La rodilla: anatomía y biomecánica

La rodilla es una de las articulaciones más grandes y complejas del cuerpo humano, fundamental para la movilidad en actividades tan básicas como caminar, correr o saltar, arrodillarse o sentarse, y el soporte del peso corporal haciendo frente a la fuerza de gravedad.

Se trata de una articulación muy vulnerable a lesiones porque es móvil, soporta peso y su estabilidad depende casi por completo de los músculos y los ligamentos asociados. Esta situación será acentuada por una pérdida del desarrollo biomecánico para el que nacimos preparados.

Este artículo tiene como finalidad proporcionarte una base sólida y completa sobre la anatomía de la rodilla y su biomecánica, respaldado por referencias científicas recientes y libros de prestigio para garantizar la precisión y actualidad de la información. Comprender su biomecánica es esencial para cualquiera que quiera prevenir lesiones y mejorar su rendimiento deportivo. 

La rodilla, como estructura importante del cuerpo humano, está ubicada entre la articulación del pie y la de la cadera, por lo que, lo que ocurre en alguna de estas estructuras condicionará también la biomecánica de la rodilla. Si quieres saber más sobre el pie o la cadera, te dejo los siguientes enlaces abajo.

Anatomía de la rodilla; biomecánica de la rodilla; biomecanica de la rodilla; la rodilla
Imagen 1: Fig. 9. En Principios de anatomía y fisiología, por Tortora y Derrikson, 2011, 13rd ed, Madrid: Ed. Médica Panamericana. La rodilla

La rodilla es la articulación más grande y compleja del cuerpo. En términos anatómicos, es una articulación gínglimo porque su movimiento principal es tipo bisagra uniaxial (Tortora and Derrickson, 2011)

Estructura ósea: El fémur, la tibia y la rótula

Imagen 2: Fig 8.10 en Basic Biomechanics por Hall, S. (2021). McGraw-Hill Education. Ligamentos de la rodilla

Es una estructura articular conformada por 3 huesos principales: el fémur, la tibia y la rótula

El fémur, o hueso del muslo, es el hueso más largo, más pesado y más fuerte del cuerpo (Tortora and Derrickson, 2011). Su parte distal, formada por el cóndilo medial y el cóndilo lateral, se articula con la tibia a través de los cóndilos medial y lateral formando la articulación femorotibial, mientras que la rótula, un hueso sesamoideo, se articula con el fémur en la articulación femororrotuliana (Moore et al., 2020). Por encima de los cóndilos, se encuentran el epicóndilo medial y el epicóndilo lateral, en los que se insertan los ligamentos de la rodilla (Tortora and Derrickson, 2011)

El extremo proximal de la tibia se expande en un cóndilo lateral y un cóndilo medial. Éstos se articulan con los cóndilos del fémur para formar las articulaciones tibiofemorales lateral y medial. La superficie inferior del cóndilo lateral se articula con la cabeza del peroné (Tortora and Derrickson, 2011)

La rótula, también conocida como patela, es un hueso pequeño, triangular, localizado por delante de la articulación de la rodilla (Tortora and Derrickson, 2011). La rótula aumenta la acción de palanca del tendón del músculo cuádriceps femoral, mantiene la posición del tendón cuando la rodilla está flexionada y protege la articulación en su conjunto.

La articulación femororrotuliana, entre la superficie posterior de la rótula y la carilla rotuliana del fémur, forma el componente intermedio de la articulación tibiofemoral (Tortora and Derrickson, 2011)

Imagen 3: Fig. 8.14. en Principios de Anatomía y Fisiología, por Tortora y Derrikson. La rótula se articula con los cóndilos lateral y medial del fémur. 2011.

Cápsula articular y Ligamentos

La articulación tiene una cápsula independiente incompleta que une los huesos de la articulación. Es una vaina fibrosa que rodea la articulación consiste, en su mayor parte, en tendones de músculos o sus expansiones

La estabilidad de la rodilla depende en gran medida de sus ligamentos, incluidos el ligamento cruzado anterior (LCA), el ligamento cruzado posterior (LCP), el ligamento colateral medial (LCM) y el ligamento colateral lateral (LCL) (Nordin & Frankel, 2019).

Estos ligamentos proporcionan estabilidad en los planos sagital y coronal, permitiendo que ésta soporte cargas significativas mientras mantiene su integridad estructural.

  • Los ligamentos cruzados, algunos de cuyos fascículos se hallan siempre tensos, aseguran el contacto entre las superficies articulares.
  • Los ligamentos cruzados y colaterales limitan la extensión
  • Los ligamentos colaterales se relajan en la flexión.
  • Los ligamentos colaterales limitan la rotación lateral
  • Los ligamentos cruzados detienen la rotación medial/interna
anatomia de la rodilla
Imagen 4: Fig. 9.15. en Principios de Anatomía y Fisiología, por Tortora y Derrikson. Vista anterior profunda de la rodilla 2011.

Otros ligamentos importantes de la articulación son:

El ligamento rotuliano Continuación del tendón común de inserción del músculo cuádriceps femoral, que se extiende desde la rótula hasta la tuberosidad de la tibia (tuberosidad tibial). Este ligamento también refuerza la superficie anterior de la articulación.

El ligamento poplíteo arqueado y el ligamento poplíteo oblicuo

Imagen 5: Fig 8.12 en Basic Biomechanics por Hall, S. (2021). McGraw-Hill Education. Ligamentos de la rodilla

Músculos y tendones

El principal y único músculo que extiende la rodilla es el cuádriceps femoral. Se trata del segundo músculo más potente del cuerpo, después del glúteo mayor. Está constituido por cuatro cuerpos musculares: 

  • 3 músculos monoarticulares: el vasto medial, el vasto intermedio y el vasto lateral. Son únicamente extensores de la rodilla.
  • 1 músculo biarticular: el recto femoral. Además de extensor de la rodilla es flexor de la cadera.
anatomía de la rodilla; cuádriceps
Imagen 6. Fig 13.7 En Kinesiology of the musculoskeletal System por Donald A. Neumann, 2016. Ed: Elsevier. Vista anterior de la rodilla derecha incluyendo parte de su musculatura y tendones

La cápsula posterior está reforzada por los músculos poplíteo, gastrocnemio y isquiotibiales, especialmente por las extensiones fibrosas del tendón semimembranoso.

La contracción de los isquiotibiales flexiona la rodilla y desliza la tibia hacia atrás en relación con el fémur. La flexión de la rodilla elonga el cuádriceps y la mayoría de las fibras del ligamento cruzado posterior (LCP) (Neumann, 2016)

El semitendinoso y el semimembranoso son responsables de crear rotación interna de la rodilla y la tibia cuando la rodilla está flexionada. De manera opuesta, el bíceps femoral, por su inserción en la cabeza del peroné, crea rotación externa de la rodilla y la tibia cuando la rodilla está flexionada, así como el vasto lateral por su inserción lateral sobre la rótula y tendón rotuliano.

El gemelo medial rotará internamente el fémur respecto a la rodilla lo que supone una rotación externa tibial.

anatomía de la rodilla
Imagen 7. Fig 13.9 En Kinesiology of the musculoskeletal System por Donald A. Neumann, 2016. Ed: Elsevier. Vista posterior de la rodilla derecha incluyendo parte de su musculatura y tendones

Cartílago y meniscos

El cartílago articular cubre las superficies óseas en la articulación, permitiendo un movimiento suave y reduciendo la fricción.

Dentro de la rodilla existen almohadillas de fibrocartílago en forma de medialuna, entre las superficies articulares de los huesos que se fijan a la cápsula fibrosa denominadas discos articulares o meniscos. Estos reducen la incongruencia articular entre los cóndilos femorales y la cara superior de la tibia (Delgado, 2017)

Meniscos

Los meniscos son dos discos de fibrocartílago entre los cóndilo tibial y femoral que ayudan a compensar las formas irregulares de los huesos y a la circulación del líquido sinovial. El menisco medial tiene forma de “C” y el menisco lateral tiene forma de “O incompleta”. 

Los discos se adhieren con firmeza a la superficie interna de la membrana fibrosa y suelen subdividir a la cavidad sinovial en dos espacios, lo que permite movimientos separados en cada uno de estos espacios. Actúan como amortiguadores y estabilizadores de la rodilla, distribuyendo las cargas y mejorando la congruencia articular (Howell, 2018).

Imagen 8: Fig. 9.15. en Principios de Anatomía y Fisiología, por Tortora y Derrikson. Vista superior de los meniscos. 2011.

Biomecánica de la rodilla

La biomecánica de la rodilla es el estudio de cómo se mueven y funcionan las distintas partes de esta articulación bajo diferentes fuerzas. Esto incluye analizar cómo interactúan los huesos, ligamentos y músculos para permitirnos caminar, correr o saltar sin lesiones.

Es una estructura que requiere poseer una gran estabilidad en su máxima extensión, una posición en la cual ésta hace esfuerzos debido al peso corporal y a la longitud de los brazos de palanca. Pero a la vez, requiere una gran movilidad a partir de cierto ángulo de flexión, necesaria para la carrera y para orientar el pie de forma óptima en relación a las irregularidades del terreno (Kapandji, 2012).

Funciones biomecánicas

Facilitar la locomoción

Su principal función es facilitar la locomoción, ya que actúa como una bisagra que permite la flexión y extensión de la pierna, lo que es esencial para caminar, correr, saltar, arrodillarse, etc.. Además también permite un grado limitado de rotación medial y lateral cuando está en flexión, lo que es crucial para maniobrar y cambiar de dirección.

Absorción de impactos

La rodilla, junto con los músculos, ligamentos y meniscos, actúa como un amortiguador que distribuye las fuerzas generadas durante la actividad física para evitar lesiones en los huesos y articulaciones. Esto es particularmente importante durante actividades de alta intensidad como correr o saltar, donde las fuerzas de impacto pueden ser significativas.

Estabilidad corporal

La estabilidad de la articulación es soportada por una estructura compleja de ligamentos, como el ligamento cruzado anterior y posterior, que evitan movimientos excesivos que podrían llevar a lesiones.

Osteocinemática de la rodilla

Es una articulación que presenta una movilidad en los tres planos del espacio: sagital, frontal y horizontal

Principalmente, hablamos de una articulación para el movimiento de flexo-extensión de la extremidad inferior, lo que permite aproximar o alejar la parte distal del miembro inferior de su origen (imagen 9.a), o lo que es lo mismo, regular la distancia del cuerpo con respecto al suelo (Imagen 9.b) (Kapandji, 2012).

Además, tiene otro segundo movimiento que es la rotación. La capacidad de rotar la rodilla, estará limitada por la flexión de la misma. No se puede rotar con la rodilla extendida.

biomecánica de la rodilla
Imagen 9. Fig 1.6 En Kinesiology of the musculoskeletal System por Donald A. Neumann, 2016. Ed: Elsevier. Osteocinemática de la rodilla en el plano sagital

Movimiento de flexo-extensión

La flexoextensión es la capacidad de movimiento principal. Es una articulación sinovial que permite principalmente los movimientos de flexión y extensión, con un rango de movilidad que varía de 0° a aproximadamente 135° en un adulto sano (Hamill & Knutzen, 2018). La flexión pasiva llega a 160° y la hiperextensión a 15° (Voegeli, 2001).

Los meniscos se adaptan a la curvatura de los cóndilos del hueso del fémur y resbalan ligeramente hacia adelante en la extensión, por las aletas menisco-rotulianas; hacia atrás en la flexión, especialmente el lateral; el medial fuertemente adherido al ligamento colateral es arrastrado medialmente en la extensión completa (Delgado, 2017)

Rotaciones de la rodilla

El movimiento de rotación de la rodilla sólo puede realizarse con algún grado de flexión de la misma articulación. La rodilla en extensión tiene bloqueada la capacidad de rotación. Los momentos de fuerza de los músculos con disposición longitudinal no son efectivos cuando está extendida pero estos momentos toman protagonismo con la flexión de la misma.

Los músculos con acción sobre la rodilla y que pueden generar rotación tibiofemoral son: Poplíteo, semitendinoso, semimembranoso, sartorio, recto interno, gemelo lateral y vasto medial son los músculos con momentos de rotación interna sobre la rodilla y, tensor de la fascia lata (TFL), bíceps femoral, gemelo medial y vasto lateral presentan momentos de rotación externa.

El TFL es un músculo rotador interno de cadera y rotador externo de rodilla (inserción en el tubérculo de Gerdy de la tibia con expansiones a retináculo externo y peroné), lo que lo convierte en un importante culpable o cuanto menos sospechoso de un síndrome de rotación tibiofemoral. Un TFL con menor rigidez y tensión no influenciará tanto sobre la rotación interna de cadera y externa de rodilla.

biomecanica de la rodilla
Imagen 10: Kapandji, 2012. Rotaciones de la rodilla en flexión

Factores biomecánicos de impacto

Hay diversos factores que influyen en la biomecánica y salud articular:

Alineación, centro de masas y fuerza de la gravedad

La rodilla trabaja, esencialmente, en compresión bajo la acción de la gravedad (Kapandji, 2012). Cómo se alinea la rodilla será determinante para la salud de ésta.

En un apoyo bipodal, el centro de gravedad (CdG) se encuentra a la altura de la tercera vértebra lumbar. El peso concentrado en este centro de gravedad se transmite por la pelvis al suelo a través de ambas extremidades inferiores, por lo que cada rodilla soporta la mitad de la carga (43 % ). Sin embargo, en un apoyo monopodal, el CdG de esta masa es distinto y está localizado a la altura del disco intervertebral L4-L5 (Voegeli, 2001)

En un apoyo monopodal, la fuerza del tensor de la fascia lata, el bíceps y el glúteo mayor que se transmite a la rodilla por la cintilla de Maissiat (cintilla iliotibial), es esencial para buscar la neutralidad en la compresión de las fuerzas que se ejercen sobre ella por acción de la gravedad.

Cuando la articulación presenta algún tipo de deformidad axial este sistema de equilibrio se ve seriamente comprometido y el resultado es la sobrecarga mecánica de un compartimiento articular. Las dos más frecuentes son el genu valgum y el genu varum.

Genu Valgum vs. Genu Varum

El genu valgum (genu-, rodilla; -valgus, dirigido hacia afuera) es la deformidad en la que las rodillas están anormalmente cerca una de la otra, y el espacio entre los tobillos está aumentado debido a angulación lateral de la tibia respecto del fémur. Cuando este desplazamiento sobrepasa el centro de giro del cóndilo femoral externo, el fémur bascula sobre la tibia, desestabilizando la rodilla. Denominado también piernas en X (imagen 10.b)

Esencialmente, en actividades de salto, al actuar la gravedad sobre el cuerpo, induce una gran aducción y un gran torque de rotación interna en las caderas mientras las caderas se mueven hacia la flexión.

El genu varum (varus-, dirigido hacia adentro) es la deformidad en la que las rodillas están anormalmente separadas una de la otra; existe angulación medial de la tibia respecto del fémur, y los miembros inferiores están arqueados lateralmente. Denominado también piernas en Y. Se sobrecarga el compartimiento interno de la rodilla (imagen 10.a)

Imagen 10: Fig 8.10 en Basic Biomechanics por Hall, S. (2021). McGraw-Hill Education. Genu varum & Genu Valgum

Las desalineaciones laterales en una articulación de la extremidad inferior suelen ir acompañadas de desalineaciones compensatorias en otras articulaciones de la extremidad inferior debido a la naturaleza de la carga articular durante la carga de peso. Esto lo puedes apreciar en el complejo pie-tobillo (imagen 11)

Imagen 11: Fig 8.26 en Basic Biomechanics por Hall, S. (2021). McGraw-Hill Education. El pie se adapta estructuralmente

Cadenas cinéticas y equilibrio en el plano sagital

La rodilla funciona dentro de una cadena cinética que involucra a la cadera y el tobillo. Su biomecánica se ve influenciada por la alineación y movilidad de estas articulaciones, así como por la fuerza y función de los músculos que las rodean (Neumann, 2017). La disfunción en cualquier parte de esta cadena puede aumentar el estrés sobre la articulación y contribuir a la aparición de lesiones.

En una situación de genu flexo (ver imagen 12), donde la extremidad inferior está en una posición de ligera flexión de sus articulaciones, la vertical de su centro de gravedad pasa por el antepié, lo que hace que el peso del cuerpo flexionará la pierna sobre el pie. Esto se compensa por el tríceps sural, pasando la resultante de ambas fuerzas por el eje de flexión del tobillo. Asimismo, el peso del cuerpo tiende a bascular la pelvis hacia delante siendo equilibrada por los isquiotibiales. La resultante de ambas fuerzas cruza el centro de la cabeza femoral y se continúa por detrás de la rodilla. Junto con la tracción de los gemelos ambas fuerzas tienden a flexionar la rodilla. Para mantener el equilibrio se necesita una fuerza por delante de la rodilla que está representada por el cuádriceps. La resultante debe pasar necesariamente por el eje de la flexión de la rodilla.

En el genu flexo, la suma de todas las fuerzas (R4 en imagen 12) aumenta la intensidad y se incrementa la fuerza del fémur sobre la tibia. Al mismo tiempo las superficies óseas en contacto disminuyen y se hacen posteriores. Todo ello provocará una sobrecarga articular en este compartimento posterior.

biomecánica de la rodilla
Imagen 12: Fig. 13.6 en Lecciones basicas de biomecanica del aparato locomotor, de Voegeli, A. V. 2001. Springer Iberica.

Rotación tibiofemoral

La rotación postural de la tibia sobre el fémur, medial o lateral, es bastante frecuente. Son muchos los factores que pueden contribuir a este patrón, como la distensión de los tejidos periarticulares y las tensiones procedentes del pie (Myers, 2015)

Si la tibia está rotada en sentido medial, será necesario trabajar el semimembranoso y el semitendinoso. Si la tibia está rotada en sentido lateral, será necesario trabajar las dos cabezas del bíceps femoral

La rotación tibiofemoral es un factor de riesgo para sufrir lesiones de rodilla en general y, principalmente, lesión en el LCA y lesión femoropatelar. Un desequilibrio y/o una falta de control en la rotación tibiofemoral significa un alto riesgo de lesión femoro-patelar, lesión del tendón rotuliano o lesión ligamentosa en la rodilla, y sobre todo si va asociado a valgo de rodilla (Kendall, 1993)

La forma de la rótula y el ángulo Q

En la articulación femoropatelar, las zonas de contacto están condicionadas en gran parte por la forma de la tróclea femoral y de la rótula. Wiberg (1941) describe tres tipos de rótula en relación con la superficie articular de las carillas interna y externa y su orientación. Afirma que la condrom alacia rotuliana es más frecuente en los grupos II y III, que presentan una carilla interna más pequeña y vertical que la carilla externa (imagen 13).

Imagen 13: Fig. 13.10 en Lecciones basicas de biomecanica del aparato locomotor, de Voegeli, A. V. 2001. Springer Iberica.

En los casos de genu valgo, de lateralización de la tuberosidad exterior de la tibia o de hipotonía del vasto interno, aumenta el ángulo Q y la rótula se desplaza hacia fuera. Clínicamente se traduce por una subluxación o luxación rotuliana.

Estabilidad y movilidad de la articulación

Estabilizadores dinámicos articulares

Según Voegeli (2001) la rodilla está estabilizada, en función del movimiento, de la siguiente manera:

1. En extensión, la rodilla se encuentra estabilizada por el autoatornillamiento, el enrosque y tensión de los ligamentos cruzados, por la tensión de las estructuras laterales y posteriores y por la acción del cuádriceps.
2. La flexión-rotación interna-varo está limitada por el complejo ligamentoso externo, por el progresivo autoenrollamiento de los ligamentos cruzados y por el bíceps.
3. La flexión-rotación externa-valgo está controlada por el complejo ligamentoso interno y por los músculos de la pata de ganso y el semimembranoso.

El cuádriceps como estabilizador

El cuádriceps, como elemento estabilizador tiene las siguientes misiones (Voegeli, 2001):
• Actúa sinérgicamente con el cruzado posterior impidiendo el desplazamiento posterior de la tibia.
• El equilibrio entre el vasto externo, recto anterior y vasto interno, es el responsable de la estabilización de la rótula en la tróclea femoral.
• Sus expansiones tensan la cápsula articular, y los tractos fibrosos que los conectan con los meniscos hacen que éstos se desplacen hacia delante en la extensión de la rodilla.
• Al igual que las otras masas musculares, coapta las superficies articulares, evitando movimientos intempestuosos entre fémur y tibia.

Los meniscos como estabilizadores

Los meniscos, al aumentar la congruencia articular, actúan también como elementos estabilizadores de la articulación. Con la rodilla en extensión, los cóndilos presentan a la meseta tibial su radio mayor de curvatura y los meniscos se encuentran perfectamente encajados entre las superficies articulares (imagen 14.b ). Esto permite la transmisión de fuerzas de compresión a través de la rodilla y por tanto ayuda a su estabilidad. De manera inversa, en la flexión los cóndilos presentan a la meseta su radio menor y los meniscos pierden parte de su contacto con el fémur, lo que favorece la movilidad en detrimento de la estabilidad (Voegeli, 2001)

biomecanica de la rodilla; meniscos rodilla
Imagen 14: Fig. 13.2 en Lecciones basicas de biomecanica del aparato locomotor, de Voegeli, A. V. 2001. Springer Iberica.

B. Transmisión de fuerzas a compresión en la rodilla en extensión.
C. Situación de los meniscos en flexión y extensión.

Debido a este importante papel que desempeñan los meniscos en la transmisión de la carga a través de la superficie articular, es por lo que la meniscectomía predispone a la aparición de la artrosis de la rodilla (Voegeli, 2001)

Una articulación vulnerable a lesiones

Cuando está flexionada, es más inestable y está más expuesta a lesiones ligamentosas y/o meniscales. En la siguiente imagen de una vista medial de la rodilla puedes ver la elongación relativa de algunas fibras del ligamento colateral medial, el ligamento poplíteo oblicuo, la cápsula posterior y los componentes del ligamento cruzado anterior (LCA) durante la extensión femoral-tibial activa (Neumann, 2016)

(A) En la flexión de la rodilla, las estructuras se muestran en un estado relativamente relajado (o menos tenso).

(B) Las estructuras se tensan relativamente a medida que la rodilla se extiende activamente mediante la contracción del cuádriceps

Imagen 14. Fig 13.7 En Kinesiology of the musculoskeletal System por Donald A. Neumann, 2016. Ed: Elsevier. Vista medial de la rodilla y elongación de varios ligamentos

Diferencias sexuales con respecto a la rodilla

El ángulo Q

Describe el ángulo formado por los ejes del fémur y la tibia. El valor medio de este ángulo es de 15°, algo menor en el varón y algo mayor en la mujer (Voegeli, 2001).

El cuerpo (diáfisis) del fémur presenta una angulación medial y, en consecuencia, las articulaciones de la rodilla están más cerca de la línea media que las articulaciones de la cadera. Este ángulo de la diáfisis femoral (ángulo de convergencia) es mayor en las
mujeres, porque la pelvis femenina es más ancha (Tortora and Derrickson, 2011)

Un aumento del ángulo Q:

    • Anteversión del cuello femoral
    • Torsión tibial externa
    • Desplazamiento lateral del tubérculo tibial
biomecanica de la rodilla
Imagen 15. Fig 13.29 En Kinesiology of the musculoskeletal System por Donald A. Neumann, 2016. Ed: Elsevier. Q-Angle

La mujer es más propensa a una lesión de LCA

Existe un menor espacio entre el cóndilo femoral en las mujeres, lo que limita el espacio para el movimiento del LCA

El ángulo Q es mayor en la mujer debido a su pelvis más ancha que en el caso del hombre, lo que incrementa el riesgo de lesión o desgarro del LCA

Las hormonas femeninas, que aumentan la flexibilidad de los ligamentos, los músculos y los tendones pero no permiten que absorban las tensiones aplicadas sobre ellos, lo que transfiere las tensiones al LCA y la menor fuerza muscular femenina, lo que hace que dependan menos del músculo y más del LCA para mantener la rodilla en su sitio.

Una revisión sistemática (Herzberg et al., 2017) incluyó 12 estudios que examinaron los cambios en la laxitud de la articulación durante el ciclo menstrual concluyendo con una laxitud de la rodilla significativamente mayor (0,36 mm) alrededor de la ovulación en comparación con la fase folicular temprana o media. La variación cíclica en la laxitud de la rodilla parece repetirse en cada ciclo menstrual (Shultz et al., 2010).

Conclusiones

El estudio profundo de la anatomía y la biomecánica de la rodilla te proporcionará una base sólida y completa sobre la anatomía y biomecánica de la misma, respaldado por referencias científicas recientes para garantizar la precisión y actualidad de la información.

Siendo la rodilla una estructura muy vulnerable a lesiones, comprender y entender la biomecánica de la misma es clave para prevenir patologías y optimizar la salud y rendimiento físico en los deportes.

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