La patella: anatomia, funzioni ed infortuni

ANATOMIA DELLA PATELLA

rotula

La patella, meglio nota con il termine rotula, è un osso sesamoide, così definito per la sua notevole somiglianza con i semi di sesamo, inserito nel tendine del muscolo quadricipite femorale della coscia, a sua volta collocato nella tuberosità quadricipitale anteriore della tibia. La particolarità di questo tipo di ossa è la capacità di facilitare l’ azione muscolare in quanto sono le uniche dotate di dimensioni notevoli e costanti nella specie umana.

Posteriormente alla patella vi è l’ articolazione femoro-tibiale, racchiusa all’ interno della propria capsula articolare. La parte flessoria del ginocchio viene denominata cavo popliteo o, semplicemente, poplite. In questa regione, anche se raramente, è possibile notare la presenza di un altro osso sesamoide detto fabella, inserito nel tendine del gastrocnemio.

La patella poggia su un cuscinetto adiposo detto corpo di Hoffa, che le permette di scorrere su tutte le strutture posteriori a questa. Essa è, inoltre, collegata all’ articolazione del ginocchio mediante i legamenti alari che si congiungono medialmente, attraverso la capsula, con il menisco mediale  e, lateralmente, con la fascia lata.

Nella regione accanto alla patella ma, anche, nella porzione sottostante ad essa si spinge la borsa sinoviale. Essa, all’ interno dell’ incisura intercondiloidea del femore, forma la piega infrapatellare e, ai lati del corpo adiposo di Hoffa, costituisce le pieghe alari.

FISIOLOGIA DELLA PATELLA

La patella, come visto in precedenza, è il più grande osso sesamoide del nostro corpo. Le sue componenti ossee sono l’ incisura trocleare del femore e le faccette patellari. La rotula è inglobata nella inserzione tendinea del muscolo quadricipite femorale il quale converge a formare il tendine rotuleo.

La patella ha forma triangolare ed è dotata di un’ ampia base prossimale e di un apice distale distintamente visibili sul piano frontale. La sezione trasversa, inoltre, mostra una forma triangolare con un apice posteriore ed una larga base anteriore formata dalla superficie non articolare della patella stessa.

La superficie posteriore, invece, si articola con il femore mediante la presenza di sette faccette. In questa regione, infatti, la patella è coperta dalla cartilagine articolare che può essere alta fino a 10 mm, la più spessa del corpo umano.

La cresta centrale divide la patella in un complesso di faccette laterale e mediale. In ciascun complesso sono presenti tre faccette: una superiore, una media, una inferiore. Il complesso delle faccette mediali presenta una faccetta in più localizzata sul lato mediale e distale. Essa è detta faccetta di flessione o faccetta impari (odd facet) poiché si articola con il femore solamente durante la flessione estrema.

Le normali faccette rotulee sono concave al fine di articolarsi dolcemente con i condili articolari convessi. Lateralmente il complesso delle faccette è più largo, corrispondendo alla parete laterale dell’ incisura trocleare. L’ apice o parte inferiore della patella non si articola con il femore, come non si articola con la tibia nella sua complessità. In flessione completa il legamento rotuleo può venire a contatto con la superficie anteriore della tibia.

Alla nascita la patella è cartilaginea ed è sottoposta ad alcune variazioni morfologiche durante la ossificazione, con un riguardo particolare dedicato allo sviluppo delle faccette impari. Il solco trocleare, invece, è già presente alla nascita e non subisce variazioni nella sua forma.

Le trabecole sono allineate secondo le linee di forza applicate alla patella. Un gruppo di trabecole origina dalla superficie articolare posteriore, si proietta perpendicolarmente e poi si irradia superiormente. Un secondo gruppo, invece, si dirige orizzontalmente e parallelamente alla superficie anteriore. In questo modo, la patella è rinforzata contro la pressione indotta dal contatto con l’ articolazione, come accade per le forze di trazione imposte dalle contrazioni muscolari e dalle costrizioni dei tessuti molli.

La cartilagine articolare della patella non segue precisamente il profilo dell’ osso sottostante infatti l’ apice osseo coincide con quello cartilagineo solo nel 15% dei casi. Nel 60% dei casi, infatti, l’apice cartilagineo è laterale rispetto a quello osseo e nel 25% dei casi esso è mediale. Analoga situazione si può riscontrare dal lato trocleare in cui il punto più basso della troclea non sempre raggiunge quello della cartilagine articolare.

Lateralmente la patella ha una forma grossolanamente rettangolare con un segmento triangolare attaccato al margine distale, costituito dal polo inferiore non articolare. Negli individui normali, la lunghezza dell’ asse maggiore, detto diagonale, è 1.2-1.5 volte quella della superficie articolare. Nella sezione assiale, l’ osso rotuleo assume la forma di una v, avente la branca laterale più lunga.

MORFOLOGIA DELLA PATELLA

Lo studioso Wiberg nel 1941 ha proposto una classificazione basata sull’ aspetto morfologico della patella ottenuto tramite radiografie in proiezione assiale infatti, in base alle dimensioni e alla concavità o convessità delle faccette mediali e laterali descriveva tre differenti tipi di configurazioni femoro-rotulee.

La prima distinzione è caratterizzata dalla presenza di concavità su entrambe le faccette uguali per dimensione e con un legame molto forte con un solco femorale.

La seconda distinzione, invece, è composta da una faccetta mediale più piccola rispetto alla laterale e piatta con, comunque, ancora un buon legame con il solco femorale. A questa se ne associa un’ altra caratterizzata da una faccetta mediale più piccola rispetto alla laterale ma convessa, con un buon legame con il solco femorale.

La terza distinzione prevede una faccetta mediale molto più piccola rispetto alla laterale con un solco femorale poco profondo, avente un’ instabilità parziale della patella.

La quarta distinzione, infine, prevede deformità di tipo jagerhut, il cappello da caccia, che determina grave instabilità.

FUNZIONI DELLA PATELLA

La patella ha funzione di centratura durante la contrazione del quadricipite con effetto di aumentare la forza e di frenare il movimento di flessione del ginocchio, oltre a ripartire gli sforzi applicati al tendine rotuleo, nel tentativo di stabilizzare il ginocchio durante la esecuzione dei movimenti rotatori.

Il buon funzionamento della patella è basato sulla presenza di un angolo femoro-tibiale di circa 5-7 gradi. Il muscolo quadricipite ricopre un ruolo fondamentale nella stabilità rotulea, in particolare il vasto mediale obliquo assicura la stabilità verticale, orizzontale e rotatoria.

Il quadricipite, infatti, è in grado di esercitare nel suo insieme una forza notevole che determina, anche, la stabilità legamentosa della patella stessa, realizzata dai legamenti alari interno ed esterno, la cui tensione può influenzare l’ intera morfologia rotulea.

La patella, durante i movimenti di flesso-estensione, si sposta di 7.4 cm e gli sforzi a cui è sottoposta variano a seconda delle fasi di movimento. Nella flessione in carico, infatti, la faccia posteriore della rotula subisce una notevole compressione contro il femore e, per diminuirne lo sforzo, i muscoli gemelli si contraggono richiamando indietro il femore.

I legamenti, in ogni fase del movimento, devono mantenere costanti le distanze tra i capi ossei. La lassità legamentosa, infatti, determina una modifica dei movimenti flessori, con conseguente disarmonia muscolare.

E’ necessaria, infine, l’ esistenza di uno stretto sinergismo tra il legamento crociato anteriore ed i muscoli ischio-crurali e tra il legamento crociato posteriore ed i muscoli gemelli affinchè sia facilmente sopportabile, da parte della patella, un sovraccarico.

BIOMECCANICA DELLA PATELLA

Le articolazioni del ginocchio lavorano congiuntamente affinchè sia possibile produrre un movimento uniforme e potente. La capacità del ginocchio di resistere alla pressione esercitata durante l’ attività motoria costituisce un fattore determinante per la sua azione. L’ integrità biomeccanica dell’ articolazione femoro-rotulea si affida alle proprietà della cartilagine articolare e sulle sue componenti statiche e dinamiche.

La forma dei condili femorali e dei piatti tibiali influisce sulla modalità di intersezione tra tibia e femore. Il ginocchio, infatti, consiste di due articolazioni condiloidee denominate articolazione tibio-femorale mediale laterale e articolazione sellare, collocata tra patella e solco trocleare del femore. Le articolazioni tibio-femorale e femoro-rotulea sono inserite allo interno della singola cavità sinoviale.

I movimenti osteo-cinematici del ginocchio sono la flessione, l’ estensione e la rotazione tibiale. I movimenti artro-cinematici, invece, descrivono i movimenti delle superfici articolari l’ una rispetto all’ altra nel momento in cui il ginocchio occupa diverse posizioni. Il ginocchio possiede sei tipi di movimento attuati intorno a tre assi anatomici: longitudinale, trasversale e antero-posteriore. Ciascun asse presenta un movimento di traslazione e di rotazione.

La flesso-estensione è la rotazione intorno all’ asse trasversale, in comune con la traslazione tibiale mediale-laterale. La traslazione antero-posteriore detta anche, cassetto della tibia, si verifica lungo l’ omonimo asse la cui rotazione determina l’ abduzione e la adduzione della tibia, determinanti la stabilità in varo e in valgo del ginocchio.

Non tutti i movimenti possibili dell’ articolazione tibio-femorale si presentano come volontari. Alcuni movimenti, infatti, sono accoppiati ad altri determinando un asse di rotazione obliquo, a sua volta controllato dalle geometrie articolari e dai vincoli legamentosi. Il movimento libero della articolazione tibio-femorale e di quella femoro-rotulea è interdipendente dal momento che la limitazione di un movimento all’ interno di un’ articolazione può generare la stessa limitazione in un’ altra.

L’ estensione del ginocchio è legata allo scorrere superiore della patella, alla traslazione anteriore della tibia e alla rotazione esterna del ginocchio, denominata meccanismo a troclea oppure rotazione automatica. Essa è determinata dal movimento ineguale dei comparti mediale e laterale. Il condilo mediale, infatti, tende a ruotare durante l’ estensione mentre quello laterale ha un maggior grado di rotazione e di scivolamento. Conseguente a questo movimento è la rotazione interna del femore, aiutata dalla tensione esercitata dai legamenti crociati. La traslazione anteriore della tibia si sovrappone a questa rotazione mediante uno scivolamento provocato dalla tensione sviluppata nel muscolo quadricipite.

Lo scorrimento di una superficie concava, la tibia, sopra una superficie convessa, il femore, si trova nella stessa direzione della rotazione pertanto l’ estensione del ginocchio, a cui è accoppiato lo scorrere verso l’ alto della patella, è accompagnato dalla traslazione anteriore della tibia. Il movimento appena menzionato risulta, così, essere derivato dalla tensione applicata dal quadricipite sulla patella.

Nel caso in cui lo scivolamento rotuleo risultasse limitato a causa della inibizione muscolare o della restrizione meccanica, l’ estensione del ginocchio risulta determinata da un periodo di latenza. Nell’ esecuzione dell’ azione estensoria si verificano movimenti opposti, a quelli in precedenza menzionati, tra femore e tibia e tra femore e rotula. La flessione, infatti, è associata alla rotazione interna della tibia, alla traslazione posteriore della tibia e allo scivolamento inferiore della patella. Esso è il risultato della tensione passiva sviluppata nel legamento rotuleo e nei legamenti menisco-rotulei quando sono tirati posteriormente.

La patella, tuttavia, possiede anche altre componenti di movimento associate allo scivolamento superiore ed inferiore causate dal quadricipite e dal legamento rotuleo. Il modello di movimento normale della patella, infatti, include lo spostamento laterale, la inclinazione laterale e la rotazione laterale che si verificano quando il ginocchio viene esteso dalla posizione flessa.

La funzione meccanica della patella è quella di incrementare l’ efficienza dei gruppi muscolari associati al quadricipite e di provvedere alla protezione ossea anteriore del femore. La funzione normale dell’ articolazione femoro-rotulea si basa su due fattori essenziali. Il primo consiste nella capacità della patella di resistere al carico meccanico mentre il secondo permette la stabilizzazione della patella all’ interno del solco trocleare. La stabilizzazione dell’ articolazione femoro-rotulea, come nel caso di quella tibio-femorale, si basa sulla geometria ossea, sulla stabilizzazione legamentosa e su quella attiva della componente muscolare.

La displasia del condilo femorale laterale e la debolezza del vasto mediale obliquo, insieme a quella degli altri muscoli stabilizzatori mediali possono provocare l’ instabilità della patella oppure un’ anomalia nelle sue modalità di scorrimento. La patella, infatti, deve resistere a grossi carichi compressivi e di trazione causati dalla contrazione del quadricipite, specialmente nelle situazioni in cui essa è in carico.

Nell’ attività giornaliera, l’ articolazione femoro-rotulea può essere soggetta a carichi compressivi fino a 10 volte superiori il peso corporeo. La compressione delle superfici articolari si verifica quando la patella entra in contatto con il solco trocleare in posizione 10° di flessione. Le faccette rotulee inferiori si articolano, così, con le faccette trocleari superiori. La loro area di contatto aumenta quando il ginocchio è flesso a 90°, in una progressione indirizzata dal basso verso l’ alto. Nel considerare le faccette trocleari, il modello si inverte.

La flessione protratta oltre i 125° permette l’ articolazione con il solco femorale mediale delle faccette impari. In questo caso si manifestano, su di un’ area piuttosto piccola, ingenti forze che provocano sull’ articolazione quantità notevoli di stress. La parte della patella che non si articola con il femore è sottoposta alla trazione meccanica interna allo osso.

Minns e alcuni suoi colleghi spiegano come lo stress in trazione possa contribuire alle lesioni della cartilagine articolare alterando l’ osso subcondrale, compromettendone le capacità di sopportare le forze di carico. Tra i fattori provocanti questo stress vi sono lo incremento dell’ angolo q, interessante la patologia patellare, ed il rapporto tra lunghezza rotulea e larghezza del tendine rotuleo.

La patella non serve solo come puleggia anatomica poiché, se così fosse, la tensione presente nel legamento rotuleo sarebbe uguale alla tensione sviluppata dal quadricipite. Il rapporto tra le forze, invece, cambia in funzione dell’ angolo di flessione del ginocchio, in cui le forze sono uguali solamente a 45 °. In caso di esercizi in estensione terminale, infatti, la forza sviluppata nel legamento rotuleo è maggiore di quella sviluppata dal quadricipite a causa della posizione meccanica a favore di quest’ ultimo.

Tale esercizio può, dunque, causare irritazione del legamento o tendine rotuleo per questo è necessaria la presenza di due circostanze biomeccaniche nel periodo di rieducazione. Esse sono la catena cinetica chiusa e la catena cinetica aperta. Stendler osservò che le funzioni muscolari e quelle articolari si modificano quando la mano ed il piede trovano un punto fisso, determinando la chiusura della catena cinetica.

La pressione di contatto aumenta, pertanto, con la flessione del ginocchio fattore che incrementa lo stress da contatto determinando da un aumento dell’ area articolare. Nella catena cinetica aperta, invece, lo stress da contatto aumenta con l’ estensione del ginocchio poiché l’ aumento della torsione del quadricipite è associata ad una diminuzione dell’ area di contatto femoro-rotulea. Lo stress di contatto nella catena aperta può essere da 4 a 10 volte maggiore rispetto a quello che si verifica all’ interno della catena chiusa in presenza di un angolo flessorio di 30°.

PATOLOGIA DELLA PATELLA

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Il ginocchio è, come è stato osservato nelle illustrazioni precedenti, impegnato nella ricerca costante di un equilibrio statico e di un equilibrio dinamico di tipo tridimensionale tra i vari gruppi muscolari. Il mancato equilibrio tra la componente agonista e la componente antagonista di questi gruppi muscolari sul piano sagittale causa l’ origine del dolore rotuleo.

Un vasto mediale obliquo e poco tonico, la rigidità delle strutture laterali dell’ articolazione e il loro accorciamento, una rotula troppo alta e l’ aumento dell’ angolo q possono provocare “lateralizzazione” della rotula e, quindi, dolore.

L’ angolo q è formato dall’ intersezione della linea che rappresenta il vettore di forza del muscolo quadricipite con quella del tendine rotuleo. Nel caso in cui tale angolo superi i 15° nella donna e i 10° nell’ uomo è possibile che si verifichi iperpressione rotulea con conseguente disfunzione.

I problemi patologici della rotula sono, dunque, di natura muscolare legati all’ apparato estensore del quadricipite e alle porzioni tendinee che si inseriscono sulla patella ma che coinvolgono, anche, la struttura cartilaginea nel momento in cui il muscolo esegua una trazione irregolare sulla parte interna o, più frequentemente, su quella esterna in modo tale che la patella, non riuscendo a scivolare liberamente nella troclea, sfrega contro il proprio orlo provocando, con il trascorrere del tempo, la degenerazione della cartilagine articolare che diventa ruvida. La sua rugosità provoca, così, degli scrosci simili allo schioccare delle dita che sono la fonte del dolore.

Nel momento in cui il tessuto cartilagineo che si trova intorno all’ osso comincia a cedere si parla di condropatia rotulea, mentre con il termine  condromalacia si intende il processo degenerativo vero e proprio già in atto. La condropatia, generalmente, si presenta con differenti gradi di gravità a seconda che la cartilagine abbia perso consistenza o meno, mostri piccole fissurazioni o manifesti una perdita di sostanza cartilaginea tanto ingente da scoprire l’ osso. Essa è la patologia del ginocchio del corridore, provocata da sforzi eccessivi, tipici degli sportivi, spesso aggravati da situazioni anatomiche sfavorevoli.

La donna risulta essere più predisposta a questo tipo di patologia a causa della sua conformazione delle anche che, essendo più ampie gravano maggiormente sulla articolazione del ginocchio, e dei piedi che, essendo eccessivamente pronati, sono compensati da una rotazione esterna della tibia che può causare ipersollecitazione della patella e scatenare sintomi dolorosi.

La tendinopatia rotulea, invece, è una delle patologie più note a causa della gravità dei suoi sintomi che interessano l’ apparato estensore del ginocchio, in modo particolare il tendine rotuleo, in corrispondenza della sua inserzione di origine, sull’ apice inferiore della rotula. Essa è piuttosto frequente in soggetti che svolgono attività sportiva come il basket, la pallavolo, il calcio e l’ atletica leggera, in special modo nelle specialità di salti e di sprint che sollecitano il tendine rotuleo fino al verificarsi di un infortunio.

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