Biomeccanica della caviglia: dall’evoluzione del piede al gesto di camminare

Biomeccanica della caviglia

4-5 milioni di anni fa non esisteva il cammino ma c’era brachiazione (con il piede flessibile con l’opposizione dell’alluce, le anche e le ginocchia non erano adatte a sostenere il carico). Per cambiamenti climatici, l’uomo è dovuto scendere dai rami, così nasce la volontà di controllare l’orizzonte, così ha dovuto portarsi in stazione eretta e quindi tutto ciò ha portato l’arto inferiore, e soprattutto il piede, ad evolversi.

Il piede diventa un struttura rigida per far lavorare al meglio il tricipite al suolo: le ginocchia diventano valghe, quindi il condilo laterale ha dovuto svilupparsi di più per evitare la lussazione dell’osso; il femore si è inclinato verso l’alto e il gluteo oltre ad essere un estensore del femore, è dovuto diventare uno stabilizzatore del bacino. L’essere umano si differenzia dagli altri mammiferi per la corteccia cerebrale, la laringe, l’arto inferiore ed in particolare per il piede che rappresenta una leva rigida che permette di trasmettere la forza del tricipite al suolo. I polpacci sono i massimi generatori di potenza durante il cammino. Nel piede egizio riscontriamo l’alluce più lungo delle altre dita, mentre nel piede greco l’alluce è più corto, il primo metatarso è più corto ed il peso grava sul secondo metatarso. Le distorsioni più frequenti sono quelle in supinazione dove il primo legamento a saltare è il peroneo-astragalico anteriore. Nelle distorsioni in inversione invece salta il peroneo-calcaneale, le strutture mediali e laterali sono stressate di più. Quando il legamento è articolare abbiamo una lesione che può essere o un idrarto o un emartro. Quando è extra-articolare, può rompersi ma senza creare problemi all’ articolazione.

Biomeccanica della caviglia

Movimenti del perone. Durante la dorsi flessione la troclea astragalica spinge il mortaio tibio-fibulare, lo allarga di circa 1,5 cm perché c’è la tensione capsulo legamentosa che mi impedisce la diastasi.

Sottoastragalica. e’ importante perché se si blocca, non c’è nessun sistema che la sostituisce. Le due articolazioni più importanti del piede sono la tibio-tarsica e la sottoastragalica, tutto il resto del piede serve per amplificare i movimenti di queste due articolazioni. Se si blocca trasmette il movimento alla tibio-tarsica ma non ha la capacità di muoversi lateralmente. Questo può essere portatore di artrosi precoce della tibio-tarsica. Nei bimbi che nascono con la sottoastragalica bloccata, la troclea da cilindrica diventa ovoidale e così la tibio-tarsica fa anche i movimenti di lateralità. Quando il piede va in eversione, la tibia va in intrarotazione ma se l’anca è bloccata tende ad essere in extrarotazione. In questo caso si forma un conflitto di rotazione che si scarica nel ginocchio perché l’anca ruota e non ha grossi problemi, il piede ha la sottoastragalica e quindi compensa, il ginocchio non ha grosse possibilità di compenso.

Strutture passive per il sostegno della volta plantare.

Con la discesa a terra dell’individuo il piede è diventato rigido per la propulsione e si è trasformato perché i vasi-nervi nella pianta vengono schiacciati. Ecco perché si sono formati gli archi. In letteratura troviamo 3 archi: un arco mediale (più alto), un arco laterale, ed un terzo arco (Kapandji) che non esiste, è l’arco delle teste metatarsali, non esiste in carico, i metatarsi in carico devono toccare il terreno con tutte le dita. Questo arco è sostenuto da elementi statici (legamento a molla che sostiene la testa dell’astragalo, legamento plantare, aponeurosi plantare) ed elementi contrattili (tibiale posteriore) perché se non c’è il muscolo tendono a sformarsi. Tutti i tendini della caviglia subiscono un cambio di direzione per questo sono presenti le guaine sinoviali: diminuiscono l’attrito tra tendine e la struttura che fa da puleggia (retinacolo dei flessori, degli estensori, dei peronei).

Le sei determinanti nel cammino fanno sì che la traiettoria del centro di gravità sia sempre sinusoidale con queste sei caratteristiche dell’arto inferiore.

• • CONTATTO INIZIALE: piede in posizione neutra ma va verso la plantiflessione, ginocchio quasi esteso, l’anca è circa a 30° flessione. I muscoli intrinseci sono quelli che stanno lavorando. Nella caviglia sono i dorsi-flessori che frenano la caduta del piede (tibiale anteriore); nel ginocchio sono gli ischio-crurali quelli attivi; nell’anca sono i muscoli estensori. Questa è la forza generata all’interno dell’articolazione, la potenza non la conosciamo (quali muscoli stanno lavorando e che movimento sta facendo l’articolazione). Ad es. elettromiografia al tibiale anteriore, so he è attivo, ma non so cosa sta facendo, non so se il piede dorsiflette o plantiflette. In questo caso io vedo che ho attività nella dorsiflessione però il piede va in plantiflessione. Quindi c’è una contrazione eccentrica (il piede va da una parte, i muscoli lavorano dall’altra), quindi sta assorbendo energia. E’ un sistema per iniziare ad assorbire la forza di reazione al suolo. A livello dell’anca sono in flessione, ho un carico dei flessori che sta andando verso l’estensione, quindi sto tornando a generare potenza perché gli estensori stanno portando l’anca in estensione. Quindi il piede ammortizza ma per quanto possa lavorare il tibiale, il piede è una massa piccola, quindi ho un piccolo assorbimento di carico. La forza di reazione al suolo e il carico del corpo vedete che fanno una coppia di forza che tende a ruotare la sottoastragalica in inversione.

• • MOMENTO PRONANTE: deve essere molto flessibile per adattarsi meglio al terreno, permette di dissipare le forze meccaniche a livello di tutte le articolazioni del piede (strutture passive che tengono la volta mediale: legamento a molla, fascia plantare, legamento plantare, muscoli intrinseci). E’ un ulteriore sistema di ammortizzazione. Il principale controllore della caduta è il tibiale posteriore che prende contatto con quasi tutte le ossa del piede con il suo tendine (a parte il calcagno e il 5°mt). Effettua una contrazione concentrica. Se è insufficiente non rallenta la caduta, il carico va sulle strutture passive e tende con il tempo a sfondarli.

• • RISPOSTA AL CARICO: secondo rotolamento sulla tibio-tarsica, la forza di reazione al suolo è passata dietro al ginocchio e sull’anca è piuttosto vicina. La caviglia va in dorsiflessione, il ginocchio comincia a flettersi, l’anca ritorna dalla flessione (grossa attività del grande gluteo e degli ischio-crurali). Principali generatori di potenza sono l’anca ed il piede. Il principale assorbimento di potenza avviene nel ginocchio.

• • FASE FINALE: quando stacco il piede, il mio centro di gravità si sta spostando al piede in carico. Scende come la sua velocità perché quando ho il doppio appoggio ho la massima velocità perché il mio centro di gravità è il punto più basso. Quando ho la fase di appoggio monopodalico è il punto più alto. Il ginocchio raggiunge il suo picco di assorbimento e quindi il rotolamento sulla caviglia.

• • FASE INTERMEDIA: l’anca si porta in direzione intermedia, il centro di gravità passa sopra la caviglia, il tricipite rallenta il rotolamento in avanti della tibia. Si ha una cessazione dell’attività dei muscoli dell’anca perché l’anca non ne ha più bisogno di spingere il corpo. Il picco di assorbimento è nel ginocchio, la caviglia si porta nella posizione zero e comincia la dorsi-flessione, quindi il tricipite sta assorbendo energia (contrazione eccentrica). Il picco di flessione del ginocchio è circa 15°-20°, massima contrazione del quadricipite, però a 10-20° la componente di traslazione anteriore del tendine rotuleo è massima quindi il quadricipite raggiunge il suo picco di potenza. A 10°-20° se il soggetto non ha il crociato anteriore, abbiamo una inibizione del quadricipite nel cammino. Mentre nella corsa il picco di potenza del quadricipite è circa 40° e viene inibito molto meno nell’instabilità dell’lca, nel cammino è ancor meno. Se sale le scale il picco di forza è circa 60° del quadricipite, a 60° non c’è nessuna componente di traslazione anteriore della tibia. Nel terzo rotolamento si stacca il tallone, l’anca va verso l’estensione da 20° a 30° però stanno lavorando i flessori (assorbe potenza, contrazione eccentrica dei flessori), caviglia con contrazione eccentrica tricipite, ginocchio a 0°, attività dei flessori (generatori di potenza circa 0°).

• FASE TERMINALE: avviene un picco di attività del tricipite, principale generatore di potenza, spinge in avanti ed in alto il centro di gravità. Fase di spinta del tricipite, il piede non può più essere pronato, flessibile, deve diventare una leva rigida e trasmettere la forza del tricipite ai metatarsi. La fascia plantare diventa rigida con l’estensione delle metatarso-falangee e mantiene l’arco mediale. Con il distacco delle dita, abbiamo la fine della fase di carico e l’inizio della fase oscillante, accorcia l’arto per permettere all’altro di passare all’altezza dell’altro piede. Avviene una flessione di ginocchio (data dalla forza dell’anca e dall’energia del piede, completamente passiva) più una dorsi flessione caviglia e una flessione dell’anca. La fase finale dell’oscillazione: la gamba sta andando avanti per inerzia ma necessita di essere controllata dalla contrazione eccentrica degli ischio-crurali; il tibiale anteriore tira su il piede per preparare il tallone al contatto al suolo. E’ fine questo movimento, deve scendere il più possibile verticale ed a velocità ridotta. Tutto ciò eseguito dagli ischio-crurali. Quando si corre gli ischio-crurali devono lavorare di più e questo permette maggiori lesioni degli ischio-crurali (lesioni muscolari o stiramenti del bicipite piuttosto che dei semimuscoli), durante uno scatto la gamba sta andando in avanti, gli ischio fanno un contrazione eccentrica per rallentare ed in questo caso posso nascere lesioni. Nel piede anche se abbiamo l’attività di dorsi flessione, l’attività del tibiale anteriore è così piccola e anche dell’anca perché siamo in isometria, nessuna generazione di potenza, non abbiamo movimento dell’anca nella fase finale. Il piede lavora bene sulle rotazioni con la tibiotarsica ma c’è anche l’anca: intra-rotazione nel passo posteriore di circa 10°, extrarotazione nel passo anteriore di circa 30°. Quando ho un problema all’anca ce l’ho in intrarotazione. Possibilità di sollecitare le strutture a valle, ginocchio o tronco (ma ha vari sistemi di compenso). Il ginocchio è chiuso perché è il piede scarica a terra. Spesso le sindromi femoro-rotulee derivano da un problema all’anca.