REVISTA DO

JOELHORev Joelho/SBCJ • Jan/Abr 2003 3(1): 9-12

ARTIGO DE REVISÃO / REVISION PAPERS

Anatomia e Biomecânica do Ligamento Cruzado AnteriorAnatomy and Biomechanics of the Anterior Cruciate LigamentJosé Olavo Moretzsohn de Castro', Paulo Paes Pereira², Adriano Marchetto³, Arthur Cleber Telini 4.

Resumo Abstract

Os autores descreveram a anatomia do ligamento cruzado anterior esua biomecânica funcional em relação à articulação do joelho, bemcorno as características anatômicas macro e microscópicas doligamento Cruzado anterior.

The authors describe the anatomy of the anterior cruciate ligament and itsfunctional biomechanics in respect to the knee joint, the macro andmicroscopic anatomical characteristics of the anterior cruciate ligament.

DESCRITORES: Anatomia. Ligamento cruzado anterior.Biomecânica.

KEYWORD Anatomy. Anterior cruciate ligament.Biomechanics

IntroduçãoOs ligamentos cruzados são estruturas ligadas à estabilidade dojoelho e estão localizados no centro da articulação (Fig1). O liga-mento cruzado anterior (LCA) assim como o posterior (LCP) sãoextra sinoviais, apesar de intra-articulares (Fig.2). Eles recebemsuas denominações de acordo com sua inserção tibial, e por secruzarem no centro do joelho.

EmbriologiaOs ligamentos cruzados surgem no embrião por volta do 45º dia,juntamente com os ligamentos colaterais, aparecendo como umconjunto de células orientadas, simulando os ligamentos cruzadosna fama adulta (Fig.3) (8).

Fig. 1 - Aspecto anatômicoAnatomic view

Fig. 2 - Origem posteriordo LCAPosterior ínsertion of the ACL

Fig. 3 - Aspecto embrionário do LCAEmbrionary view of the ACL

Anatomia

A origem femoral do ligamento cruzado anterior está localizada naporção póstero-lateral do intercôndilo. A origem femoral tem umaforma convexa, tendo sua porção ovalada posteriormente e umaporção plana anteriormente. O ligamento se dirige para frente até suainserção tibial, anterior à espinha da tíbia (Fig4).

A inserção tibial ocupa urna área de aproximadamente 30mm,é bem mais resistente que a femoral, tem ramificações para o cornoanterior do menisco medial, assim como fibras que se dirigem para ocorno anterior do menisco lateral (Fig.5).

As bandas do LCA são constituídas por fibras de colágeno, mul-tifasciculares e paralelas, e estão em diferentes graus de tensão,conforme o grau de flexão do joelho. Com o joelho em extensão, asfibras estão paralelas; com o joelho em flexão as fibras anteriorescruzam sobre as fibras posteriores (Fig.6). As fibras giramexternamente no plano coronal aproximadamente 90°; se todos os

1-Membro da SBOT e SBCJ, Redator WEB do Grupo de Estudos do joelho de Campinas,Médico Ortopedista da C.T. O. Clínica de Traumatologia e Ortopedia de Campinas; 2- Mestre em Ortopedia FMUSP; Membro da SBCJ, Membro do Grupo de Estudos do joelhode Campinas, Médico Ortopedista do Centro Médico de Campinas;3- Mestre em Ortopedia FMUSP Membro da SBCJ, Membro do Grupo de Estudos do joelhode Campinas, Médico Ortopedista do Centro Módico de Campinas; Endereço para correspondência:Dr. José Olavo Moretzsohn de Castro - www.cto.med.br

4- Mestre em Ortopedia, Secretário do Grupo de Estudos do joelho de Campinas, Membroda SBCJ, Médico Ortopedista do Centro Médico de Carapinas e da Clínica Orthos Campinas.

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LIGAMENTOCRUZADO

POSTERIOR

Fig. 5 - Visão intra-articular do joelhoIntra-articular víew of lhe knee

Fig. 6 Bandas do LCA em flexão e extensão do joelhoACL Bundles in flexion and in extension of the knee

Fig. 4 - Inserções doLCAACL lnsertions

ligamentos do joelho forem seccionados e deixado apenas o LCAintacto e a perna solta, esta ficaria em rotação interna de 90º (3). Oângulo do LCA em relação ao fêmur no plano coronal é de 28°.

Estas fibras são classicamente divididas em duas bandas: - abanda ântero-medial, que se origina na porção mais proximal doLCA e se insere na porção mais ântero-medial da sua inserção tibial;- a banda póstero-lateral, que tem origem mais distal em relação àorigem femoral e se insere mais póstero-lateral na inserção tibial -esta banda é o componente mais curto e de maior volume do LCA,.Uma terceira banda ainda é descrita, a banda intermediária (10).

O ligamento cruzado anterior tem, em média, comprimento de38mm e espessura de 11 mm, que varia em sua extensão, sendomaior na porção mais distal. Tem como principal função evitar aanteriorização da tíbia, mas participa também como estabilizadordas rotações do joelho.

Diversos estudos mostram estruturas mecano-receptoras nointerior do ligarnento, corno corpúsculos de Golgi, que estãoalinhados com as fibras colágenas. Outros três tipos de estruturassensitivas estão localizadas próximas aos vasos e terminaçõesnervosas, ocupando uma área de aproximadamente 1% do total daestrutura ligamentar. De acordo com Schutte et al. (12), um certonúmero de fibras sensitivas é encontrado no interior do ligamento,levando a crer que este é sensível à dor.

A irrigação dos ligamentos cruzados é dependente da artériagenícular média, assim como da bola de gordura anterior e suaintrínseca ligação com a membrana sinovial que o envolve. A iner-vação provém do plexo poplíteo, que se origina principalmente donervo tibial posterior (Fig.7).

A

Ramo Articular da

Artéria Genicular Descendente

Artéria GenicularMedial Superior

ArtériaGenicularMedial Inferior

Artéria Genicular---- Supero lateral

B

Artéria Poplítea

Artéria Genicular Medial

Ligamento Cruzado Anterlor

Ligamento cruzado Posterior

Fig. 7 - Irrigação vascular do joelho (A/B) Vascular supply of the knee (A/B)

Rev Joelho/SBCJ o Jan/Abr 2003 3(1): 9-12

HistologiaHistologicamente, ligamentos são similares a tendões: são bandasde colágeno denso com pouco material celular. Eles são preparadospara suportar tensões lineares. Em contraste com os tendões, osligamentos possuem fibras não tão paralelas e urna quantidade deelastina superior aos tendões, podendo suportar alongamentosmaiores, sem causar danos à sua estrutura.

Os ligamentos diferenciam-se pela relação de matriz colágena ematerial celular e na aparência do núcleo dos fibroblastos. Os liga-mentos colaterais possuem fibroblastos que são mais similares aostendões patelares, enquanto o LCP e o LCA possuem uma estruturacelular mais parecida com as células da cartilagem articular. Estasdiferenças entre os ligamentos devem-se às suas diferentes funções.

Biomecânica do LCA

As principais funções dos ligamentos do joelho são: estabilização,controle da cinemática e prevenção dos deslocamentos e rotaçõesanormais que podem causar lesões da superfície articular. O seuconhecimento é fundamental para o planejamento cirúrgico ereabilitacão.

0 LCA é um restritor primário do joelho e sua principal função éimpedir a translação anterior da tíbia em relação ao fêmur. Ele atuasecundariamente na restrição da rotação tibial e em menor grau naangulação varo-valgo quando o joelho está estendido, o que nãoocorre em flexão. O LCA não possui ação na restrição da translaçãoposterior da tíbia (6).

Anatomicamente, o LCA é dividido em duas bandas: a bandaântero-medial, que está tensa em flexão e a banda póstero-lateral,que está tensa em extensão. São também descritas fibras que semantém tensas em todo arco de movimento do joelho. Estas fibras setorcem de acordo com a posição do joelho.

O joelho apresenta seis tipos de movimentos: três translações(ântero-posterior, médio-lateral, céfalo-caudal), e sobre estes trêseixos ocorrem três rotações (flexo-extensão, rotação interna-externa,varo-valgo), criando um movimento complexo ao joelho (fig.8). Amobilidade do joelho ocorre simultaneamente em mais de um eixo,por exemplo, a translação anterior e a rotação ocorremconjuntamente no plano sagital e são, obrigatoriamente, associadas arotações em outro eixo (7).

Butler et al. (1980) (4) constataram que o LCA recebe 75% daforça anterior com o joelho em extensão completa e 85% com ojoelho em flexão de 30º e 90 °. A secção do LCA aumenta a frouxi-dão do joelho em todos os ângulos de flexão. O LCA restringe 25%do estresse em varo e o LCA e o LCP, juntos, são responsáveis por25% da restrição em valgo quando o joelho está em extensão.

Em 1917, Strausser (13) descreveu o sistema de quatro barras dojoelho, formado pelos LCA, LCP, fêmur e tíbia, que ainda hoje éutilizado para explicar os princípios da cinemática da flexo-extensãodo joelho e a interação dos ligamentos cruzados com a geo-

Fig. 8 - A, B e C - Translações e rotações articulares nos trêseixos de coordenadaThe joint translation and rotation occur along each of the threecoordinate axes

metria óssea. As quatro barras representam as conexões formadaspelas inserções tibiais e femorais dos ligamentos cruzados: anterior(A - B) e posterior (C - D) e por suas fibras neutras hipoteticamenteisométricas, isto é, fibras que não alteram ou quase não alteram seucomprimento durante o movimento de flexo-extensão. No LCA essasfibras são mais anteriores e no LCP mais posteriores (Fig.9).

Durante a flexo-extensão, o centro instantâneo de rotaçãoarticular (ponto de cruzamento dos ligamentos) move-se poste-riormente forçando uma combinação de rolamento e deslizamentoentre as superfícies articulares. Este é o único mecanismo que evitaque o fêmur role posteriormente para fora do planalto tibial durante aflexão do joelho. Para permitir a flexo-extensão normal, cada barrado sistema deve estar fixa dentro da sua própria relação, restringindoa área de realização dos túneis ósseos na cirurgia de reconstrução dosligamentos cruzados, criando assim um conceito de isometria (2-5).

O conceito de isometria é reconhecido como um componentefundamental na reconstrução do LCA. A banda ântero-medialapresenta maior tensão durante a flexo-extensão do joelho, devido àsua origem e inserção serern mais próximas dos pontos de isometria.Provavelmente, nenhuma fibra ou ponto específico são totalmenteisométricas durante todo o arco de movimento, mas existe uma zonamais próxima da isometria que corresponde à banda ântero-medial(7).

O LCA é submetido a cargas em todo arco de flexo-extensão dojoelho, resistindo às forças que anteriorizam a tíbia em relação aofêmur, e em menor grau, às forças e momentos que causam rotaçãotibial e abdução durante a flexão do joelho. Para isto, diferentesfibras são recrutadas conforme o joelho se move. A resistência decada fibra no momento da lesão é diferente da resistência máxima doLCA, que não deve assumir um valor fixo, pois depende das fibrassolicitadas, posição dos ossos e da direção da carga aplicada.

Resistência do LCAO LCA apresenta propriedade viscoelástica que lhe permitedissipar a energia, ajustar seu comprimento e distribuir a cargaaplicada. Alterações na viscoclasticidade podem facilitar oalongamento do enxerto.

A resistência do LCA varia conforme a idade. Uma análise daresistência do LCA em grupos de idades diferentes verificou queo grupo mais jovem (20 a 35 anos / 2160 ± 157 N) apresentouresistência 50% maior que o 2o. grupo (40 a 50 anos / 1503 ± 83N) e três vezes maior que o terceiro grupo (60 a 97 anos /658 ±129 N). O LCA suporta carga de aproximadamente 2500N emadultos jovens e em atividades diárias recebe carga de somente20% do seu limite de resistência máxima (14). Alguns traumaspodem lesar a ultra-estrutura das fibras de colágeno, enquanto oLCA permanece macroscopicamente intacto, mas as fibras decolágeno passam então a suportar cargas inferiores às forçasfisiológicas (9).

Fig. 9 Modelo de 4barrasFour-Barlinkage mode

PROXIMAL-DISTAL

12

E x e r c í c i o s f í s i c o s

As propriedades mecânicas dos ligamentos cruzados do joelho, tantoem sua substância quanto em suas inserções, aumentam com aprática de exercícios físicos gerando um aumento de 20% no seulimite de resistência e 10% no seu limite de elasticidade.

A lesão do LCA pode resultar em uma instabilidade articular. Ofortalecimento muscular pode trazer alguma compensação, masgeralmente não se consegue retornar ao nível de atividade inicial.

A imobilização articular diminui as propriedades mecânicas doLCA. O estabelecimento destas propriedades geralmente ocorre,porém é lento. Segundo Noyes (11), em estudo realizado emmacacos após oito semanas de imobilização, foram necessários 12meses para recuperar as características mecânicas iniciais.

R e f e r ê n c i a s

1. Arnoczky S P.: Anatomy of lhe Anterior Cruciate Ligament -Clinical Orthopedìcs and Related Research, n.172, Jan-Feb-1983.

2. Beynnon B D, Johnson R J, Knee,ln: DeLee J C, Drez D Ir.Orthopaedic Sports Medicine-13 ed. Vol.2 1994 section H pag1113-1133.

3. Burks RT. Gross anatomy. In Daniel D M, Akeson W H, andO'Connor J J.(Eds.), Knee Ligaments: Structure, Function, Injury,and Repair. New York, Raven Press, 1990, pp. 59-76.

4. Butler D L; Noyes F R; and Grood E S: Ligamentous Restraints toAnterior-Posterior Drawer in the Human Knee. A BíomechanicalStudy. J. Bone and Joint Surg., 62-A: 259-270, March 1980.

5. Daniel DM, Fritschy D, Anterior Cruciate Ligament Injuries, In:DeLee JC, Drez D ir. Orthopaedic Sports Medicine-1a. ed. Vol.21994 section H pag 1318-1319.

6. Fu FH, Harner CD, Johnson DL, Mìller MD, Woo SLY. Instructionalcourse lectures, lhe American academy of orthopaedic surgeons.Biomechanics of knee ligaments. Basic concepts and clinicalapplication. JBJS,75-A: 1716-1727, November 1993.

7. Hefzy M S, Grood E S, Noyes FR. Factors affecting lhe regionof most isometric femoral attachments, II The anteriorCruciate ligament. Am J Sports Med 1989;17:208-216.

8. Hosea T M,Tria A J Jr., Bechler J R, Embriology of lhe Knee - In:Scott W N -The Knee, Mosby,1994, p. 03-13.

9. Kennedy JC, Hawkins R 1 , Willis RB, Danylchuk K D.Tension studìes of human knee ligaments. J Bone Joint Surg1976; 58A350-355.

10. Norwood LA Ir, Cross M 1 : Anterior Cruciate ligament:Functional anatomy of its bundles in rotatory instabilities, AmJ Esports Med, 7: 23,1979.

11. Noyes, F RJunctional properties of knee ligaments and alterationsinduced by immobilization: a correlative biomechanical andhistological study in primate. Clin Orthop 1977;123:210-242.

12. Schutte M J et ai. Neural anatomy of the human anteríorCruciate ligament.- J.Bone Joint Surg (Am] 69:243-247,1987.

13. Strausser H. Lerhbuch der muskelund Gelenkmechanick, Vol.3.Berlin, springer, 1917.

14 W S L H lli J M Ad D 1 L R M T k S T ilF o n t e d a s f i g u r a s :

Fig 1: Foto cie Dr. Paulo Paes e adaptação artística de Dr. OlavoMoretzsohn.Fig 2: Autorizada reprodução por: Prof. Jean-Luc LERAT -Diapotheque Traumatologie - Ortopédie em CD-ROM.Figs 3 a 7: Autorizada reprodução por: Scott W N.- The Knee,Mosby,1994.Demais figuras são de autoria de Dr.Olavo Moretzsohn.