Valoración biomecánica de la unidad de movimiento pasivo continuo para rodilla
Enviado por alberto leon cruz salinas
GLOSARIO
Balancín u oscilador: eslabón que tiene rotación oscilatoria y está pivotado a un elemento fijo.
Biela o acoplador: eslabón que tiene movimiento complejo y no está pivotado a un elemento fijo.
Cinemática: estudio del movimiento sin consideración de las fuerzas.
Cinética: estudio de fuerzas en sistemas en movimiento.
Chumacera: pieza de metal o madera, con una muesca en que descansa y gira cualquier eje de maquinaria.
Eslabón: Cuerpo rígido que posee al menos dos nodos, que son los puntos de unión con otros eslabones. El número de nodos le da su nombre al eslabón.
Elemento fijo: cualesquiera eslabones (o eslabón) que estén sujetos en el espacio, sin movimiento en relación con el marco de referencia.
Grados De Libertad: el número de grados de libertad (GDL) de un sistema es el número de parámetros independientes que se necesitan para definir unívocamente su posición en el espacio en cualquier instante.
En el plano se requiere de tres parámetros (GDL): dos coordenadas lineales (x,y) y una coordenada angular (q).
En el espacio se requiere de seis GDL: tres distancias (x,y,z) y tres ángulos (q,f,r).
Se define cuerpo rígido como aquel que no experimenta ninguna deformación.
Junta o par cinemática: Conexión entre dos o más eslabones que permite algún movimiento o movimiento potencial entre los eslabones conectados.
Mecanismo: Es una cadena cinemática en la cual por lo menos un eslabón ha sido fijado o sujetado al marco de referencia (el cual puede estar en movimiento).
Máquina: Sistema de elementos dispuestos para transmitir movimiento y energía en un modo predeterminado. Es una combinación de cuerpos resistentes dispuestos para hacer que las fuerzas mecánicas de la naturaleza realicen trabajo acompañado por movimientos determinados. Es un conjunto de mecanismos dispuestos para transmitir fuerzas y realizar trabajo.
Mecanismo: Sistema de elementos dispuestos para transmitir movimiento en un modo predeterminado.
La Movilidad Pasiva Continua es una técnica de rehabilitación que ayuda a reducir la rigidez posterior a una cirugía o lesión en una articulación, evitando el desarrollo de complicaciones, que prolonguen la recuperación del paciente11.
Se han encontrado varios estudios realizados por los autores: Tillu AB20, Mullaji AB13, Scott Nadler14 y Lauren Beaupré3, en donde se observaron los beneficios al aplicar la maquina de movilidad pasiva continua, en pacientes con artroplastia de rodilla. Éstos estudios revelaron que la Maquina de Movilidad Pasiva Continua es un valioso componente del programa terapéutico, el cual contribuye a una rápida restauración de la funcionalidad del paciente.
El presente estudio se ejecutó durante el período Mayo – Junio de 2005 y se basó en la aplicación de una valoración de la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo en 8 individuos sanos, con el objetivo de tener un referente de las condiciones mecánicas de la Unidad para futuras investigaciones con personas quienes presenten lesión de rodilla.
Con el estudio realizado se puede comprobar que los aspectos de diseño de la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo de Rodilla, fabricada en el Programa de Ingeniería Mecánica de la Universidad del Valle, como lo son las barras de muslo y pierna solo es posible adaptarlas a individuos con una longitud de miembro inferior mayor a 94.8 cm., permitiéndoles lograr una recuperación post-operatoria.
Descripción del Problema
En la actualidad es cada vez más utilizada la Técnica de Movilidad Pasiva Continua para el manejo de pacientes, a quienes se les ha realizado intervenciones quirúrgicas a nivel articular, más frecuentemente en artroplastia de rodilla, por lo tanto se han creado máquinas que realicen esta actividad ayudando a una rehabilitación temprana del paciente.
En Colombia la accesibilidad a este tipo de aparatos terapéuticos es casi nula, debido a los altos costos que genera su compra a las instituciones prestadoras de servicio, por lo tanto los pacientes que requieran de esta Unidad deben poseer los suficientes recursos económicos para poder solventar el gasto que esto representa. En Cali existen tan solo dos ejemplares que han sido adquiridos a través de la importación13, por consiguiente no toda la población caleña va poder acceder a esta forma de tratamiento postoperatorio, es así como en el grupo de biomecánica de la Universidad del Valle se crea la inquietud de fabricar este tipo de maquinas con el fin de disminuir los costos y beneficiar a la población, al tener en el mercado más ejemplares de la Unidad de Movilidad Pasiva Continua.
El Ingeniero mecánico Jorge Lopera, egresado de la Universidad del Valle, para obtener su titulo profesional, diseñó y construyó una Unidad de Movimiento Pasivo Continuo para rodilla13, él plantea en su trabajo de grado, la disponibilidad de la máquina para iniciar una segunda fase de "evaluaciones clínicas", esta máquina cuenta con una evaluación mecánica en donde se tuvieron en cuenta aspectos tales como: peso total de la máquina, torque requerido real, potencia consumida a diferentes rangos de peso, temperatura generada en la máquina, ruido generado en los componentes. Sin embargo aún no se ha realizado una valoración biomecánica en personas sanas que incluya rangos de movimiento, posiciones de centro de masa, entre otros; lo cual es necesario para estudiar las condiciones mecánicas Unidad de Movimiento Pasivo Continuo de Rodilla y su adaptación a las características de los individuos al aplicarles la Unidad
Formulación del Problema
¿Cuál es la relación que existe entre los datos antropométricos y biomecánica de rodilla con la mecánica de la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo, fabricada en el Programa de Ingeniería mecánica de la Universidad del Valle, al ser aplicada en personas sanas?
1.3. Sistematización del Problema
¿Cuáles son las características antropométricas de los individuos incluidos en el estudio?.
¿Cuales son las características mecánicas de la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo?
¿Cuál es la biomecánica de la rodilla en personas normales, al ser aplicada la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo?.
¿Cuál es la relación que existe entre las características mecánicas de la Unidad de Movimiento pasivo Continuo con la biomecánica de la rodilla y con los aspectos antropométricos de los individuos?.
1.4 Hipótesis
La mecánica de la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo permite adaptar sus parámetros a los aspectos biomecánicos de la articulación de la rodilla y a las condiciones antropométricas de los individuos.
Objetivo General
Valorar las condiciones biomecánicas de la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo, fabricada en el Programa de Ingeniería Mecánica de la Universidad del Valle, al ser aplicada en personas sanas.
Objetivos Específicos
Caracterizar antropometricamente a los individuos incluidos en el estudio.
Identificar las características mecánicas de la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo.
Determinar la biomecánica de la rodilla en personas normales, al ser aplicada la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo.
Relacionar las características mecánicas de la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo con la biomecánica de la rodilla y con los aspectos antropométricos de los individuos.
La Movilidad Pasiva Continua19 es una técnica de rehabilitación que consiste en mover por medio de ayuda mecánica, con una maquina especialmente diseñada para ese fin, la articulación afectada en el rango de movilidad natural.
Se ha encontrado evidencia clínica en cuanto a que la utilización en forma temprana de esta unidad ayuda a reducir la rigidez posterior a una cirugía o lesión en una articulación, evitando el desarrollo de complicaciones, tales como el sangrado, el edema, formación de tejido granular y fibrosis.
Ante la fabricación de una Unidad de Movimiento Pasivo Continuo de rodilla por parte del ingeniero mecánico, Jorge Lopera, egresado de la Universidad del Valle, existió la necesidad de realizar una valoración biomecánica de individuos sanos al aplicarles la Unidad, en donde se estableció la relación que existe entre la mecánica de la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo, la biomecánica de la rodilla y los datos antropométricos de los individuos, lo cual es importante para establecer los parámetros de funcionamiento de la Unidad acorde a las condiciones de cada individuo y así valorar el margen de seguridad de la Unidad para ser aplicada en pacientes con postoperatorios de rodilla.
Por otro lado la realización de este estudio nos permitió adquirir conocimientos y habilidad en el campo investigativo desde el área de Fisioterapia brindándonos la posibilidad de relacionar lo tecnológico que se esta manejando actualmente en rehabilitación, con el área del movimiento humano. Además favorece el trabajo interdisciplinario y fomenta la investigación dentro de la Universidad del Valle con los diferentes programas que ésta ofrece, en este caso entre Ingeniería Mecánica y Fisioterapia, enfocado a beneficiar la población caleña que requiera de este tipo de tratamiento, mejorando así su accesibilidad y optimizando el periodo de recuperación.
Estado del Arte
Se encontraron dos estudios, realizados en 1987 por Tillu AB20, et al y en 1988 por Mullaji AB 13, et al, en donde se observaron los beneficios al aplicar la maquina de Movilidad Pasiva Continua, en pacientes con artroplastia de rodilla. Los estudios revelaron que la Maquina de Movilidad Pasiva Continua es un valioso componente del programa terapéutico para prevenir la rigidez de la rodilla y ayuda a la restauración rápida de la funcionalidad de la articulación.
En 1993 Scott Nadler14, et al, efectuaron un estudio retrospectivo en el Instituto de Rehabilitación Kessler, en pacientes con artroplastia total de rodilla, el objetivo del estudio era comparar los beneficios obtenidos con el uso de la Máquina de Movilidad Pasiva Continua y de la Terapia Física inmediatamente después del posquirúrgico y teniendo en cuenta los mismos parámetros. Los resultados arrojados no fueron muy significativos, entre ambos grupos, sin embargo el grupo que recibió Movilidad Pasiva Continua y Terapia Física obtuvo mayor rango de movilidad.
En 1998, Lauren Beaupré3, et al, realizaron un ensayo clínico controlado aleatorio en el hospital Edmonton, Alberta de Canadá, en donde se comparó la efectividad de emplear la Unidad de Movilidad Pasiva Continua o la tabla deslizadora complementada con la Terapia Física, la muestra utilizada fueron pacientes con osteoartritis, a quienes se les practicó artroplastia total de rodilla, se aplicaron los siguientes tratamientos: maquina de movilidad pasiva continua mas Terapia Física (grupo 1), Tabla deslizadora mas Terapia Física (grupo2) y Terapia Física (grupo 3), esos grupos fueron evaluados durante el preoperatorio y postoperatorio, al séptimo día, a los tres y seis meses. Los resultados obtenidos en cada grupo no tuvieron diferencias significativas en cuanto a la ganancia de rango de movilidad, funcionalidad y disminución del dolor. Se concluyó que el emplear estos equipos no modifica la rehabilitación postoperatoria.
Marco Conceptual
Movilidad Pasiva Continua
Definición5
Es una técnica de rehabilitación que consiste en mover por medio de ayuda mecánica, con una maquina especialmente diseñada para ese fin, la articulación afectada en el rango de movilidad natural. Esto ayuda a reducir las cicatrices y disminuir el dolor.
Historia de la Movilidad Pasiva Continua
Von Riemke, desde su posición de presidente de La Sociedad Quirúrgica Dinamarquesa en 1926, declaró que, "Todos las afecciones de las articulaciones deben moverse. El movimiento debe empezar en el primer día, debe ser muy lento y tan continuo como sea posible"21.
Salter quien inventó el concepto de Movimiento Pasivo Continuo que se conoce simplemente como "CPM" ( de la sigla en ingles Continuous Passive Motion) derivó este concepto con base a una serie de investigaciones experimentales. Salter y Field demostraron en 1960 que la inmovilización de la articulación de la rodilla de un conejo bajo la compresión continua, ya sea por medio de un dispositivo de compresión o de una posición forzada, producía necrosis por compresión del cartílago. En 1965, Salter informó efectos nocivos por la inmovilización en el cartílago articular de la rodilla de conejo y la lesión resultante que ellos denominaron " eliminación degenerativa del cartílago articular".
Salter razonó porque la inmovilización es obviamente insalubre para las articulaciones, y si el movimiento intermitente es más saludable tanto para articulaciones normales, como lesionadas, por lo tanto quizás el movimiento continuo sería incluso mejor. Debido a la fatigabilidad del músculo esquelético, y porque no podría esperarse que un paciente mueva su propia articulación constantemente, él concluyó que es necesario que el movimiento continuo tendría que ser pasivo, también creyó que Movimiento de Pasivo Continuo tendría una ventaja agregada, si el movimiento fuera lo bastante lento, debía ser posible aplicarlo inmediatamente después de la lesión u operación sin causar dolor indebido en el paciente. Esta idea era basada en la teoría del umbral del dolor de Welzack y Wall. Los conceptos, probados en los pacientes desde 1978, han demostrado ser factibles.
Originalmente, el desarrollo y la investigación subsecuente con respecto a la Movilidad Pasiva Continua, fueron conducidos sobre todo por la teoría: el movimiento pasivo promovería la curación y la regeneración del cartílago articular. Aunque la curación y regeneración del cartílago curativo continúa siendo un campo de investigación activo, el uso clínico principal de la movilidad pasiva continua es evitar artrofibrosis después del trauma o de la cirugía en las articulaciones que son propensas a la rigidez, tal como la rodilla, el codo, y las articulaciones de la mano.
El uso clínico más grande de la Movilidad Pasiva Continua es en la rehabilitación de artroplastia total de rodilla, a pesar que los hallazgos encontrados en la literatura sean confusos y contradictorios. De hecho, hay discusión significante en relación con si la Movilidad Pasiva Continua tiene alguna utilidad clínica. Los métodos de uso de la movilidad pasiva continua, han diferido entre muchos de estos estudios. Salter, recomendó que sea continuo y a través de un rango completo de movimiento.
Principio de Aplicación de la Movilidad Pasiva Continua
Oscilación Sinusoidal en la Presión Intra-articular21
En los primeros días siguientes a la cirugía, la Movilidad Pasiva Continua es útil para minimizar la hemartrosis de la articulación y el edema periarticular; se ha encontrado que para aumentar el drenaje de la hemartrosis de una rodilla del conejo se utiliza la Movilidad Pasiva Continua. La Movilidad Pasiva Continua causa una oscilación sinusoidal en la presión intra-articular. Esto acelera el drenaje de la hemartrosis. El drenaje reforzado de sangre de dentro de la articulación así como el de los tejidos periarticulares.
Mediante el uso de la Movilidad Pasiva Continua se previene la acumulación extensa de edema en los tejidos periarticulares. Así, la Movilidad Pasiva Continua es de beneficio en las primeras horas y días siguientes a la cirugía (es decir, la primera y segunda fases de rigidez). La Movilidad Pasiva Continua es menos eficaz en la tercera fase de rigidez e ineficaz en el cuarto.
Complicaciones durante la aplicación de la Movilidad Pasiva Continua23
Complicaciones que son el resultado de la aplicación de la Movilidad Pasiva Continua pueden ocurrir, sin embargo la mayoría no son complicaciones serias o permanentes. La complicación más común es el aumento de la hemorragia, pero rara vez es tan excesiva a tal punto de requerir una transfusión sanguínea. Aunque cuatro estudios no encontraron ninguna diferencia en el drenaje de la herida o necesitó de la transfusión con el uso de la Movilidad Pasiva Continua después del postoperatorio de artroplastia total de rodilla. Algunos pacientes pueden requerir un retorno a la sala de operaciones para la evacuación de hematoma bajo el aumento de la hemorragia.
La mayor preocupación, usando Movilidad Pasiva Continua, está en relación con la herida, secundaria a la operación. Entre la literatura en complicaciones de la herida seguida al reemplazo de rodilla, en tres estudios no se encontraron un aumento de complicaciones en la curación de la herida con el uso de la Movilidad Pasiva Continua, de otra parte en un estudio experimental en conejos realizado por Royen et al. mostró que la herida iba sanando de forma acelerada después del postoperatorio, al usar la Movilidad Pasiva Continua.
Unidad de Movilidad Pasiva Continua
Aspectos Mecánicos de la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo13
El diseño de la Unidad de Movimiento Pasivo Continuo se divide en varios aspectos de funcionamiento, antropométrico, geométrico, de forma, de resistencia de materiales y de potencia:
Aspectos de funcionamiento
En el diseño mecánico de una Unidad de Movimiento Pasivo Continuo para alguna articulación del cuerpo humano se debe tener en cuenta:
La flexibilidad a un rango amplio de tallas de los pacientes.
El confort, sobre todo en sesiones largas.
Los usos en diferentes sitios, en la cama de hospital, en la casa, en el día y en la noche.
La durabilidad
El peso liviano
El bajo Costo
La amplia capacidad para elegir rangos de movimiento.
Minimizar cargas en articulaciones
El control preciso y variable para diferentes rangos de movimiento.
El control de velocidad
La operación segura
La fácil de operar
La protección para articulaciones inestables
Esta Unidad requiere para su funcionamiento de una potencia generada en el motor para producir un torque y así mover el tornillo de potencia y la tuerca a través de éste, lo que lleva a un desplazamiento en el eje horizontal que hace unir y alejar las barras del muslo y pierna para lograr el movimiento de flexo – extensión. El rango de movimiento que realiza la máquina es de 5° – 130°, de extensión a flexión. Es importante tener en cuenta que el mínimo valor del ángulo de inicio debe ser de aproximadamente 1°. Esto con el fin de que no se alineen la base de la pierna y la base del muslo, es decir, para que no se genere un punto muerto donde la máquina se bloquee en hiperextensión.
Aspectos antropométricos
Para dimensionar la Unidad el Ingeniero Mecánico Jorge Lopera necesitó saber cual era la longitud y peso de los segmentos corporales de los pacientes que la máquina soportaría, además le sirvió para definir las limitaciones de la máquina, es decir el rango de tallas con las que cumpliría la máquina para ser adaptable a los diferentes individuos.
El Ingeniero Lopera se basó en "la antropometría para diseñadores" de John Croney13 para obtener las proporciones de los segmentos del cuerpo y relaciones geométricas útiles, para el diseño de su máquina. Jhon Croney en la Figura 1 muestra las proporciones de los segmentos corporales, y en el Cuadro 1, muestra las proporciones de peso que posee el miembro inferior. En el Cuadro 2 muestra las relaciones del miembro inferior para un adulto.
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