinale automatica della tibia
64
L’equazione del ginocchio
64
Dispositivo per il ginocchio che ripropone la rotazione automatica della tibia
65
Bibliografia KTJ
67
Studi di altri Autori
68
Appendice A – Anatomia del ginocchio
La tibia
Il femore
La rotula
La cartilagine articolare
I legamenti
I menischi interarticolari
La capsula articolare e la membrana sinoviale
I muscoli motori del ginocchio
70
70
70
71
71
71
73
73
74
Appendice B - Analisi sui sistemi meccanici più presenti in commercio utilizzati sui tutori
del ginocchio
I tracciati Rx e percorso articolare di riferimento
La sovrapposizione KTJ
Centro fisso
Bauerfeind
DonJoy
78
78
79
80
81
84
Townsend (Patent EPT 0361 405)
85
Townsend WO 92/15264
FGP Physioglide
86
87
Ginnastica passiva - Effetti dello snodo a centro fisso e posizionamento della gamba
Il sistema KTJ
88
116
Giancarlo Pellis
Appendice C – La propriocettività
90
Appendice D - Tono, Trofismo ed riavvio all’attività motoria
Programmi motori per il ripristino della trofia muscolare e la ripresa dell’attività deambulatoria e
l’allenamento alla corsa
I concetti generali
Programmi “dopo la fisioterapia .. prima della palestra”
I programmi di ri-avvio
94
96
96
97
98
Appendice E – I tutori KTJ
Aperta
Atleta polifunzionale
Atleta corta SL
Base
Post – operatoria
PRO
100
100
101
102
103
104
105
Curriculum autore
106
Indice
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Il sistema KTJ

La biomeccanica del ginocchio_parte_1-5 - Sport-Sys

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