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Valoración cuantitativa del aumento de la fuerza muscular mediante un protocolo isométrico en pacientes con

reconstrucción de LCA

L Bellegia, E Juárez, A Braidot, R Puig and P Catalfamo Formento1 Laboratorio de Biomecánica, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Entre Ríos, Ruta 10, Km 11, 3101 Oro Verde, Entre Ríos. Abstract. La valoración de la fuerza como criterio de retorno a la actividad ha sido por mucho tiempo uno de los factores más importantes en los procesos de rehabilitación luego de lesiones musculares y articulares. La misma se realiza utilizando dinamómetros isocinéticos pero el de alto costo de los mismos limita su uso en la práctica clínica. Este estudio presenta un protocolo para medir la Máxima Contracción Voluntaria Isométrica (MCVI) empleando un dinamómetro isométrico portátil y de comparativo bajo costo. Para su evaluación, se estudiaron las MCVI de los músculos extensores y flexores de la rodilla en ocho adultos sanos y diez pacientes con reconstrucción de Ligamento Cruzado Anterior, los cuales fueron registrados 4 y 6 meses luego de la cirugía. Los resultados muestran un incremento de los valores medios de fuerza registrados en la pierna lesionada en el mes 6 con respecto al mes 4 para ambos grupos musculares, aunque no alcanzan a los de los sujetos sanos. Se muestra también un déficit remanente de fuerza para ambos grupos musculares en la pierna sana de los pacientes, en comparación con los sujetos sanos. Finalmente la diferencia porcentual de fuerza entre pierna sana y lesionada disminuye desde el mes 6 al mes 4. Estos resultados coinciden con otros publicados en la literatura y evaluados mediante dinamómetro isocinético. Por lo tanto se concluye que el protocolo propuesto permite valorar la fuerza en pacientes con reconstrucción de LCA mediante el uso de un dispositivo portátil y de bajo costo.

1. Introducción El ligamento cruzado anterior (LCA) es fundamental para el normal funcionamiento de la rodilla, contribuyendo al equilibrio estático y dinámico en la articulación. La rotura del LCA conlleva a una gran inestabilidad y consecuente lesión de otras estructuras de la rodilla [1].

Para restaurar la anatomía de la rodilla en la actualidad se utilizan comúnmente dos cirugías, la que utiliza un injerto del tendón rotuliano, HTH (Hueso - Tendón rotuliano - Hueso), y la que utiliza un injerto de los músculos semitendinoso y recto interno, STR (Semitendinoso - Recto interno). Diferentes estudios han comparado los resultados de ambas [2-5] y la investigación continua para determinar en qué situaciones las diferentes técnicas presentan ventajas en su utilización. Luego de la cirugía, sigue un período de rehabilitación, que tiene como objetivos recuperar el rango de movimiento, aumentar la coordinación y estabilidad de la articulación, e incrementar la fuerza muscular de los músculos isquiotibiales y cuádriceps [6].

Debido a que la cicatrización de los injertos implantados dura aproximadamente 6 meses, en general se considera que la rehabilitación debe durar al menos ese tiempo [7]. En el caso de 1 Autor para contacto. E-mail: [email protected]

XVIII Congreso Argentino de Bioingeniería SABI 2011 - VII Jornadas de Ingeniería Clínica Mar del Plata, 28 al 30 de septiembre de 2011

deportistas, sin embargo, el rápido retorno a la actividad resulta de fundamental importancia por lo que se ha sugerido que un plazo de 4 meses de rehabilitación es suficiente [8]. Para lograr establecer el tiempo adecuado de retorno a la actividad deportiva en cada paciente, es necesario contar con valoraciones objetivas que permitan completar la evaluación del equipo rehabilitador. Algunas valoraciones propuestas son el movimiento anterior de la tibia respecto al femur [9], la valoración de fuerza en la musculatura de la rodilla [6], debilidad y desequilibrios musculares [9] y la respuesta test funcional [10], entre otros.

La valoración de la fuerza como criterio de retorno a la actividad ha sido por mucho tiempo uno de los factores más importantes en los procesos de rehabilitación luego de lesiones musculares y articulares y es común utilizar como parámetro de retorno a la actividad física una recuperación de la fuerza muscular de entre el 80% [10] y 90% [9, 11] con respecto a la pierna sana.

Para determinar el déficit de fuerza de la extremidad, los investigadores utilizan dinamómetros isocinéticos [12, 13]. Los mismos han demostrado precisión cuando son utilizados para la evaluación de pacientes con reconstrucción de LCA [14], sin embargo el elevado costo de estos equipos, la imposibilidad de trasladarlos y el entrenamiento requerido por parte de los profesionales son limitantes para su utilización generalizada en el ámbito clínico [15, 16]. Algunas encuestas realizadas respecto a las valoraciones clínicas indican que la mayoría de los cirujanos no utilizan mediciones objetivas de fuerza como criterio para el retorno a la actividad deportiva en Australia [17]. Una encuesta realizada en clubes de rugby de Nueva Zelanda mostró que en general, el retorno a la actividad deportiva se evalúa a través de la habilidad de realizar ejercicios específicos del deporte [18]. A nivel local, los kinesiólogos utilizan un criterio asociado a la fuerza muscular como es el aumento de la masa muscular.

La propuesta de este trabajo es desarrollar y evaluar una herramienta cuantitativa y estadística para valorar la fuerza muscular de los pacientes durante la rehabilitación, post cirugía de LCA. , que ayude a los profesionales involucrados en la toma de decisiones y que complemente los métodos en uso. Se presenta un protocolo de ejercicios isométricos que permite obtener las fuerzas máximas generados por los flexores y los extensores de la rodilla. Las mediciones se realizan con un dinamómetro isométrico de bajo costo y portátil, que permitiría a los profesionales utilizarlo en diversos lugares de trabajo.

2. Métodos y materiales

2.1. Personas analizadas

Dos grupos de sujetos participaron en este estudio. Un grupo control de adultos sanos y un grupo de pacientes con ruptura y reconstrucción de LCA. Todos los sujetos fueron informados del protocolo y los objetivos del estudio y firmaron un consentimiento informado antes de la adquisición de datos.

2.1.1. Grupo de control. Un total de 8 personas sanas (edad 25,5 ±1,19 años, peso 76,6 ± 11,57 kg, altura 1,75 ± 0,04 m) participaron del estudio. Siete eran de sexo masculino y 1 de sexo femenino. Los participantes no presentaban patologías musculares ni neurológicas que limitaran el funcionamiento motor.

2.1.2. Pacientes. Un total de 10 pacientes (edad 29,7 ± 10,6 años, peso 82,8 ± 16,2 kg, altura 1,73 ± 0.0492 m) participaron del estudio, de los cuales 9 eran de sexo masculino y 1 de sexo femenino. Los pacientes presentaban reconstrucción de LCA con cirugía de tipo STR (promedio de tiempo desde la lesión a la cirugía 10 meses). De los pacientes registrados, sólo cuatro se encontraban realizando una actividad deportiva antes de la lesión. Todos realizaron su rehabilitación en un Instituto de Kinesiología de la ciudad de Paraná, con protocolo de rehabilitación unificado. Los registros de los pacientes fueron realizadas en dos oportunidades, la primera fue 4 meses ± 1 semana luego de la cirugía mientras que la segunda fue 6 meses ± 1 semana luego de la cirugía. Trabajos previos


publicados en la literatura muestran que un número de aproximadamente diez participantes (por condición) son suficientes para mostrar claras tendencias en los resultados [19, 20].

2.2. Materiales

2.2.1. Dinamómetro isométrico. Para medir las fuerzas ejercidas, se utilizó un dinamómetro digital marca “PRECISION EL-5” con una celda de carga axial, trabajando tanto a tracción como a compresión. El rango completo de medición del dinamómetro es de -42 kg a 100 kg. (Figuras 1 y 2).

Figura 1. Pantalla y controles del dinamómetro isométrico.

Figura 2.Sensor del dinamómetro sin conectar(a), sensor atornillado trabajando a tracción (b).

2.2.2. Elementos de soporte. Para medir fuerza máxima sobre el dinamómetro, se utilizó una cadena para vincular la pierna con el dinamómetro en tracción. Se utilizó una cadena de acero cuyos eslabones permitieron variar la distancia entre el dinamómetro y el paciente. Además se utilizó un soporte de aluminio con forma de U junto con una almohadilla que se coloca sobre la pierna del individuo para lograr el movimiento sin que el participante notara alguna molestia (Figura 3).

Figura 3. Elementos de soporte utilizados en la experimentación.


2.3. Protocolo de medición Tanto al grupo de control como a los pacientes (4 y 6 meses luego de la cirugía) se les midió la Máxima Contracción Voluntaria Isométrica (MCVI) en flexores y extensores de la rodilla. Cada grupo muscular fue evaluado en tres ángulos de posicionamiento de la rodilla (0°, 60° y 90°) y en ambas piernas. Para realizar cada medición, el participante fue ubicado en una posición que permitiera concentrar el movimiento en el grupo muscular a medir.

Para ayudar a los participantes a realizar la MCVI a un ángulo específico, se le indicó que iniciara un movimiento en un ángulo ligeramente superior al ángulo de medición y que moviera la pierna hasta llegar al ángulo requerido, realizando la máxima fuerza. En esa posición se le pidió que permaneciera aproximadamente 2 segundos, sosteniendo la máxima contracción.

La distancia desde la rodilla hasta el soporte que une la pierna con el dinamómetro se mantuvo para ambas piernas, en las mediciones para cada ángulo.

2.3.1. Flexor a 90 º. El paciente se ubica sentado sobre un step, de tal manera de que la rodilla y la cadera queden alineadas. Mediante un elemento rígido se conecta el sensor a la pierna del paciente. Se le indica al sujeto que comience el movimiento en una posición de aproximadamente 120 grados de rodilla, y que contraiga los músculos flexores, realizando máxima contracción, hasta que la rodilla muestre un ángulo de 90° (Figura 4).

2.3.2. Flexor a 0º. El participante se ubica de pie frente al dinamómetro. Se le indica que coloque el pie a contraer 15 cm por delante del que queda fijo y trate de igualar la posición del miembro contralateral sin levantar, flexionar ni mover lateralmente el muslo (Figura 5).

Figura 4. Ejercicio para músculos flexores a 90°.


2.3.3. Flexor a 60 º. El sujeto se ubica parado frente al soporte con su pierna a contraer sobre un step que ayuda para lograr el ángulo de 60º entre muslo y pierna. Nuevamente se le indica al paciente que comience el movimiento 30 grados antes (posición inicial aproximadamente 45°) para que al llegar a la máxima fuerza sea en el ángulo pretendido (Figura 6).

2.3.4. Extensor a 0º. El participante se coloca de pie y de espaldas al dinamómetro. Se le instruye para que extienda la rodilla de tal forma que el pie se aleje del soporte. Se le ofrece un soporte de apoyo para los brazos que se coloca delante del sujeto para mejorar la estabilidad. Se le indica que coloque el pie a contraer 15 cm por detrás del contralateral y trate de igualar la posición del mismo realizando fuerza máxima (Figura 7).



Figura 7. Ejercicio para músculos extensores a 0°.

2.3.5. Extensor a 60º. El participante se ubica de pie y de espaldas al dinamómetro, con el pie apoyado sobre un step. Se le indica al paciente que comience en un ángulo mayor (aproximadamente 90°) y extienda la rodilla hasta llegar a 60° realizando la máxima fuerza (Figura 8).

2.3.6. Extensor a 90°. El paciente se ubica sentado sobre un step enfrentado al sensor del dinamómetro y asegurando que la rodilla y la cadera queden alineadas. Se utiliza ahora un brazo fijo sobre el cual el paciente ejercerá la fuerza. Se le indica al sujeto que comience el movimiento de extensión en una posición de aproximadamente 70 grados de rodilla, y que contraiga hasta ángulo de 90° (Figura 9).



Cabe aclarar que en la calibración de extensores a 90° se hizo trabajar al dinamómetro en compresión, en este caso no se utilizó cadena o soga sino una barra sólida que enrosca en el dinamómetro. Se tuvo especial cuidado en que la distancia desde la rodilla al sensor cuando se evalúan los músculos extensores fuera pequeña dado que si se aplica la fuerza contrayendo extensores a una gran distancia de la articulación se perjudica la plastia por aumento de las fuerzas de corte actuantes en la articulación. En consecuencia, el conector que une sensor con la pierna se ubica a distancias próximas a la TAT (Tuberosidad anterior de la tibia) evitando así el desplazamiento de la tibia respecto del fémur.

2.4. Métodos de análisis

Se calcularon los valores medios y las desviaciones estándar de las fuerzas registradas en las MCVI para todos los ángulos. Este cálculo se repitió para cada grupo de participantes (control, pacientes al


4to mes de rehabilitación y pacientes al 6to mes de rehabilitación), para la pierna hábil y no hábil del grupo de control y para la pierna sana y lesionada de los otros grupos.

Por otro lado, se calcularon las diferencias de fuerzas entre las piernas de cada grupo de las personas. La diferencia fue calculada como:

Dif = Fuerza MCVI Pierna hábil (sana) – Fuerza MCVI Pierna no hábil (lesionada)

La diferencia fue calculada para cada ángulo y para cada grupo muscular (flexor y extensor). Y luego fue expresada porcentualmente. La diferencia media porcentual entre piernas de cada sujeto se determinó realizando la relación entre las diferencias de fuerzas de ambos miembros calculados anteriormente y el valor mayor de las dos fuerzas multiplicado por 100. Dif porcentual = (Dif/ Valor mayor de Fuerza MCVI) %

Finalmente, se realizó un análisis solo en extensores calculando la relación de fuerzas entre ambos miembros:

Rel ext = Fuerza Extensores Pierna débil (lesionada)/ Fuerza Extensores pierna hábil (sana)

3. Resultados

3.1. Análisis de la fuerza en extensores y flexores La Tabla 1 muestra los valores medios y el desvío estándar de fuerza medida para todos los ángulos de cada grupo muscular, para cada pierna del grupo control. Las Tabla 2 y 3 muestran los mismos datos para los pacientes en el 4to y 6to mes de rehabilitación, respectivamente. Se observa de las Tablas que los pacientes (al 4to y al 6to mes de rehabilitación) presentan una disminución de la fuerza en la pierna lesionada con respecto a los sujetos de control. Esta diferencia llega, en extensores, a un 40% para los pacientes de 4to mes y a un 12% para los de 6to mes. Si bien el amplio rango de edades de los pacientes pudo influir los resultados, los mismos son comparables con los resultados encontrados por Hiemstra el al. [21], que obtuvieron valores de 30% de diferencia.

Esta disminución en la fuerza de los músculos extensores y flexores de la rodilla se observa tanto en la pierna lesionada como en la pierna sana, lo que concuerda con los resultados de la literatura [9].

Las fuerzas en ambos grupos musculares muestran un incremento en las mediciones de 6to mes con respecto al 4to, tanto en la pierna sana como en la pierna lesionada.

Tanto las mediciones en 4to como 6to mes de rehabilitación presentan valores mayores de fuerza en la pierna sana con respecto a la lesionada.

Tabla 1. Valores medios ± desvío estándar de las fuerzas para los grupos extensores (Ext) y flexores (Flex) en la pierna hábil y no hábil del grupo control (n=10).

Pierna Ext. (N) Flex. (N) Hábil 208.7 ± 39.4 246.7 ± 69.6

No hábil 210.6 ± 50.8 209.6 ± 50.8


Tabla 2. Valores medios ± desvío estándar de las fuerzas para los grupos extensores (Ext) y flexores (Flex) en la pierna sana y lesionada de pacientes en el 4to mes de rehabilitación.

Tabla 3. Valores medios ± desvío estándar de las fuerzas para los grupos extensores (Ext) y flexores (Flex) en la pierna sana y lesionada de pacientes en 6to mes de rehabilitación.

3.2. Análisis de la diferencia de fuerzas entre extensores y entre flexores Las Tablas 4, 5 y 6 muestran las diferencias de fuerzas MVCI para el grupo control, pacientes al 4to mes de rehabilitación y pacientes al 6to mes de rehabilitación, respectivamente.

Tabla 4. Valores medios ± desvío estándar de las diferencias de fuerza entre la pierna hábil y la pierna no hábil de los sujetos sanos.

Grupo Musc. 0º 60º 90º Total Ext. (N) 32.9 ± 24 28.3 ± 27.3 37.6 ± 49 32.9 ± 4.7 Flex. (N) 58.8 ± 37 35.5 ± 49 43.9 ± 31 46 ± 11.8

Tabla 5. Valores medios ± desvío estándar de las diferencias de fuerza entre la pierna sana y la pierna lesionada en pacientes en 4to mes de rehabilitación.

Tabla 6. Valores medios ± desvío estándar de las diferencias de fuerza entre la pierna sana y la pierna lesionada en los pacientes en 6to mes de rehabilitación. Diferencia media calculada para ambos grupos musculares: extensores (Ext) y flexores (Flex), para cada ángulo de rodilla.

Grupo Musc. 0º 60º 90º Total Ext. (N) 16.8 ± 21.0 25.2 ± 17.8 16.9 ± 17.4 19.6 ± 1.9 Flex. (N) 49.0 ± 40.8 21.0 ± 29.1 41.8 ± 34.6 37.3 ± 5.9

Las diferencias de fuerzas entre extensores y entre flexores son levemente mayores en los registros

en el 4to mes de rehabilitación con respecto a los sujetos sanos. Los pacientes en 6to mes de

Pierna Ext. (N) Flex. (N)Sana 144.1 ± 44.7 165.6 ± 32.9

Lesionada 127.1 ± 33.8 124.8 ± 25.8

Pierna Ext. (N) Flex. (N) Sana 189 ± 61.0 171.1 ± 40.6

Lesionada 184.2 ± 61.0 162.1 ± 42.6

Grupo Musc. 0º 60º 90º Total Ext. (N) 32.3 ± 29.2 47.0 ± 42.5 20.6 ± 20.8 33.3 ± 13.2 Flex. (N) 44.1 ± 31.4 46.1 ± 42.4 48 ± 30.8 46.1 ± 2


rehabilitación demuestran un descenso de estos valores. En los tres grupos de personas se observa que la diferencia entre flexores es mayor que entre extensores.

3.3. Análisis de la diferencia porcentual entre extensores y entre flexores Las diferencias medias porcentuales se muestran en las Tablas 7, 8 y 9. Se observa de la Tabla 7 que los sujetos sanos muestran diferencias medias entre los extensores de la pierna hábil y la no hábil de hasta 14% en ángulos de 0°. La diferencia es un poco mayor en los músculos flexores y llega al 21.1% también en el ángulo de 0°.

En cuanto a los pacientes, estos muestran una disminución de la diferencia porcentual entre ambas piernas del 6to al 4to mes. Al 6to mes de rehabilitación, la diferencia en extensores está por debajo del 10% pero no sucede lo mismo con los músculos flexores. A este resultado también llegó la investigación de Hiemstra, 2007 [9].

Tabla 7. Valores medios ± desvío estándar de las diferencias porcentuales de fuerza entre la pierna sana y la pierna lesionada en los sujetos sanos. Diferencia media calculada para ambos grupos musculares: extensores (Ext) y flexores (Flex), para cada ángulo de rodilla.

Grupo Musc. 0º 60º 90º Total Ext. (%) 13.8 ± 8.3 13.1 ± 12.1 13.2 ± 16.3 13.3± 0.4 Flex. (%) 21.1± 10 10.5± 10 20.0± 14 17.2± 5.8

Tabla 8. Valores medios ± desvío estándar de las diferencias porcentuales de fuerza entre la pierna sana y la pierna lesionada en pacientes en 4to mes rehabilitación. Diferencia media calculada para ambos grupos musculares: extensores (Ext) y flexores (Flex), para cada ángulo de rodilla.

Tabla 9. Valores medios ± desvío estándar de las diferencias porcentuales de fuerza entre la pierna sana y la pierna lesionada en pacientes en 6to mes rehabilitación. Diferencia media calculada para ambos grupos musculares: extensores (Ext) y flexores (Flex), para cada ángulo de rodilla.

3.4 Análisis de la relación de fuerzas solo entre extensores

La relación de fuerzas entre ambos miembros solo para extensores se muestra en la Tabla 10. Palmieri Smith [6], en una revisión bibliográfica de reportes de déficit de cuádriceps, muestra un déficit remanente de aproximadamente 20% en pacientes con reconstrucción de LCA. En el presente estudio, se observa que en los sujetos sanos y los registros del 6to mes de rehabilitación el valor era menor al 20%, mientras que en los registros del 4to mes su valor excedía tal porcentaje.

Grupo Musc. 0º 60º 90º Total Ext. (%) 20.1 ± 13.7 28.7 ± 19.4 13.2 ± 11.3 20.7 ± 7.8 Flex. (%) 24.7 ± 15.6 25.2 ± 15.8 28.5 ± 16.7 26.1 ± 2.0

Grupo Musc. 0º 60º 90º Total Ext. (%) 7.9 ± 8.9 12.3 ± 7.7 9.0 ± 8.4 9.8 ± 2.3 Flex. (%) 24.0 ± 16.5 10.2 ± 14.1 22.5 ± 13.8 18.9 ± 7.5


Tabla 10. Promedios y desvíos standarts de la relación entre extensores en los 3 grupos de personas.

4. Conclusiones De esta investigación se concluye que el protocolo estudiado permite valorar la fuerza de los músculos flexores y extensores de rodilla, obteniéndose resultados similares a los expuestos en la literatura mediante el uso de dinamómetros isocinéticos. Este protocolo permite evaluar el progreso en pacientes durante la rehabilitación, post cirugía de LCA, y puede facilitar a los profesionales involucrados, la toma de decisiones respecto a la rehabilitación.

Se pudo obtener resultados objetivos con el dinamómetro isométrico, realizando todos los estudios y registros en las instalaciones del Laboratorio de Biomecánica de la Facultad de Ingeniería, utilizando un dispositivo que tiene las ventajas de ser de bajo costo y portátil, lo cual constituye una alternativa a la máquina isocinética.

Futuros estudios que incluyan mayor número de pacientes y mayor número de evaluaciones (por ejemplo 9 y 12 meses luego de la cirugía) deberán concentrarse en la determinación de una zona umbral de recuperación de fuerza. Este umbral, junto con otras técnicas de evaluación, ayudaría a distinguir pacientes que necesiten prolongar el tiempo de rehabilitación de aquellos que se encuentran recuperados.

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