Biomechanika więzadeł krzyżowych stawu kolanowego

Aby dokładnie zrozumieć znaczenie i rolę więzadeł krzyżowych stawu kolanowego, należy uwzględnić ich następujące właściwości anatomiczne i biomechaniczne.

1. Grubość więzadeł

Grubość i objętość więzadeł są wprost proporcjonalne do ich siły i wytrzymałości, a więc im bardziej grubsze jest dane więzadło oraz im większa jest jego objętość, tym większa jest jego siła i wytrzymałość.

Odwrotna sytuacja ma miejsce odnośnie relacji grubość oraz objętość w stosunku do elastyczności. Im większa jest elastyczność więzadła, tym mniejsza jest jego objętość.
Dla lepszego zobrazowania powyższych zależności, możemy każde włókno budujące więzadło rozpatrywać jako małą sprężynkę.

2. Struktura więzadeł

Z powodu rozległości miejsca przyczepu więzadeł krzyżowych, ich włókna nie mają takiej samej długości.  Z tego powodu włókna więzadeł krzyżowych nie są rekrutowane podczas ruchu jednoczasowo.

Podobnie jak w przypadku włókien mięśniowych istnieje tutaj zjawisko rekrutacji włókien podczas ruchu stawu kolanowego, dlatego siła oraz elastyczność więzadeł krzyżowych jest zmienna.

3. Rozmiar oraz kierunek przebiegu przyczepu więzadeł krzyżowych

Włókna więzadeł krzyżowych nie zawsze mają względem siebie przebieg równoległy ale często są skręcone ponieważ linie łączące punkty przyczepu tych więzadeł (na kości piszczelowej i udowej) nie są równoległe względem siebie ale często przebiegają skośne lub prostopadłe względem siebie.

Również położenie względem siebie przyczepów więzadeł krzyżowych podczas ruchu stawu kolanowego, zmienia się, warunkując rekrutację włókien oraz modyfikując działanie więzadeł jako całości. Te zmiany w kierunku przebiegu więzadeł zachodzą nie tylko w płaszczyźnie strzałkowej ale we wszystkich trzech płaszczyznach, uzasadniając ich złożoność i stałe działanie w stabilności przednio – tylnej, bocznej oraz rotacyjnej stawu kolanowego.

W związku z powyższym, geometria więzadeł krzyżowych warunkuje kształt kłykci kości udowej we wszystkich trzech płaszczyznach w przestrzeni.

Więzadła krzyżowe zapewniają przede wszystkim stabilność przednio – tylną stawu kolanowego i pozwalają na ruch zawiasowy w tym stawie z jednoczesnym utrzymaniem blisko siebie powierzchni stawowych.

Rolę więzadeł krzyżowych stawu kolanowego, można zilustrować na prostym modelu mechanicznym:
Dwie deski (A i B) są połączone przez dwie taśmy, łączące przeciwne końce tych desek. W związku z tym mogą one poruszać się względem siebie dookoła dwóch osi. Punkty a oraz b mogą znajdować się w sposób odpowiedni i bezpośredni nad punktami c oraz d , ale nie może zaistnieć żaden ruch ślizgowym dwóch desek względem siebie.

Więzadła krzyżowe przypominają powyższe taśmy, z wyjątkiem że przypadku mechaniki więzadeł, występują nie dwie, lecz cała seria osi leżąca wzdłuż krzywizny kłykcia kości udowej. Podobnie jak na powyższym modelu, niemożliwy jest ruch ślizgowy.

W sytuacji gdy zakres ruchu zgięcia stawu kolanowego wzrasta do kąta około 90 stopni, a następnie do 120 stopni, PCL unosi się do góry pionowo i jest proporcjonalnie bardziej rozciągnięte aniżeli ACL.

Na bardziej detalicznym diagramie możemy zauważyć, że włókna tkanki łącznej, tworzącej pasmo tylno-boczne ACL, są rozluźnione (-) podczas gdy włókna ACL, tworzące pasmo przednio – przyśrodkowe, są rozciągane (+).

Odwrotna sytuacja, ma miejsce dla więzadła  PCL: pasmo przednio- przyśrodkowe  PCL będzie rozluźnione przy w/w kącie zgięcia stawu kolanowego, a pasmo tylno – boczne będzie napięte.

Więzadło krzyżowe tylne jest rozciągane podczas ruchu zgięcia.

Podczas ruchu wyprostu i przeprostu stawu kolanowego (z pozycji neutralnej), wszystkie włókna ACL są napięte. Następnie, podczas dużego przeprostu stawu kolanowego, „podłoga” (podstawa dołu międzykłykciowego), „uderza” w ACL i powoduje wzrost napięcia jego wszystkich włókien. Więzadło ACL jest  rozciągane podczas ruchu wyprostu oraz poprzez mechanizm opisany powyżej zabezpiecza nadmierny przeprost stawu kolanowego.