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D.F. 2009

CARTA CESIÓN DE DERECHOS En la Ciudad de _México__ el día _26__del mes _junio__ del año _2009__, el (la) que

suscribe ____Ing. Arturo Chávez Arreola___ alumno (a) del Programa de _Maestría en

Ciencias en Ingeniería Mecánica con número de registro _A070305_, adscrito a la Sección de

Estudios de Posgrado e Investigación de la ESIME unidad Zacatenco, manifiesta que es autor

(a) intelectual del presente trabajo de Tesis bajo la dirección del Dr. Guillermo Urriolagoitia

Calderón y el Dr. Guillermo Urriolagoitia Sosa_ y cede los derechos del trabajo intitulado

Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla, al

Instituto Politécnico Nacional para su difusión, con fines académicos y de investigación.

Los usuarios de la información no deben reproducir el contenido textual, gráficas o datos del

trabajo sin el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este puede ser obtenido

escribiendo a la siguiente dirección [email protected]. Si el permiso se otorga, el

usuario deberá dar el agradecimiento correspondiente y citar la fuente del mismo.

Ing. Arturo Chávez Arreola

Nombre y firma

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO

RESUMEN

Resumen

Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.

II

RESUMEN

El presente trabajo muestra la metodología para el diseño mecánico de una máquina para terapia

de movimiento pasivo continuo en rodilla.

Primero se menciona un aspecto general de la discapacidad, sus diferentes tipos algunas causas y

más específicamente la discapacidad motriz. Se mencionan los padecimientos más comunes de

rodilla, algunas alternativas de rehabilitación como la fisioterapia y el movimiento pasivo

continuo CPM. También se mencionan algunos equipos de rehabilitación que existen actualmente

en el mercado para terapias de rehabilitación de miembros inferiores.

Posteriormente se describen las partes que forman la rodilla como son: huesos, meniscos,

ligamentos, músculos, etc. se describe cada uno de estos y se menciona la función que realiza

para que la rodilla funcione de manera adecuada.

Una vez identificada la necesidad se muestra el diseño mecánico de la máquina. La metodología

de diseño utilizada es la siguiente: definición de los movimientos que debe realizar la maquina,

asignación de las dimensiones de los eslabones, síntesis del mecanismo, análisis del mecanismo,

determinación del reductor para lograr los movimientos adecuados, selección del motor, dibujo

de las piezas de la máquina y del ensamble.

A continuación se describen los procesos de manufactura necesarios para la fabricación de cada

una de las piezas de la máquina, se menciona el proceso para formar los subensambles y el

ensamble completo de la máquina. También se realiza un análisis de los costos de fabricación de

esta máquina.

Finalmente se escriben las conclusiones a las que se llegaron después de finalizar este trabajo y se

proponen los trabajos futuros.

ABSTRACT

Abstract


IV

ABSTRACT

This work shows the methodology for the mechanical design of a machine for continuous passive

motion therapy on the knee.

First mention one general aspect of the disability, its causes and some types more specifically

motor disability. Lists the most common knee ailments, some alternatives of rehabilitation such

as physiotherapy and continuous passive motion CPM. It also mentioned some rehabilitation

equipment currently on the market for therapies for the rehabilitation of lower limbs.

Subsequently described the parts that make up the knee, such as: bones, meniscus, ligaments,

muscles, etc. describes each of these and refers to the function performed for the knee function

properly.

Once the need is identify it shows the mechanical design of the machine. The design

methodology used is as follows: definition of the movements to be performed by the machine,

assign the dimensions of the links, synthesis of the mechanism, the mechanism analysis,

identification of the reducer to achieve the right movement, selection of the engine, drawing parts

of the machine and assembly.

The following describes the manufacturing processes required to manufacture each part of the

machine, mention the process of forming the subensambles and complete assembly of the

machine. It also analyzes the cost of manufacture of this machine.

Finally write the conclusions that were reached after the end of this paper and proposes future

work.

ÍNDICE

Índice

Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla

VI

ÍNDICE RESUMEN I ABSTRACT III ÍNDICE V ÍNDICE DE FIGURAS IX ÍNDICE DE TABLAS XIII JUSTIFICACIÓN XV OBJETIVOS XVII Objetivo General XVIII Objetivos particulares XVIII INTRODUCCIÓN XIX CAPITULO I ESTADO DEL ARTE 1 I.1 Discapacidad 2 I.1.1 Antecedentes 2 I.1.2 Concepto de discapacidad 4 I.1.3 Clasificación de la discapacidad 5 I.1.4 Discapacidad en México 7 I.1.5 Causas de la discapacidad 8 I.1.6 Discapacidad motriz 8 I.1.7 Padecimientos comunes de rodilla 10 I.1.7.1 Artritis de rodilla 11 I.1.7.2 Lesiones y desordenes de los cartílagos 11 I.1.7.3 Lesiones de los ligamentos 12 I.1.7.4 Lesiones y desordenes de los tendones 12 I.1.7.5 Otras lesiones de la rodilla 14 I.2 Terapia y rehabilitación 14 I.2.1 Fisioterapia 17 I.2.2 Movimiento pasivo continuo 21 I.2.3 Órtesis o férulas 22 I.2.4 Mecanoterapia 23 I.3 Equipos de rehabilitación 24 I.4 Sumario 32

Índice


VII

I.5 Referencias 32 CAPITULO II SISTEMA MUSCULO ESQUELETICO DE LA RODILLA 35 II.1 Anatomía estructural de la rodilla 36 II.1.1 Anatomía de los huesos 36 II.2 Articulaciones 37 II.2.1 Mecánica de las articulaciones 39 II.3 Meniscos 42 II.4 Ligamentos 44 II. 4.1 Ligamentos cruzados 45 II.4.1.1 Ligamento cruzado anterior 46 II.4.1.2 Ligamento cruzado posterior 48 II.4.2 Ligamentos laterales y capsulares 49 II.4.3 Ligamentos laterales internos 49 II.5 Músculos de la articulación de la rodilla 53 II.5.1 Músculos anteriores 53 II.5.2 Función del cuádriceps 55 II.5.3 Articulación femoropatelar 56 II.6 Músculos posteriores del muslo 60 II.6.1 Músculo poplíteo 65 II.7 Músculos de la parte posterior de la pierna 65 II.8 Bolsas 66 II.9 Sumario 67 II.10 Referencias 68 CAPITULO III DISEÑO 69 III.1 Introducción 70 III.2 Estudio de factibilidad 71 III.3 Diseño preliminar 72 III.4 Diseño detallado 74 III.4.1 Síntesis del mecanismo 77 III.4.2 Análisis del mecanismo 81 III.4.2.1 Cinemática del mecanismo 82 III.4.2.2 Dinámica del mecanismo 90 III.4.3 Cálculo del reductor 98 III.4.4 Selección del motor 105 III.4.5 Diseño en CAD 105 III.5 Sumario 108 III.6 Referencias 109 CAPITULO IV FABRICACIÓN 110 IV.1 Introducción 111

Índice


VIII

IV.2 Piezas a maquinar 112 IV.2.1 Piezas fabricadas a partir de perfiles 112 IV.2.2 Piezas maquinadas a partir de solera 112 IV.2.3 Piezas fabricadas a partir de tubos 114 IV.2.4 Piezas fabricadas a partir de lámina 116 IV.2.5 Piezas maquinadas a partir de lámina 116 IV.2.6 Piezas maquinadas a partir de barra redonda 116 IV.2.6.1 Uniones 116 IV.2.6.2 Ejes 117 IV.2.6.3 Engranes 118 IV.3 Subensambles 120 IV.3.1 Base completa 120 IV.3.2 Eje eslabón 01 tubo 01 120 IV.3.3 Soporte para pie eslabón 02 121 IV.3.4 Unión tubo 02 eslabón 01 121 IV.3.5 Unión tubo 02 eslabón 02 121 IV.4 Ensamble completo 122 IV.5 Sumario 124 DISCUSIONES 125 CONCLUSIONES 128 TRABAJOS FUTUROS 130 ANEXOS 132

ÍNDICE DE FIGURAS

Índice de figuras


X

ÍNDICE DE FIGURAS CAPITULO I ESTADO DEL ARTE 1 I.1 Distribución de la discapacidad por año y sexo 7 I.2 Distribución del tipo de discapacidad 8 I.4 Órtesis de cuatro grados de libertad 24 I.5 Equipo Sakaki 26 I.6 Máquina de CPM 27 I.7 Máquina de CPM Marca Mckelor modelo 1800 27 I.8 Equipo de rehabilitación para pacientes en silla de ruedas 28 I.9 Diseño final del robot de tres grados de libertad usado en rehabilitación 29 I.10 Equipo para rehabilitación de marcha humana (GTI) 29 I.11 Equipo para rehabilitación de marcha humana (DGO) 30 I.12 Robot Lokomat 31 CAPITULO II SISTEMA MUSCULO ESQUELETICO DE LA RODILLA 35 II.1 Anatomía de la rodilla 36 II.2 Huesos que forman la articulación de la rodilla 37 II.3 Tipos de articulaciones 38 II.4 Superficies articulares básicas (ovoidea y sillar) 39 II.5 Superficies articulares asimétricas 40 II.6 Lubricación hidrodinámica 41 II.7 Movimiento de la articulación 41 II.8 Anatomía de los meniscos 42 II.9 Inserciones de los meniscos 43 II.10 Anatomía de los ligamentos 44 II.11 Fibra colagena 45 II.12 Localización del ligamento cruzado anterior 46 II.13 Lesiones del LCA 47 II.14 Anatomía del ligamento cruzado posterior 48 II.15 Ligamentos capsulares y laterales 49 II.16 Ligamentos laterales externos 51 II.17 Musculo poplíteo 52 II.18 Cuádriceps crural 53 II.19 Cuádriceps 54 II.20 Origen del musculo recto anterior del muslo 54 II.21 Patéla 55 II.22 Mecanismo del cuádriceps 56 II.23 Funcionamiento mecánico de la patéla 57 II.24 Raíces del nervio ciático 58

Índice de figuras


XI

II.25 Músculo sartorio 59 II.26 Músculos de la cara posterior del muslo 60 II.27 Rotadores de la pierna 61 II.28 Cara interna d la estructura posterior de la rodilla 62 II.29 Pata de ganso 62 II.30 Tendón del bíceps crural 64 II.31 Capas del tendón común del bíceps 64 II.32 Músculos posteriores de la pierna 66 II.33 Bolsas alrededor de la rodilla 67 CAPITULO III DISEÑO 69 III.1 Movimiento de flexión de rodilla asistido 71 III.2 Movimientos de extensión flexión de rodilla 72 III.3 Posición inicial del mecanismo (hiperextensión de 5º) 73 III.4 Posición final del mecanismo (flexión 120º) 73 III.5 Posiciones del mecanismo 74 III.6 Posición inicial del mecanismo 75 III.7 Posición intermedia del mecanismo 75 III.8 Posición final del mecanismo 76 III.9 Método gráfico para determinar el centro de giro del eslabón 4 77 III.10 Método gráfico para determinar el centro de giro del eslabón 2 78 III.11 Mecanismo completo (varias posiciones) 81 III.12 Diagrama de cuerpo libre para calcular velocidades en la posición inicial 82 III.13 Diagrama de cuerpo libre para calcular velocidades en una posición intermedia 85 III.14 Diagrama de cuerpo libre del mecanismo 88 III.15 Diagrama de cuerpo libre para determinar fuerzas en el mecanismo 91 III.16 Diagrama de cuerpo libre donde se analizan los efectos de F03 92 III.17 Diagrama de cuerpo libre donde se analizan los efectos de F04 94 III.18 Diagrama de cuerpo libre donde se analizan los efectos de F02 96 III.19 Ensamble utilizado en los eslabones 106 III.20 Dibujo de la máquina de CPM 106 III.21 Posición inicial 107 III.22 Posición intermedia 107 III.23 Posición final 108 CAPITULO IV FABRICACIÓN 110 IV.1 Perfil rectangular derecho 112 IV.2 Perfil rectangular izquierdo 112 IV.3 Base 01 113 IV.4 Base 02 113 IV.5 Base 03 113 IV.6 Base 03C 113 IV.7 Placa soporte para eje del sin-fin 114

Índice de figuras


XII

IV.8 Placa soporte del motor 114 IV.9 Tubo 01 eslabón 04 y 02 115 IV.10 Tubo 02 eslabón 04 115 IV.11 Tubo 01 eslabón 03 115 IV.12 Tubo 02 eslabón 03 115 IV.13 Tubo 02 eslabón 03C 115 IV.14 Tubo 02 eslabón 02 115 IV.15 Base para pie 116 IV.16 Soporte para pie 116 IV.17 Unión 117 IV.18 Unión C 117 IV.19 Eje del eslabón 04 117 IV.20 Eje del eslabón 03 118 IV.21 Eje del eslabón 03C 118 IV.22 Eje del eslabón 02, Eje del mecanismo y eje de la unión 118 IV.23 Tornillo Sin-fin 119 IV.24 Corona 119 IV.25 Base completa 120 IV.26 Eje eslabón 04 tubo 01 120 IV.27 Soporte para pie eslabón 03 121 IV.28 Unión tubo 02 eslabón 04 121 IV.29 Unión tubo 02 eslabón 03 y unión tubo 02 eslabón 03C 122 IV.30 Unión de eslabones 4 y 3 122 IV.31 Mecanismo motriz de la máquina 123 IV.32 Ensamble completo 123

Índice de tablas


XIV

ÍNDICE DE TABLAS CAPITULO I ESTADO DEL ARTE 1 CAPITULO II SISTEMA MÙSCULO ESQUELETICO DE LA RODILLA 35 CAPITULO III DISEÑO 69 III.1 Masas que soportan los eslabones 90 CAPITULO IV FABRICACIÓN 110

JUSTIFICACIÓN

Justificación


XVI

JUSTIFICACIÓN Según la Organización de las Naciones Unidas estima que a nivel mundial el porcentaje de

personas discapacitadas se encuentra entre el 7 y 10% de la población mundial.

En el año 2000 el 1.8% de la población total en México sufren algún tipo de discapacidad y de

acuerdo a las estadísticas del INEGI del total de personas discapacitadas el 45.3% sufren

discapacidad motriz por diferentes tipos de causas. Este tipo de discapacidad se refiere a la

pérdida o limitación de una persona para moverse, caminar, o mantener alguna postura de su

cuerpo o de una parte del mismo.

Del porcentaje de personas que sufren algún tipo de discapacidad motriz son comunes los

padecimientos de rodilla y en algunos casos es necesaria una cirugía.

El movimiento pasivo continuo es utilizado con frecuencia después de una artroplastia total de

rodilla, esta cirugía mejora la calidad de vida de los pacientes que presentan osteoartritis o artritis

reumatoide. Este tratamiento se combina con fisioterapia para lograr la rehabilitación del

paciente, se han realizado algunos estudios para comprobar los beneficios del CPM combinado

con fisioterapia contra la fisioterapia sola, los resultados obtenidos de estos estudios establecen

que el CPM combinado con fisioterapia incrementa la flexión activa de la rodilla y disminuye la

estancia hospitalaria, además de que disminuye la necesidad de manipulación postoperatoria.

El desarrollo de este trabajo propone el diseño de una máquina de movimiento pasivo continuo

para terapia de rodilla, la cual tiene como función ayudar a recuperar la movilidad en la rodilla y

disminuye la estancia hospitalaria de los pacientes que se sometieron a cirugía lo que resulta en

mejorar la calidad de vida del paciente.

OBJETIVOS

Objetivos


XVIII

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Diseñar una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla, que sea capaz de

variar su velocidad, sus ángulos de operación y que pueda ser utilizada por pacientes de

diferentes edades.

OBJETIVOS PARTICULARES Realizar la síntesis de un mecanismo que sea capaz de imitar los movimientos de flexión extensión de la rodilla. Realizar el análisis del mecanismo Dibujar la maquina en un software de CAD

INTRODUCCION

Introducción


XX

INTRODUCCIÓN Las rodillas son probablemente las articulaciones más complicadas del cuerpo humano, pero

estas dan estabilidad al cuerpo. También dejan que las piernas se doblen y enderecen. Tanto la

flexibilidad como la estabilidad son necesarias a la hora de ponerse de pie, caminar, correr,

agacharse, saltar o darse la vuelta. Pero también es muy probable que puedan sufrir una lesión ya

sea por algún golpe o accidente, por alguna enfermedad o también por el desgaste propio de la

edad. Lo que trae como consecuencia que la persona afectada sufra una discapacidad, que puede

ser temporal o permanente.

En algunos casos los padecimientos son tan severos que existe la necesidad de realizar una

cirugía como por ejemplo la artroplastia total de rodilla que consiste en remplazar las partes

deterioradas de la rodilla con partes artificiales.

Posterior a la cirugía el paciente debe recuperar la movilidad de la rodilla de manera gradual, para

esto el paciente debe realizar ejercicios de fisioterapia. Otra alternativa es realizar terapia de

movimiento pasivo continuo junto con la fisioterapia. Se han realizado algunos estudios para

comprobar los beneficios del CPM combinado con fisioterapia contra la fisioterapia sola, los

resultados obtenidos de estos estudios establecen que el CPM combinado con fisioterapia

incrementa la flexión activa de la rodilla y disminuye la estancia hospitalaria, además de que

disminuye la necesidad de manipulación postoperatoria.

En este trabajo se propone el diseño mecánico de una máquina de movimiento pasivo continuo

para terapia de rodilla, que pueda ayudar a los pacientes a realizar ejercicios de flexión extensión

de rodilla.

En los capítulos siguientes se mencionan algunos conceptos como el de discapacidad,

fisioterapia, etc. Se describe en qué consiste el movimiento pasivo continuo y se describe el

proceso de diseño desde la concepción de la idea hasta los planos de fabricación de cada una de

las piezas.

CAPITULO I ESTADO DEL ARTE

Capítulo I


2

I.1 Discapacidad

I.1.1 Antecedentes

Las diversas actitudes sociales hacia las personas con deficiencias y/o discapacidades observadas

a lo largo de la historia, forman parte de la cultura de atención y trato hacia este grupo de

población. Estas actitudes implicaron progresos y contradicciones que oscilaron entre una postura

activa o positiva, que entendió la deficiencia como fruto de causas naturales, con posibilidades de

tratamiento, prevención e integración, y otra pasiva o negativa, que relacionó las deficiencias con

causas ajenas al hombre, considerándola como una situación incontrolada, inmodificable y

estrechamente relacionada con el animismo, el pecado, el demonio y el castigo de los dioses [I.1].

Se sabe que en la antigua India los niños con malformaciones eran arrojados al río Ganges,

mientras que en el Código de Manú se regulaba el infanticidio de los niños afectados de ceguera

y otras enfermedades graves [I.2]. La ideología griega a este respecto se expresaba claramente en

la política, una de las más importantes obras de Aristóteles, donde se establecía que “para

distinguir a los hijos que es preciso abandonar de los que hay que educar, convendrá que la ley

prohíba que se críe a los que nazcan deformes”. En el mismo sentido, el Malleus Maleficarum

escrito en 1487 estableció que cuando el paciente no encuentra alivio en los medicamentos, antes

bien, empeora con ellos, la enfermedad es producto del demonio [I.2] y que los niños con

deficiencias eran producto de las prácticas de brujería de sus madres [I.3]. En el caso de México,

el pensamiento prehispánico se instaló en mitologías desarrolladas a partir de lo sagrado y lo

profano “donde el mago y sacerdote se convierte en un conocedor, capaz de administrar hierbas

curativas que combina con la fuerza de la magia, sin la cual no hay virtud en las medicinas ni en

las intervenciones” [I.4].

Durante la Colonia las instituciones de beneficencia, conformadas principalmente por religiosos,

se encargaron de brindar protección y asistencia a los enfermos y los necesitados. En 1566 Fray

Bernardino Alvarez Herrera, funda en la Ciudad de México el Hospital de San Hipólito, que fue

el primer hospital en el continente dedicado al cuidado de las personas que padecían

enfermedades mentales. Más tarde, en 1698, José Sáyago fundó el Real Hospital del Divino

Salvador [I.5].

Capítulo I


3

El 15 de abril de 1861, Juárez ordenó el establecimiento de una escuela de sordomudos en la

capital de la República [I.6]. En 1881 la inadecuada operación de los centros de asistencia,

provocada en gran parte por la falta de continuidad administrativa, obligó a la modificación de su

estructura. En 1910 Porfirio Díaz inauguró en terrenos de la hacienda La Castañeda, el

manicomio general, que durante décadas brindó servicios a la población. En 1951 el Hospital

Infantil de México inició la capacitación de terapistas físicos y médicos, dando lugar a los

primeros trabajos de investigación en rehabilitación, de los que fueron pioneros los doctores

Alfonso Tohen y Luis Guillermo Ibarra. Posteriormente, en 1952 fue fundado el Centro de

Rehabilitación número 5 que se transformó en el Centro de Rehabilitación del Sistema Músculo

Esquelético. Años más tarde, por decreto presidencial fechado en abril de 1976, este Centro de

Rehabilitación fue transformado en el Instituto Nacional de Medicina de Rehabilitación [I.7]. En

1950, la entonces Dirección General de Rehabilitación de la SSA, pone en funcionamiento el

Centro Nacional de Rehabilitación “Francisco de P. Miranda”, nosocomio que se dedicó

inicialmente a la atención de pacientes con poliomielitis en etapas de convalecencia o

afectaciones crónicas. La demanda de servicios de rehabilitación y ortopedia, determinan su

traslado a un inmueble de la Fundación Gildred, el cual fue adaptado y remodelado, y se

convirtió en el Hospital de Ortopedia y Rehabilitación para Niños y Ancianos Teodoro Gildred.

En 1976 cambió su nombre a Instituto Nacional de Ortopedia, dedicado a la atención de

afecciones del sistema neuro-músculo-esquelético [I.8].

En 1977 se creó el Sistema Nacional para el Desarrollo Integral de la Familia (DIF), cuya

finalidad fue brindar asistencia social, como obligación del Estado y en beneficio de la población

marginada, los incapacitados [sic] o las personas en desventaja social [I.9]. De 1988 a 1994, el

DIF desarrolló el Programa de Asistencia a Minusválidos, que tuvo como objetivo proporcionar

servicios de rehabilitación no hospitalaria a personas minusválidas que por circunstancias de

marginación o económicas, son sujetos de asistencia social. Derivado de los compromisos

asumidos en el Plan Nacional de Desarrollo 1995-2000, se creó en febrero de 1995 la Comisión

Nacional Coordinadora para el Bienestar y la Incorporación al Desarrollo de las Personas con

Discapacidad (CONVIVE), que diseñó un programa de acción para orientar las tareas a favor de

Capítulo I


4

este sector de la población. El Programa Nacional para el Bienestar y la Incorporación al

Desarrollo de las Personas con Discapacidad, [I.10].

I.1.2 Concepto de discapacidad

Para hacer referencia a la población con discapacidad se han usado términos como el de

“impedidos”, “inválidos”, “minusválidos” o “incapacitados”. Estas y otras expresiones han estado

estrechamente relacionadas con actitudes sociales y culturales; no obstante, parece existir el

acuerdo de que estos términos no son los más afortunados para referirse a las personas con

discapacidad, Estas y otras expresiones han estado estrechamente relacionadas con actitudes

sociales y culturales; no obstante, parece existir el acuerdo de que estos términos no son los más

afortunados para referirse a las personas con discapacidad; Señalamientos como los anteriores,

han dado lugar a la búsqueda de denominaciones menos peyorativas y estigmatizadoras, que

además, contribuyan al perfeccionamiento conceptual, a partir de nuevas perspectivas y formas

de abordar el tema [I.11].

El esfuerzo más ampliamente difundido hasta el año 2000 y que sirvió de marco para el

levantamiento del XII Censo General de Población y Vivienda 2000, fue el desarrollado por la

OMS a través de la Clasificación Internacional de Deficiencias, Discapacidades y Minusvalías

(CIDDM)2 esta clasificación fue publicada en 1980.[I.11]

De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud, se entiende por:

Deficiencia: Es la pérdida o la anormalidad de una estructura o de una función psicológica,

fisiológica o anatómica, que puede ser temporal o permanente. Entre las deficiencias se incluye la

existencia o aparición de una anomalía, defecto o pérdida producida por un miembro, órgano,

tejido o cualquier otra estructura del cuerpo, incluidos los sistemas de la función mental [I.12].

Discapacidad: Es cualquier restricción o impedimento de la capacidad de realizar una actividad

en la forma o dentro del margen que se considera normal para el ser humano. La discapacidad se

caracteriza por excesos o insuficiencias en el desempeño de una actividad rutinaria normal, los

cuales pueden ser temporales o permanentes, reversibles o surgir como consecuencia directa de la

Capítulo I


5

deficiencia o como una respuesta del propio individuo, sobre todo la psicológica, a deficiencias

físicas, sensoriales o de otro tipo [I.12].

Otra definición para la discapacidad es la siguiente:

En el Tratado Internacional “Convención Interamericana para la Eliminación de todas las formas

de Discriminación contra las Personas con Discapacidad”, se define a la discapacidad como “una

deficiencia física, mental o sensorial, sea temporal o permanente limitando la capacidad de

ejercer una o más actividades esenciales de la vida diaria” [I.12]

I.1.3 Clasificación de la discapacidad

Existen diferentes formas de clasificar la discapacidad, las siguientes son las más usadas.

Dependiendo el tipo de discapacidad, a las personas se les clasifica entre ambulatorios y no

ambulatorios. Los ambulatorios son aquellas personas que pueden usar sus miembros inferiores

para sostenerse de pie y sus miembros superiores para manipular los apoyos (bastón, muletas,

andadera, etc.). Los no ambulatorios son aquellos que necesitan una silla de ruedas para

movilizarse, debido al grado de su discapacidad [I.13].

También pueden clasificarse de acuerdo a su duración en:

• Temporales: son con las cuales la persona vive por un tiempo restringido y que mediante

los cuidados médicos y de rehabilitación adecuados no se generan secuelas de por vida y

es posible regresar al estado previo a la discapacidad.

• Permanentes: son aquellas con las cuales la persona vive a partir del inicio de la

discapacidad y cuyas secuelas pueden minimizarse pero la recuperación no es al 100%, o

dicho de otra forma no es posible regresar al estado previo de la discapacidad. Una de las

consecuencias más importantes de la discapacidad es la parálisis que se refiere a la

disminución, deficiencia o pérdida parcial o total de la capacidad del movimiento,

Capítulo I


6

acompañada generalmente de pérdida de la sensibilidad, debido a trastornos motores o

musculares.

Otra manera de clasificar la discapacidad es la siguiente:

• Discapacidad física: Esta es la clasificación que cuenta con las alteraciones más

frecuentes, las cuales son secuelas de poliomielitis, lesión medular (parapléjico o

cuadripléjico) y amputaciones.

• Discapacidad sensorial: Comprende a las personas con deficiencias visuales, a los sordos

y a quienes presentan problemas en la comunicación y el lenguaje.

• Discapacidad intelectual: Se caracteriza por una disminución de las funciones mentales

superiores (inteligencia, lenguaje, aprendizaje, entre otros), así como de las funciones

motoras. Esta discapacidad abarca toda una serie de enfermedades y trastornos, dentro de

los cuales se encuentra el retraso mental, el síndrome Down y la parálisis cerebral.

• Discapacidad psíquica: Las personas sufren alteraciones neurológicas y trastornos

cerebrales.

La forma de clasificar la discapacidad utilizada por el INEGI es la siguiente:

• Motriz. Se refieren a la pérdida o limitación de una persona para moverse, caminar,

mantener algunas posturas de todo el cuerpo o de una parte del mismo.

• Visual. Incluye la pérdida total de la vista, así como la dificultad para ver con uno o

ambos ojos.

• Mental. Abarca las limitaciones para el aprendizaje de nuevas habilidades, alteración de

la conciencia y capacidad de las personas para conducirse o comportarse en las

actividades de la vida diaria, así como en su relación con otras personas.

• Auditiva. Corresponde a la pérdida o limitación de la capacidad para escuchar.

Capítulo I


7

• De lenguaje. Limitaciones y problemas para hablar o transmitir un significado

entendible.

I.1.4 Discapacidad en México

Distintas naciones presentan información sobre el tema, cuyos resultados más relevantes fueron

integrados por Naciones Unidas, a fin de elaborar estimaciones sobre el número de personas con

discapacidad existentes en el mundo y sus principales regiones; con base en ellas se calcula que

entre 7% y 10% de la población presenta alguna discapacidad. En México, dicho porcentaje se

toma como un parámetro indicativo, ya que la validación o rectificación de esa cifra está en

función de la forma de definir discapacidad y la metodología utilizada para la recopilación de

información, entre otros factores [I.11].

Según el XII Censo General de Población y Vivienda 2000, una persona con discapacidad "Es

aquella que presenta una limitación física o mental de manera permanente o por más de seis

meses que le impide desarrollar sus actividades en forma que se considera normal para un ser

humano".

El año 2000, las personas que tienen algún tipo de discapacidad son 1 millón 795 mil, lo que

representa 1.8% de la población total [I.11].

Capítulo I


8

Figura I.1.- Distribución de la discapacidad por año y sexo

I.1.5 Causas de discapacidad

Los motivos que producen discapacidad en las personas pueden ser variados, pero el INEGI los

clasifica en cuatro grupos de causas principales: nacimiento, enfermedad, accidente y edad

avanzada [I.11].

De cada 100 personas discapacitadas:

• 32 la tiene porque sufrieron alguna enfermedad.

• 23 están afectados por edad avanzada.

• 19 la adquirieron por herencia, durante el embarazo o al momento de nacer.

• 18 quedaron con lesión a consecuencia de algún accidente.

• 8 debido a otras causas.

Figura I.2.- Distribución del tipo de discapacidad

I.1.6 Discapacidad motriz

En este trabajo se analiza de manera particular la discapacidad motriz.

Dentro de las discapacidades, las personas con discapacidad física representan el colectivo más

Capítulo I


9

numeroso, lo cual no obsta para que la atención que reciben no guarde ningún tipo de relación

con tal relevancia cuantitativa” [I.14]. La discapacidad física, presenta tal grado de diversidad

que su estudio resulta difícil y complejo, dada las diversas formas de definirla, de clasificarla y

de las causas que la originan. Una definición general se refiere en primer lugar, a la que se le

puede conocer como discapacidad física, neuromotora, locomotora o motriz y es una limitación

o falta de control de los movimientos, de funcionalidad y de sensibilidad, que impide realizar las

actividades de la vida diaria de manera independiente; generalmente, esta discapacidad se

manifiesta en las extremidades, sin embargo, también se puede expresar en todo el cuerpo

acompañada de alteraciones sensoriales, lo que obliga al uso de aparatos que permiten recuperar

parte de la función perdida o disminuida [I.15].

La discapacidad motriz afecta el cuerpo de un individuo, hace que se limite el movimiento y

puede afectar una pierna o ambas, un brazo o ambos, un hemisferio del cuerpo o la totalidad de

éste.

Existen distintas formas de clasificar a las personas con discapacidad motriz o física; una de

ellas se refiere al grado de la discapacidad, y es la siguiente:

• Mínima: cuando la reducción de la capacidad funcional del individuo limita parcialmente

su independencia en las actividades de la vida diaria, pero no su productividad.

• Moderada: cuando la reducción de la capacidad funcional del individuo limita

parcialmente su independencia en las actividades de la vida diaria y su productividad.

• Total: cuando la reducción de la capacidad funcional del individuo es tan importante que

lo hace totalmente dependiente e improductivo

Cualquiera que sea el caso, generalmente es ocasionado por una enfermedad, deficiencia o

accidente [I.16].

Capítulo I


10

Como se menciono anteriormente en este trabajo se estudia en particular la discapacidad motriz

y en particular los trastornos de rodilla. En la mayoría de los casos en que se presenta algún

trastorno en la rodilla que provoque discapacidad los músculos relacionados con esta

articulación presentan algún grado de atrofia ya sea por la inactividad física o por algún otro

padecimiento.

I.1.7 Padecimientos comunes de rodilla

Las rodillas le dan estabilidad al cuerpo. También dejan que las piernas se doblen y enderecen.

Tanto la flexibilidad como la estabilidad son necesarias a la hora de ponerse de pie, caminar,

correr, agacharse, saltar o darse la vuelta. La rodilla está formada por:

• Huesos,

• Cartílagos,

• Músculos,

• Ligamentos,

• Tendones.

Si cualquiera de estas partes se lastima puede causarle dolor en las rodillas y es posible que no

puedan llevar a cabo su función [I.17].

Los problemas mecánicos de las rodillas pueden ser provocados por:

• Un golpe o movimiento brusco que cause un esguince o torcedura,

• Osteoartritis de la rodilla, causada por el uso y desgaste de sus partes.

Algunas enfermedades reumáticas, tales como la artritis reumatoide y el lupus eritematoso

sistémico (lupus), pueden causar problemas de inflamación en la rodilla, lo cual puede causar

daño permanente a las rodillas

Capítulo I


11

I.1.7.1 Artritis de las rodillas

El tipo más común de artritis de la rodilla es la osteoartritis. Esta enfermedad hace que el

cartílago de la rodilla se desgaste gradualmente. Los tratamientos para la osteoartritis son:

• Medicamentos para aliviar el dolor, tales como la aspirina y el acetaminofeno,

• Medicamentos para disminuir la hinchazón e inflamación, tales como ibuprofeno

• Medicamentos antiinflamatorios no esteroideos (AINE),

• Ejercicios para aumentar la extensión del movimiento y la fortaleza,

• Pérdida de peso.

La artritis reumatoide es otro tipo de artritis que afecta la rodilla. La artritis reumatoide causa

inflamación en las rodillas y puede destruir el cartílago. La artritis reumatoide, osteoartritis,

sinovitis mecánicas y de índole traumático son tributarias de manejo fisiátrico y rehabilitador

encaminado al alivio del dolor, inflamación y reducción de las discapacidades [I.18].

Los tratamientos para esta enfermedad incluyen:

• Fisioterapia,

• Medicamentos,

• Cirugía de reemplazo de rodilla (en casos en que la rodilla esté seriamente dañada).

I.1.7.2 Lesiones y desórdenes de los cartílagos

La condromalacia ocurre cuando el cartílago de la rótula se ablanda. También puede suceder

cuando algunas partes de la rodilla no están alineadas. La condromalacia puede desarrollarse

cuando un golpe en la rótula desprende un pedazo de cartílago que contenga un fragmento de

hueso.

El menisco es un pedazo de cartílago en forma de medialuna que actúa como cojín entre el

fémur (el hueso del muslo) y la tibia (la espinilla). El menisco se puede lesionar con facilidad si

la rodilla se tuerce mientras se está cargando algo pesado. Esto puede causar un desgarre parcial

o total. Si el desgarre es mínimo, el menisco se mantiene conectado al frente y en la parte

Capítulo I


12

posterior de la rodilla. Si el desgarre es mayor, el menisco podría quedar colgando de una tira de

cartílago. La gravedad de la lesión dependerá del lugar y la intensidad del desgarre [I.17].

El tratamiento para las lesiones del cartílago incluye:

• Ejercicios para fortalecer los músculos,

• Estímulos eléctricos para fortalecer los músculos,

• Cirugía en casos de lesiones graves.

I.1.7.3 Lesiones de los ligamentos

Dos ligamentos de la rodilla que se lesionan con frecuencia son el ligamento cruzado anterior

(LCA) y el ligamento cruzado posterior (LCP). Una lesión en esos ligamentos se puede llamar a

veces esguince. Por lo general, el LCA se estira o desgarra (o ambas) al hacer un movimiento

rotativo brusco. Los impactos directos, tales como los accidentes de auto o los tacleos en fútbol

americano, son la causa más común de lesiones del LCP.

Los ligamentos colaterales (mediano y lateral) con frecuencia sufren lesiones causadas por un

golpe al costado exterior de la rodilla. Esto puede causar que el ligamento se estire y desgarre.

Estos golpes con frecuencia ocurren al practicar deportes tales como fútbol americano o hockey.

Las lesiones de los ligamentos se tratan con:

• Bolsa de hielo, inmediatamente después de la lesión, para reducir la hinchazón,


• Férulas,

• Cirugía (en casos de lesiones más graves).

I.1.7.4 Lesiones y desórdenes de los tendones

Los tres tipos principales de lesiones y desórdenes de los tendones son:

• Tendonitis y ruptura de los tendones,

• Enfermedad de Osgood-Schlatter,

Capítulo I


13

• Síndrome de la cintilla iliotibial también conocido como el “síndrome del

limpiaparabrisas.”

Las lesiones de los tendones figuran desde la tendonitis (inflamación de un tendón) hasta la

ruptura (desgarre) de un tendón. El desgarre de un tendón ocurre mayormente por:

• El uso excesivo de un tendón (en particular en ciertos deportes). El tendón se estira como

un pedazo de goma desgastado y se inflama.

• Tratar de impedir una caída. Si los músculos del muslo se contraen, el tendón pudiera

desgarrarse. Esto es más probable en personas mayores con tendones débiles.

Un tipo de tendonitis de la rodilla es la tendonitis rotuliana (rodilla del saltador). En los deportes

que requieren saltar, tales como el baloncesto, el tendón puede inflamarse o desgarrarse.

La tensión en la placa de crecimiento de la parte superior de la espinilla causa la enfermedad de

Osgood-Schlatter. Esta enfermedad causa hinchazón en la rodilla y la parte superior de la

espinilla y ocurre si se desprende el tendón y arranca un pedazo de hueso. Las personas jóvenes

que corren y saltan al practicar deportes pueden sufrir este tipo de lesión.

El síndrome de la cintilla iliotibial ocurre cuando el tendón roza el hueso exterior de la rodilla,

causando hinchazón. Esto sucede si la rodilla se usa en exceso por mucho tiempo. Ocurre a

veces durante el entrenamiento deportivo [I.17].

El tratamiento para las lesiones y desórdenes de los tendones incluye:

• Descanso,

• Hielo,

• Elevar la pierna,

• Medicamentos tales como la aspirina o el ibuprofeno para aliviar el dolor y reducir la

hinchazón,

• Limitar la práctica de deportes,

• Hacer ejercicios para estirar y dar fortaleza,

Capítulo I


14

• Usar un yeso (escayola), en casos de desgarre parcial,

• Cirugía, en caso de desgarre total o de lesiones graves.

I.1.7.5 Otras lesiones de la rodilla

La osteocondritis disecante ocurre cuando no llega suficiente sangre a la parte del hueso bajo la

superficie de una articulación. El hueso y el cartílago se aflojan gradualmente, causando dolor.

Parte del cartílago puede desprenderse y causar dolor agudo, debilidad y atascar la articulación.

Las personas con esta condición pueden desarrollar osteoartritis. El tratamiento principal es la

cirugía. Si los fragmentos de cartílago no se desprenden, un cirujano puede sujetarlos en su lugar

con tornillos. Esto puede estimular la reanudación del flujo de sangre al cartílago. Si los

fragmentos se desprenden, el cirujano puede raspar la cavidad hasta alcanzar hueso vivo y poner

un injerto de hueso para colocar los fragmentos en su lugar. Se están haciendo investigaciones

sobre los trasplantes de cartílago y tejido. El síndrome de plica ocurre cuando las bandas del

tejido de la rodilla llamadas plicas se hinchan a causa del exceso de uso o de una lesión [I.17]

Los tratamientos para este síndrome son:

• Medicamentos tales como la aspirina o el ibuprofeno para reducir la hinchazón,

• Descanso,

• Hielo,

• Vendaje elástico en la rodilla,


• Inyecciones de cortisona en las plicas,

• Cirugía para remover las plicas si los tratamientos anteriores no surten efecto.

I.2.- Terapia y rehabilitación.

La rehabilitación es un proceso de duración limitada y con un objetivo definido, encaminado a

permitir que una persona con deficiencia alcance un nivel físico, mental y/o social funcional

óptimo, proporcionándole así los medios de modificar su propia vida. Puede comprender medidas

encaminadas a compensar la pérdida de una función o una limitación funcional (por ejemplo,

Capítulo I


15

ayudas técnicas) y otras medidas encaminadas a facilitar ajustes o reajustes sociales [I.19].

En la actualidad se considera a la rehabilitación como un proceso en el que personas con

discapacidad o sus defensores toman decisiones acerca de qué servicios necesitan para

incrementar la participación. Los profesionales que prestan servicios de rehabilitación tienen la

responsabilidad de ofrecer a las personas con discapacidad la información pertinente para que

ellas puedan tomar decisiones informadas respecto a lo que les conviene [I.19].

La discapacidad y la pobreza están fuertemente correlacionadas: la pobreza conduce a un

aumento de la discapacidad, y la discapacidad a su vez, genera más pobreza. Por ello, la mayoría

de las personas discapacitadas viven en la pobreza [I.19].

El ejercicio físico, la modalidad nuclear de la fisioterapia es tan esencial para las personas

discapacitadas como lo es para las que no tienen impedimentos físicos, psíquicos o sensoriales.

Sólo hay una excepción a este aserto y es la contraindicación del ejercicio físico en las personas

que presentan el síndrome de post polio.

Dado el amplio abanico de causas de discapacidad física y del grado de afectación

psicopatológica incluso en individuos afectados por la misma causa, es necesario tener en cuenta

que a la hora de prescribir un programa de ejercicio físico se debe individualizar dicha

prescripción según las habilidades de la persona y del potencial que tiene de mejor dichas

habilidades mediante un programa de ejercicio [I.20].

En la “Guía para la promoción de salud por medio de la actividad física” es bastante delicado dar

instrucciones especificas para la práctica del ejercicio físico en personas discapacitadas. Y se

deben de tomar en cuenta los siguientes principios: [I.20].

1. El programa debe individualizarse

2. Debe tenerse en cuenta el tipo de discapacidad y su estado de progresión

Capítulo I


16

3. Debe complementar y no interferir con el proceso de rehabilitación medica que se haya

diseñado para cada caso

4. Debe tener como objetivo no solamente obtener beneficios fisiológicos sino psicológicos

con la trascendencia social que ello representa

5. Debe facilitar la integración de la persona o población discapacitada a la sociedad

especialmente en lo que se refiere a la participación en programas deportivos junto con

otras personas

6. Debe estructurarse de forma que se prevengan los riesgos de un programa no

individualizado y que no tenga en cuenta las circunstancias propias de cada individuo. En

este sentido cabe evitar el cansancio excesivo de dichas personas y en algunos casos

concretos sobre los que hablaremos más adelante es necesario hacer un seguimiento

adecuado para evitar complicaciones graves.

Existen diferentes formas de lograr una rehabilitación estas son llamadas terapias algunas de estas

son:

• Quinesioterapia: Conocimiento de las técnicas elementales de quinesioterapia pasiva y

activa. Diferentes técnicas de masaje manual e instrumental. Técnicas de la rehabilitación

funcional de los problemas articulares (manual e instrumental). Entrenamiento

(recuperación) muscular, estimulación de la actividad muscular, entrenamiento funcional.

Técnicas de fortalecimiento muscular, entrenamiento de la resistencia, recuperación de

capacidades. Métodos específicos de la quinesioterapia en las diferentes patologías.

• Ergoterapia. Ergonomía fundamental. Principios y métodos de ergoterapia. Materiales,

equipo, tecnología y evaluación en ergoterapia. Las aplicaciones de la ergoterapia: en el

entrenamiento articular/muscular, entrenamiento de la resistencia, en la rehabilitación

funcional y en la reintegración a la comunidad (socio familiar, doméstica, profesional y

formación profesional).

Capítulo I


17

• Fisioterapia: Utilización de las técnicas de terapia física, conocimientos básicos, los

efectos del tratamiento, indicaciones y contraindicaciones. Electroterapia: corrientes

galvánicas de baja, media y alta frecuencia. Vibración mecánica, biorespuesta,

tratamiento de calor.

• Hidroterapia: Equipo y auxilio técnico. Materiales utilizados. Vendas. Ortosas (tronco,

miembros superiores e inferiores) [I.21].

I.2.1 Fisioterapia

Se adapta al momento evolutivo de la enfermedad, debe realizarse de forma sistemática

convirtiéndose en una rutina diaria, preferiblemente después de un baño con agua caliente,

realizarla en un lugar adecuado. Entre las medidas a emplear tenemos:

Movilizaciones pasivas: Permiten mantener los arcos articulares, especialmente en aquellos

segmentos que resultan afectados con mayor frecuencia, cadera, rodilla, tobillos. Debemos hacer

énfasis en aquellas articulaciones en riesgo de limitarse por retracciones o disbalances

musculares, el número de repeticiones se adapta a las características de cada caso.

Masajes: Contribuyen a mantener el trofismo muscular, evitar las contracturas y retracciones.

Ejercicios activos libres: Son los mejores siempre que exista la posibilidad de realizarlos, lo

importante es graduar su intensidad para no llegar a la fatiga.

Ejercicios activos asistidos sin llegar a la fatiga muscular, que contribuyen a mantener la función

muscular evitando la atrofia que produce la inmovilidad. Es importante evitar el exceso de

ejercicios graduando la actividad de acuerdo a las características de cada caso, también no

podemos olvidar trabajar especialmente sobre aquellos músculos menos afectados pero que

permite mediante suplencias mantener la capacidad funcional. No son recomendables los

ejercicios contra resistencia.

Capítulo I


18

El empleo de aditamentos para mantener la capacidad funcional y la independencia entre los que

están los andadores, silla de ruedas etc. Debemos adiestrarlo en el manejo de la silla en cuanto el

deterioro funcional así lo requiera, para mantener siempre el mayor grado de independencia

funcional. Es importante una cuidadosa selección de la misma para adaptar las medidas a las

necesidades del paciente, tomando en cuenta que el mismo pasa una gran parte del día sentado en

ella y una mala postura puede agravar el cuadro funcional facilitando la aparición de

complicaciones como el equino o la escoliosis. En el mercado están disponibles planos

inclinados, bipedestadores, camas especialmente diseñadas, sillas de rueda de propulsión eléctrica

que facilitan en gran medida la prevención de complicaciones y mejoran el nivel de

independencia [I.22].

La fisioterapia ambulatoria ampliada (FAA) está a medio camino entre lo que entendemos por

fisioterapia y el entrenamiento deportivo; constituye la fase final de todo proceso fisioterápico en

el que se hayan conseguido los objetivos propuestos y es de utilidad, sobre todo, en la fisioterapia

deportiva en la que fisioterapeuta y entrenador deportivo han de colaborar. La FAA es también

aplicable a pacientes no deportistas, sobre todo los traumatológicos [I.23]

En cuanto al protocolo de tratamiento de fisioterapia a seguir para este tipo de lesiones, no

existen muchas diferencias.

Durante la fase de inmovilización, los autores optan por medidas crioterápicas en un primer

momento para reducir la inflamación y por una inmovilización flexible o rígida según el grado de

lesión [I.24].

Contracciones estáticas de cuádriceps e isquiosurales bajo contención y ejercicios contra

resistencia de la articulación coxofemoral y tibioperoneoastragalina.

Durante la fase post-inmovilización, se opta por masaje circulatorio de miembro inferior y masaje

de efecto antálgico y vasomotor, termoterapia antálgica y fortalecimiento muscular de cuádriceps

(con resistencia en el tercio superior de la tibia para oponerse al componente de “cajón” anterior),

Capítulo I


19

isquiosurales, glúteo mayor y tríceps sural, y trabajo dinámico y excéntrico en recorrido interno

de los rotadores externos.

Durante la fase de recuperación funcional y una vez cicatrizado, trabajar la propiocepción

articular y estabilidad funcional mediante hidrocinesiterapia, ejercicios en cadena cinética abierta

y cerrada y tonificación de la musculatura del muslo insistiendo sobre todo en el trabajo

excéntrico del músculo recto anterior del cuádriceps [I.25].

Las directrices para la rehabilitación están estructuradas para ayudar al clínico a conseguir que

los deportistas recuperen su grado de actividad previo a la lesión de la forma más rápida y segura.

Las directrices deben basarse en el conocimiento científico actual y seguir unos criterios para la

progresión de la rehabilitación. El ritmo de progresión es diferente para cada paciente y depende

de la curación individual y del grado de motivación [I.26].

Los objetivos de la fisioterapia son diferentes dependiendo del grado de afectación de los

pacientes así como de su sintomatología, por tanto la fisioterapia será individualizada y

atendiendo a las necesidades del paciente en cuestión.

En una fase precoz, el objetivo principal será eliminar las estrategias de compensación que haya

desarrollado el paciente:

Manteniendo las amplitudes articulares mediante la cinesiterapia pasiva luchando contra las

retracciones y la espasticidad utilizando los estiramientos analíticos y globales así como el

control postural y la normalización de los puntos clave central. Normalización del tono muscular

y del trofismo de los tejidos [I.27].

La Fisioterapia y rehabilitación de la rodilla suele estar relacionada con la existencia de múltiples

afecciones tanto en el orden clínico como quirúrgico. La rodilla puede ser asiento de

enfermedades reumáticas que generan dolor, inflamación e impotencia funcional de las cuales en

fases avanzadas, pueden conducir al desarrollo de atrofia muscular, deformidades y la instalación

de discapacidades irreversibles en muchos casos.

Capítulo I


20

Objetivos del tratamiento rehabilitador de la rodilla

• Aliviar el dolor y disminuir la inflamación

• Prevenir deformaciones

• Preservar y ganar en los arcos articulares

• Aumentar fuerza muscular del miembro inferior afectado

• Conservar el trofismo

• Lograr una marcha lo más funcional y estética posible

• Independencia en las actividades de la vida diaria

• Compensación psicológica del paciente

• Reincorporación a su trabajo habitual

Algunas lesiones traumáticas y osteoartriticas degenerativas provocan la degradación del

cartílago y la destrucción de la superficie articular, lo cual produce dolor e inmoviliza a la

persona [I.28].

Es muy común ver atrofia muscular y debilidad de los músculos que están alrededor de una

articulación lesionada. Además, la inactividad y las posiciones inapropiadas de las articulaciones

llevan a alteraciones en el movimiento articular, en la resistencia muscular y cardiovascular.

Los ejercicios tienen como objetivo mejorar la fuerza, la resistencia y la potencia muscular, con

el objetivo de proteger las articulaciones, mejorar la marcha, controlar el balance corporal,

disminuir el dolor y mejorar el auto reportes de mediciones de rendimiento y discapacidad. [I.29].

• Pasivos. (Movilizaciones y Estiramientos).

• Activos. (Activo asistido y activo resistido: isométrico- isotónico-isokinético.

Capítulo I


21

I.2.2 Movimiento pasivo continuo

El movimiento pasivo continuo es utilizado con frecuencia después de una artroplastia total de

rodilla, esta cirugía mejora la calidad de vida de los pacientes que presentan osteoartritis o artritis

reumatoide. Este tratamiento se combina con fisioterapia para lograr la rehabilitación del

paciente, se han realizado algunos estudios para comprobar los beneficios del CPM combinado

con fisioterapia contra la fisioterapia sola, los resultados obtenidos de estos estudios establecen

que el CPM combinado con fisioterapia incrementa la flexión activa de la rodilla y disminuye la

estancia hospitalaria, además de que disminuye la necesidad de manipulación postoperatoria

[I.30].

El CPM consiste en que el paciente realice movimientos de flexión y extensión del miembro

afectado sin que el paciente realice esfuerzo para realizarlos es decir estos movimientos deben ser

realizados por un fisioterapeuta o bien por alguna maquina.

El Dr. Robetr B. Salter por su experiencia personal se dio cuenta de que las lesiones incompletas

de ligamentos que no se inmovilizaban, cicatrizaban más rápido y que las articulaciones

asociadas tenían mejor arco de movimiento que las que habían sido enyesadas. Durante sus

estudios de medicina cuestionó el dogma de que todos los tejidos lesionados requerían reposo e

inmovilización para cicatrizar, dogma que fue mantenido durante miles de años desde Hipócrates

la inquietud constructiva del Dr. Salter lo llevó a desarrollar el concepto del movimiento pasivo

continuo, que había nacido en 1970, después de 8 años de meticulosa experimentación

cuidadosamente planeada, brillantemente ejecutada y registrada, capaz de demostrar

convincentemente los beneficiosos efectos de este movimiento en la cicatrización y regeneración

del tejido músculo-esquelético. Salter desarrolló la novedosa hipótesis de que el movimiento

pasivo continuo estimulaba células mesenquimales pluripotenciales para cambiar su expresión

fenotípica y producir cartílago articular en vez de tejido fibroso o hueso [I.31].

El movimiento pasivo continuo combinado con fisioterapia ofrece resultados beneficicos

comparado con la fisioterapia sola en la rehabilitación a corto plazo posterior a una artroplastia

total de rodilla.

Capítulo I


22

El movimiento pasivo continuo se aplica mediante un aparato utilizado con frecuencia después de

una artroplastia de rodilla. La presente revisión de 14 estudios (952 participantes) encontró

mejoras significativas en la flexión activa de la rodilla y en el uso de analgésicos a las dos

semanas posteriores a la cirugía al utilizar movimiento pasivo continuo y fisioterapia comparados

con fisioterapia sola. Además, la duración de la estancia hospitalaria y la necesidad de

manipulaciones en la rodilla disminuyeron significativamente en el grupo de movimiento pasivo

continuo. El movimiento pasivo continuo combinado con fisioterapia puede ofrecer resultados

beneficiosos para los pacientes que experimentaron una artroplastia de rodilla. Se necesita una

mayor cantidad de investigaciones para evaluar las diferencias de la efectividad con diferentes

características de aplicación como la duración total del tratamiento y la intensidad de las

intervenciones de CPM [I.30].

Una maquina de CPM realiza los movimientos de flexión extensión que el paciente requiere

teniendo la opción de programar los ángulos adecuados del movimiento y la velocidad a la que se

debe de realizar.

I.2.3 Órtesis o férulas

Elementos que contribuyen a evitar las deformidades entre las más usadas los corsés para evitar

las escoliosis, y los correctores de equino que evitan la retracción del Aquiles, en casos más

severos puede emplearse el aparato largo con rodilla articulada, aunque en la práctica limita con

frecuencia la capacidad de desplazamiento, pero facilita la bipedestación.

Las órtesis son elementos externos que aplicados a la superficie corporal permiten mejorar una

función o un movimiento y habitualmente se confeccionan a medida [I.32].

Funciones:

• Inmovilización o soporte: la órtesis deja en reposo o inmoviliza una articulación o

segmento corporal, ya sea para prevenir deformaciones o mantener la articulación en

posición funcional.

• Alineación de segmentos corporales

Capítulo I


23

• Mejoría de una función; por ejemplo frente a un segmento parético o pléjico.

• Prevención de deformidades

• Estabilización

• Bloqueo de segmentos o permitir movimiento con rangos controlados

• Permitir aplicar tracción, para aumentar rangos articulares o elongar musculatura

contracturada.

• Disminuir dolor.

I.2.4 Mecanoterapia

Los primeros aparatos de mecanoterapia empezaron a utilizarse en el año 1910 en Suecia y

fueron perfeccionados y modificados continuamente, sin embargo estos primeros dispositivos

cayeron progresivamente en desuso por la complejidad de su instalación y el desembolso

económico que suponía su adquisición. Actualmente los equipos que se utilizan son aparatos

sencillos pero funcionales que permiten además resolver la mayoría de los problemas de

movilización activa regional o segmental.

Indicaciones y contraindicaciones.

El uso de la mecanoterapia se puede aplicar tanto para aumentar las resistencias como para

disminuirlas e incluso, para realizar movilizaciones pasivas o autopasivas, de ahí que su cuadro

de indicaciones sea muy elevado.

El interés actual de la mecanoterapia es que el paciente pueda realizar ejercicios con una finalidad

curativa. Para ello es necesario un fisioterapeuta que enseñe y supervise al paciente los ejercicios

a realizar y su posible evolución en el tiempo; para ello ni señalar que son imprescindibles

conocimientos de anatomía, fisiología y biomecánica para ejecutar enseñar los movimientos al

paciente y corregírselos día a día [I.33].

Capítulo I


24

I.3 Equipos de rehabilitación

Actualmente existen muchos equipo de rehabilitación, desde algunos muy básicos que solamente

tiene elementos mecánicos es decir no tiene algún accionamiento automático hasta algunos

equipos robóticos que cuentan con sensores capaces de medir la intensidad de trabajo de los

músculos, la posición, y velocidad de las articulaciones, etc.

Actualmente algunas revistas de rehabilitación citan el trabajo de CASE Instituto de tecnología a

los inicios de 1960 como la primera aplicación de la tecnología robótica en la rehabilitación. Este

era una órtesis con cuatro grados de libertad. La estructura exoesqueletica soporta el brazo del

paciente y realiza algunas secuencias de puntos previamente grabados. Otro proyecto fue el

Rancho Los Amigos “Golden Arm” Fig.I.4 este tenía siete grados de libertad varias versiones

fueron construidas y algunas fueron montadas en sillas de ruedas.

Figura I.4.- Órtesis de cuatro grados de libertad

Además de los dos aparatos mencionados, los trabajos más específicamente enfocados en el área

de la rehabilitación comienzan a mediados de los 70’s. uno de estos proyectos fue una estación de

trabajo diseñada por Roesler en Heidelberg al oeste de Alemania. Otro equipo de este tipo fue

diseñado por Seamone and Schmeisser en la universidad Johns Hopkins en 1974. El brazo de este

sistema estaba basado en una prótesis de un brazo eléctrico montado en una vía horizontal. Otro

robot de este tipo fue el Spartacus diseñado en Francia.

Capítulo I


25

En otros trabajos sobre la robótica en la rehabilitación se reconoce el trabajo continuo de la

Universidad de Stanford iniciado por Larry Leifer en el departamento de Ingeniería mecánica,

con Machiel Van Der Loos de el Centro VA de Palo Alto. Ellos construyeron cuatro

generaciones de DeVAR (Desktop Vocational Assistive Robot) el sistema DeVAR IV usa el

brazo puma 260, un robot manipulador industrial [I.34].

Como se ha mencionado este trabajo se enfoca a los miembros inferiores y más específicamente a

la articulación de la rodilla.

En 1999 se diseño una maquina de ejercicio terapéutico llamada Sakaki, esta costa de dos brazos

mecánicos que sujetan al miembro inferior [I.35].

Maquina de ejercicio terapéutico (TEM) es un equipo ejercitador para las articulaciones de cadera

y rodilla. Dos brazos mecánicos mueven el miembro inferior. Los brazos son movidos por dos

motores eléctricos, controlados por una computadora usando sensores.

La maquina tiene las siguientes características:

1- Amplio rango de movimiento

Los mecanismos de los brazos pueden seguir los tres grados de libertad de la extremidad

inferior en el plano sagital.

2- Movimiento suave

Si el paciente ejerce una fuerza externa al TEM, los brazos mecánicos se mueven para

contrarrestar esa fuerza.

3- Enseñanza directa

Los terapistas pueden enseñar al TEM los tipos apropiados de movimiento para la

articulación mientras que el paciente esta sobre la maquina.

4- Funciones de medición

TEM mide el ángulo y el torque de la cadera y la rodilla [A6].

Capítulo I


26

Figura I.5.- Equipo Sakaki

Recientemente un trabajo presenta el diseño de un prototipo de CPM para la terapia de rodilla

con las siguientes características:

• Rangos de movimientos ajustables

• Flexión-extensión rodilla 5° a 132°

• Barras ecualizables

• Fácil de operar

• Alineación anatómica para el eje de movimiento

• Para pierna izquierda y derecha

• Velocidades variables

• Para un amplio rango de personas (15 años a un adulto)

La máquina está diseñada para la articulación de rodilla y puede ser utilizada para la terapia de

cadera, los movimientos que se desarrollan para la rodilla son los mismos que para la terapia de

cadera, excepto en sus arcos de movilidad.

Capítulo I


27

La máquina de CPM genera niveles de ruidos equivalente Leq de 9,77 dBA, lo cual está entre lo

permitido por la Environmental Protection Agency. Esta máquina es una solución en la búsqueda

del mejoramiento de la calidad de vida de la población, debido a la disminución de costos tanto

de fabricación y de alquiler, buscando siempre la masificación del tratamiento de lesiones [I.36].

Figura I.7.- Maquina de MCP

Actualmente existen varias maquinas comerciales de este tipo se conocen como máquinas de

movimiento pasivo continuo (CPM) algunas marcas de estas son: Industrias Mckelor, Kinetic

Spectra, y su precio oscila entre los 2,500 Usd.

Capítulo I


28

Figura I.6.- Maquina de CPM. Marca Mckelor modelo 1800

Otro tipo de maquina destinada a la rehabilitación de los miembros inferiores son:

Este equipo en particular está diseñado para pacientes que usan silla de ruedas o de edad

avanzada con movilidad limitada. Este aparato trata de imitar el movimiento se realiza al remar

en un bote, y además cuenta con un control para los miembros inferiores y un estabilizador del

tronco [I.37].

Figura I.8.- Equipo de rehabilitación para pacientes en silla de ruedas

En otro trabajo se propone un robot manipulador de tres grados de libertad usado como

exoesqueleto para la rehabilitación de miembros inferiores, el control de este robot es realizado

mediante un controlador inteligente. El robot puede operar en dos etapas aprendizaje y terapia.

Puede realizar movimientos de flexión y extensión [I.38].

Capítulo I


29

Figura I.9.- Diseño final del robot de tres grados de libertad usado en rehabilitación

Actualmente existen muchos equipos de rehabilitación de la marcha humana a continuación se

mencionan algunos de estos son: Gait Trainer (GTI), Driven Gait Orthosis (DGO) 'Lokomat',

[I.39].

Figura I.10.- Equipo para rehabilitación de marcha humana (GTI)

Capítulo I


30

Figura I.11.- Equipo de rehabilitación de marcha humana (DGO)

Los aparatos de rehabilitación robótica están disponibles para el entrenamiento de funciones

deterioradas, por ejemplo el robot Lokomat sostiene el peso del paciente durante su

entrenamiento. Los equipos robóticos estan equipados con sensores y actuadores necesarios para

su control. En este robot estos sensores se pueden utilizar como herramientas avanzadas para

obtener mediciones fisiológicas que pueden ser apropiadas para el paciente.

En los últimos años se ha incrementado el uso de robot para la rehabilitación, esto se debe a que

pueden realizar terapia de manera más efectiva. Un robot puede realizar los movimientos que

requieren los ejercicios de fisioterapia. Para la rehabilitación existen tres formas en que se puede

utilizar los robots:

Capítulo I


31

- Pasiva. Es cuando el movimiento es realizado por el robot, mientras que el paciente

permanece relajado.

- Activa asistida. Es cuando el paciente inicia el movimiento, pero el robot lo ayuda a

realizarlo a lo largo de la trayectoria.

- Activa con resistencia. Es cuando el robot opone resistencia a los movimientos del

paciente [I.39].

Figura I.12.- Robot Lokomat

Capítulo I


32

I.4 Sumario

El presente capitulo que es el primero de este trabajo menciona desde lo más general hasta el

problema que se aborda en este trabajo es decir comienza por presentar algunas generalidades de

la discapacidad, sus antecedentes, algunas definiciones, su clasificación, para posteriormente

centrarse en la discapacidad motriz, sus causas, los problemas en los miembros inferiores y más

específicamente los padecimientos comunes de rodilla.

Posteriormente se presentan algunas alternativas de rehabilitación como la fisioterapia, se define

el concepto de movimiento pasivo continuo, presentando las ventajas de este en comparación con

la fisioterapia sola. En la parte final del capítulo se presentan algunos aparatos para ayudar a la

rehabilitación de rodilla incluyendo algunos trabajos previos sobre máquinas para terapia de

movimiento pasivo continuo. También se presentan algunos equipos de rehabilitación de la

marcha humana que utilizan tecnología robótica.

I.5 Referencias

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2. Aguado Díaz, Antonio León (1993). Historia de las Deficiencias. Colección Tesis y

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Capítulo I


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CAPITULO II SISTEMA MUSCULO ESQUELETICO DE

LA RODILLA

Capítulo II


36

II.1 Anatomía estructural de la rodilla

La articulación de la rodilla probablemente es la más complicada del cuerpo humano. Esto se

debe a que comprende dos articulaciones diferentes en estructura y función, pero relacionadas

entre sí; las articulaciones tibiofemoral y femoropatelar. Su movimiento es multidireccional, lo

dirigen los planos de las superficies articulares opuestas, los elementos neuromusculares y las

acciones restrictivas de los ligamentos [II.1] (Figura II.1).

Figura II.1.- Anatomía de la rodilla

II.1.1 Anatomía de los huesos

En la rodilla intervienen tres huesos que son; el fémur, la tibia y la rotula o patéla (Figura II.2). El

extremo inferior del fémur contiene un cóndilo medial y uno lateral, separados desde atrás por

una fosa o incisura intercondilea. El cóndilo medial es mayor que el cóndilo lateral y posee una

prominencia superior, para la inserción del tendón del aductor mayor. La rotula el mayor hueso

sesamoideo del cuerpo, está incluida dentro del tendón de cuádriceps femoral. Es de forma oval y

posee un vértice aguzado en su superficie inferior. El ligamento patelar (tendón patelar) está

fijado en el vértice y en el hueso patelar adyacente [II.2].

Las superficies articulares del fémur, la tibia y la patéla no son congruentes. La superficie

articular del fémur comprende las áreas condíleas y a la superficie patelar. Entre cada una de las

superficies condileas y la superficie patelar se encuentra un surco poco profundo. Visto desde

Capítulo II


37

abajo, el perfil de las superficies condíleas femorales por lo general se conforma al de las

superficies articulares de la tibia, la superficie del cóndilo femoral lateral aparece circular,

mientras que el cóndilo medial es grande y oval, alargada en dirección anteroposterior con una

concavidad que se extiende lateralmente [II.3].

Fig. II.2.- Huesos que forman la articulación de la rodilla.

Las superficies articulares tibiales son cóndilos revestidos de cartílago, cada uno con un área

central hueca y una periferia a planada. Entre los cóndilos se halla el área intercondílea. La

superficie articular del cóndilo medial de la tibia es oval, con su eje mayor en el plano sagital,

mientras que la superficie articular del cóndilo lateral de la tibia es circular y de menor tamaño

que la del cóndilo medial [II.2].

II.2 Articulaciones

Una articulación es simplemente la unión entre dos o más huesos. Las articulaciones

proporcionan la segmentación del esqueleto del individuo y permiten varios grados de

movimientos entre los segmentos [II.4]. En el organismo existen cinco tipos distintos de

articulaciones [II.5] (Figura II.3).

Capítulo II


38

• Sindesmosis.- Es una articulación en la que los dos huesos sólo están unidos por

tejido fibroso.

• Sincondrosis.- Es una articulación en la que los huesos están unidos por cartílago.

• Sinostosis.- Es una articulación que en algún momento se ha obliterado por la unión de

los huesos. Algunas sindesmiosis y todas las sincondrosis acaban fusionándose y por lo

tanto se convierten en sinostosis.

• Sínfisis.- Es una articulación en la que las dos caras opuestas están recubiertas por

cartílago hialino y unidas por fibrocartílago, y tejido fibrosos fuerte.

• Articulación sinovial.- Es aquella en que las dos caras opuestas están recubiertas por

cartílago articular hiliano y unidas periféricamente por una capsula de tejido fibroso que

cierra una cavidad articular que contiene liquido sinovial.

Figura II.3.- Tipos de articulaciones

Capítulo II


39

II.2.1 Mecánica de las articulaciones

Antes de emprender específicamente el análisis de la anatomía funcional de las articulaciones de

rodilla, es necesario considerarse su mecánica. La comprensión de la función mecánica de la

articulación se ha beneficiado por la colaboración de la ingeniería y la medicina. La terapia física

de los trastornos de la articulación depende del claro entendimiento de la función mecánica de

cualquier articulación y sus tejidos relacionados [II.4].

Una articulación sinovial típica se forma por dos articulaciones opuestas, cada una cubierta por

cartílago y envuelta en una capsula que contiene líquido sinovial, que la sinovia excreta y sirve de

lubricante. Existen dos clases fundamentales de superficies articulares: ovoidea y sillar (Figura

II.4). Que son uniformemente cóncavas o convexas con la superficie ovoidea. La curvatura del

hueso opuesto de las articulaciones es, a su vez, ya sea congruente o no congruente dependiendo

de su arco o curvatura y la relación estructural de las dos superficies.

Figura II.4.- Superficies articulares, Existen dos superficies articulares básicas (ovoidea y sillar)

X

Ovoide

Y

Sillar

Capítulo II


40

Se considera que las superficies articulares de los huesos opuestos que comprimen a una

articulación son curvas perfectas que se adaptan una con otra con contacto igual en cada punto a

lo largo de las superficies articulares. El movimiento de esta clase de articulación, una

articulación congruente verdadera, se efectuaría alrededor de un eje fijo de rotación. Esta

definición de una articulación congruente verdadera se opone a los principios de la Ingeniería

[II.1].

Los estudios de las articulaciones en la ingeniería han mostrado que las superficies articulares son

variables más que uniformes. Una articulación congruente verdadera no permitiría la lubricación

de la sinovial puesto que un grado de no congruencia moverá el lubricante hacia cualquier lado

de la articulación (Figura II.5). Una articulación congruente varadera supone un contacto directo

de las superficies articulares en cada punto alrededor de la curvatura de sus superficies. Este

contacto crea una relación “compacta estrecha” y “enlazaría” a la articulación, o sea, como

ningún lubricante lo haría (Figura II.6). En una articulación incongruente las superficies

articulares se tocan en diferentes sitios y cubren un área pequeña el resto del espacio articular esta

mas separado. En el cuerpo humano solamente la articulación coxofemoral (cabeza del fémur

dentro de la cavidad cotiloidea) se aproxima a una articulación congruente. El movimiento de una

articulación incongruente es de vuelta más que de rotación, que es el movimiento de la mayor

parte de las articulaciones, especialmente la rodilla, da como resultado un deslizamiento en arco

(Figura II.7) [II.1].

Figura II.5.- Superficies articulares asimétricas

Laxo

Apertura Tensión Oclusión

Capítulo II


41

EJE

A

EJE

B

EJE

C

CARTILAGO

VERTICE

PRESION

HIAULORONIDASA

a

bc

d

e

Figura II.6.- Lubricación hidrodinámica. Articulaciones no paralelas hacen que el líquido lubricante se acomode en forma de cuña, parte del cual se queda en el vértice. El líquido

lubricante se mueve en capas a, b, c, d y e, a la misma velocidad que el hueso articular, pero una capa (a–e) se adhiere a ambas superficies articulares.

Figura II.7.- Movimiento de la articulación (vuelta o rotación). La vuelta verdadera (C) esta ejemplificada como en una esfera que da vueltas alrededor de un punto. Si hay un cambio angular

del eje perpendicular (A) a la superficie durante la vuelta, ocurre una vuelta rotación (B).

En una articulación incongruente típica no hay asentamiento profundo de las superficies

articulares. Así los músculos y los ligamentos deben proporcionar soporte al mismo tiempo que

mueven las superficies cóncavas. Se requieren tanto los ligamentos como los músculos para el

soporte y el movimiento. En la rodilla esto no sucede, los ligamentos proporcionan la mayor parte

del soporte y los músculos proporcionan la actividad cinética.

Capítulo II


42

II.3 Meniscos

La articulación tibiofemoral es incongruente [II.1] y así relativamente inestable en cuanto a su

mecánica. La congruencia se logra por la inserción de los meniscos en la articulación entre los

cóndilos femorales y la superficie articular de la tibia. Los meniscos son estructuras

fibrocartilaginosas de tejido, curvas y en forma de cuña, localizadas en la periferia de la

articulación tibiofemoral, los cuales se encuentran unidos uno con otro y con la capsula de la

articulación (Figura II.8).

Figura II.8.- Anatomía de los meniscos

La función mecánica de los meniscos es ayudar en la distribución de presión entre el fémur y la

tibia y poder soportar el peso, además de equilibrar la presión intra-articular de la acción

muscular. Al crear una articulación más congruente también ayudan en la lubricación de la

articulación. El menisco interno mide aproximadamente 10 mm de ancho, con su extremo

posterior más ancho que la porción media (Figura II.9).

Capítulo II


43

Figura II.9.- Inserciones de los meniscos

El menisco interno en su extremo o cuerno anterior se une al borde anterior de la tibia por medio

de tejido de ligamento fibroso y a la espina intercondilea anterior. Con frecuencia se une con el

ligamento cruzado anterior. Por medio del ligamento transverso, se une con el extremo anterior

del menisco externo. Está firmemente unido en su periferia con la capsula de la articulación y con

la parte profunda del ligamento lateral interno. Posteriormente el menisco interno se une con el

engrosamiento fibroso de la capsula y también está unido a la porción tendinosa del musculo

semimembranoso [II.2]. El menisco externo tiene de 12 a 13 mm de ancho. Su curvatura es

mayor que la del menisco interno, por lo que parece un anillo cerrado. En contraste, el menisco

interno tiene mas forma de C. Tanto el extremo anterior como el posterior del menisco externo se

insertan directamente en las protuberancias intercondileas y por medio de una unión fibrosa al

ligamento cruzado posterior (ligamento meniscotibial). La mayor parte del extremo posterior se

inserta en la fosa intercondilea del fémur por medio de un fascículo fuerte que continua hacia

arriba y medialmente. Este fascículo se conoce como el ligamento musculo femoral posterior, el

cual frecuentemente s curva con el ligamento cruzado posterior.

El menisco externo tiene inserciones muy laxas con la parte lateral de la capsula. En su extremo

posterior, la vaina del tendón poplíteo se interpone entre el menisco externo y la capsula. Existe

una bolsa sinovial entre el menisco y la capsula. Su pared externa forma un compartimiento

(vaina) que contiene al tendón poplíteo. El menisco externo tiene gran movilidad esencialmente

alrededor de las inserciones del punto de apoyo con los tubérculos intercondilileos (espinas) de la

tibia con una pequeña conexión capsular lateral o ninguna [II.6].

Capítulo II


44

II.4 Ligamentos

La configuración ósea incongruente de la articulación de la rodilla contribuye poco a la

estabilidad o integridad de la misma. La instrucción de los meniscos mejora la estabilidad

estática, pero no tiene efecto en el componente cinético. Los músculos dan movimiento a la

articulación pero interviene poco en su firmeza. La capsula es redundante y esencialmente tiene

la función de contener el liquido sinovial nutriente, pero casi no contribuye a la estabilidad de la

articulación. Solamente los ligamentos de la articulación de la rodilla le proporcionan estabilidad

a esta que es estática y cinética [II.5].

Figura II.10.- Anatomía de los ligamentos

Los ligamentos son una clase de tejido conjuntivo y a los que se ha estudiado ampliamente; son

similares en estructura y función a los tendones excepto por la disposición de las fibras colagenas

componentes, en los ligamentos es más irregular que en los tendones. Los ligamentos también

comprenden más fibras de elastina dentro de las fibras colagenas. Debido a su composición los

tendones se pueden rehabilitar más fácilmente y se recuperan mejor de las lesiones que los

ligamentos; los tendones se emplean con frecuencia para reemplazar quirúrgicamente a los

ligamentos dañados (Figura II.10). Los ligamentos de rodilla reciben fibras nerviosas de las

ramas contiguas del nervio tibial (ciático poplíteo interno); las fibras sirven como fibras

Capítulo II


45

vasomotoras (simpáticas). Sin embargo, estudios recientes, se han referido a la presencia dentro

de los ligamentos de mecanoreceptores que sirven en la propiocepcion.

Figura II.11.- Fibra colagena.

Cada fibra colagena es una cadena trihelicoidal de aminoácidos unidos químicamente.

II.4.1 Ligamentos cruzados

De los ligamentos de la rodilla, los laterales y los cruzados, se ha reconocido a los segundos

como los más importantes para asegurar el funcionamiento normal y si se les daña, resultan

lesiones e incapacidad importantes [II.2].

Hasta hace poco había escapado con frecuencia el reconocimiento, la evaluación y el tratamiento

adecuado de la lesión a dicha estructura [II.7]. Esto ha provocado el daño permanente y el fin de

las carreras de muchos atletas [II.1]. Las técnicas de estudio más recientes que utilizan la

artroscopía, el rastreo por tomografía computadorizada (TC) y las imágenes por resonancia

magnética (IRM) han determinado la función adecuada de los ligamentos cruzados en la función

normal y en la patología [II.3]. Hay dos ligamentos cruzados: el anterior (LCA) y el posterior

(LCP). El LCA es el más expuesto y de los dos es el que se daña e incapacita más a menudo.

Capítulo II


46

II.4.1.1 Ligamento cruzado anterior

El LCA se origina en la cara no articular de la tibia y pasa superior, lateral y posteriormente para

insertarse en la parte posterior de la fosa intercondilea (Figura II.12). El ligamento toma su

nombre de “anterior” porque se localiza en la parte anterior de la tibia. La inserción de la tibia es

larga y firme originándose algunas de sus fibras en la cara interna y anterior de la espina de la

tibia. Muchas fibras se insertan en el extremo anterior del menisco externo y 20% de estas llegan

a la parte posterior tan lejos como el origen en la parte posterior de la tibia del menisco externo.

Figura II.12.- Localización del ligamento cruzado anterior

El LCA está formado por dos bandas; una anteromedial pequeña y posterolateral grande abultada.

Estas dos bandas se dirigen paralelas y se insertan longitudinalmente por medio de un material

blando que les permite moverse en forma diferente. Esto supone que se tensan y relatan

diferentes partes del ligamento durante el movimiento de la rodilla y que hay partes del ligamento

que permanecen constantemente tensas durante este movimiento.

Capítulo II


47

Existen controversias de la importancia del LCA [II.8], Existen muchas opiniones; algunos creen

que no es importante relativamente como estabilizador esencial de la rodilla [II.1]. La mayoría

están de acuerdo en que el LCA [II.8]:

• Impide las luxaciones en la parte anterior. El LCA ocasiona el 85% del

desplazamiento anterior.

• Limita la rotación de la tibia sobre el fémur.

• Limita la tensión valgus y varus sobre la rodilla.

Solamente partes del LCA funcionan en cualquier momento para impedir las luxaciones

anteriores. Pero una parte del ligamento permanece tensa todo el tiempo. La banda interna

anterior (BIA) del ligamento proporciona resistencia de 70% de flexión hasta una flexión

completa y en una flexión de 90% la BIA es la resistencia principal. Las bandas internas

posteriores (BIP) se encuentran tensas en la extensión total y en la flexión de hasta 20° a 25°.

Entre los 40° y 50° de flexión ninguna de las bandas se encuentran tensas específicamente y en

este rango hay movilidad fisiológica anterior - posterior de las fibras. Se ha calculado que el

problema de los ligamentos se presenta de 10 a 15% de la elongación de los ligamentos [II.9]. El

problema sucede más rápidamente después de cualquier inmovilización importante en la cual los

ligamentos no se están elongando en forma repetida hasta sus límites fisiológicos (Figura II.13).

Figura II.13.- Lesiones del LCA

Capítulo II


48

La rotación, especialmente la interna, de la tibia está limitada por ambas bandas del LCA. La

rotación excesiva se presenta después de una lesión del LCA si existe lesión concurrente al

ligamento lateral externo. En dicha lesión del ligamento puede haber lesión de un menisco. Rara

vez se presenta una simple inestabilidad de los ligamentos. A medida que el centro de rotación

varía normalmente en forma constante durante la rotación, este depende del problema observado

después de la lesión [II.8]

II.4.1.2 Ligamento cruzado posterior

El LCP es intrarticular y extrasinovial con una inserción en forma de media luna en el cóndilo

femoral interno. Su porción posterior más delgada se extiende sobre el borde posterior de la tibia.

Es el doble de fuerte que el anterior y actúa recíprocamente con el LCA (Figura II.14) [II.10].

Figura II.14.- Anatomía del ligamento cruzado posterior

El LCP funciona básicamente como un estabilizador de la rodilla, estando más tenso en el

movimiento de esta. Parte del LCP permanece tensa a través de todo el rango de movimiento de

la rodilla. Se vuelve más tenso en la rotación interna de la tibia sobre el fémur al soportar el peso

de la pierna, que es una de sus funciones principales. También resiste la hiperextension de la

rodilla y ayuda en la estabilidad interna de la rodilla [II.10]. La fuerza del LCP probablemente

Capítulo II


49

explica su intervención poco frecuente excepto en las lesiones graves de la rodilla que lesionan

otras estructuras de la misma [II.10].

II.4.2 Ligamentos laterales y capsulares

La capsula de la articulación de la rodilla es esencialmente una membrana fibrosa delgada que

esta reforzada por las estructuras ligamentosas que estabilizan la rodilla. Estos ligamentos

laterales estabilizan la articulación guiando, así como, restringiendo el movimiento de la

articulación. Pueden dividirse en partes interna y externa (Figura II.15), cada una tiene

características específicas [II.7].

Figura II.15.- Ligamentos capsulares y laterales.

II.4.3 Ligamentos laterales internos

A diferencia de los ligamentos el ligamento lateral interno no es distinto. Este ligamento está

formado esencialmente por tres capas de tejidos de tipo aponeurótico en el lado interno de la

rodilla. Se insertan en la parte superior de la tuberosidad interna del fémur y en la parte inferior

en la tibia justo por debajo del nivel del cartílago articular. Las capas de la primera a la tercera

están formadas por la aponeurosis profunda (crural), el ligamento interno superficial y la capsula

y al parte interna profunda, respectivamente. La primera capa es una aponeurosis inmediatamente

Capítulo II


50

por debajo de la piel que se extiende anteriormente para cubrir la patéla y su tendón y

posteriormente, para cubrir la fosa poplítea. El musculo sartorio se inserta en la aponeurosis, pero

no tiene su propio tendón. Los músculos recto interno del muslo y semitendinoso tiene diferentes

tendones que invaginan a la aponeurosis [II.7]

La segunda capa es el ligamento interno superficial. Las fibras son paralelas y verticales; pero a

medida que continúan posteriormente, tienden a ser más oblicuas donde emergen con la tercera

capa y con la vaina tendinosa del musculo semimembranoso. Las fibras anteriores de la segunda

capa, emergen formando el ligamento femoropatelar, el cual une la patéla con el fémur.

La sección profunda del ligamento lateral interno esencialmente se divide en tres partes: los

ligamentos anterior, medio y posterior. La parte anterior de las fibras se extiende anteriormente

hacia el mecanismo extensor y tiene una inserción laxa con el extremo anterior del menisco

interno estas fibras se relajan durante la extensión de la rodilla, pero se tensan durante su flexión,

interviene en la conservación del alineamiento de la patéla con el surco condilar femoral en los

movimientos de la rodilla.

A la parte medial de la segunda capa se le denomina ligamento lateral interno, ligamento lateral

tibial, ligamento lateral interno superficial, ligamento interno superficial o ligamento lateral

interno. Se le conoce mejor como las fibras paralelas del ligamento interno superficial, esta parte

del ligamento interno mide aproximadamente 11 cm de largo y 0.5 cm de ancho.

La parte media del ligamento interno, a su vez se divide en dos secciones; el segmento

meniscofemoral superior, el cual es grueso y se fija al menisco interno y el segmento

meniscotibial inferior, el cual es laxo y permite que la tibia se mueva sobre el menisco. La tercera

capa es la capsula. Existe controversia acerca si la capsula es una combinación de tendones

profundos y tejidos capsulares delgados sinoviales o es una entidad separada. La última

alternativa parece correcta ya que la capsula y el ligamento está separado. El compartimento

lateral de la rodilla se extiende posteriormente desde el borde lateral del tendón patelar hasta el

ligamento cruzado posterior y está dividido en tres áreas; anterior, media y posterior. En la parte

superior se inserta al epicondilo lateral del fémur e inferiormente en la cabeza de la fíbula.

Capítulo II


51

La capa anterior consiste en la capsula, que se extiende desde el tendón rutiliano hasta el borde

anterior de la banda iliotibial y la expansión lateral del tendón del cuádriceps. Esta parte del

ligamento lateral de la rodilla es más importante funcionalmente para el mecanismo

femoropatelar que para la estabilidad de la rodilla. El área media del comportamiento lateral es la

banda iliotibial, la cual cubre el ligamento capsular, este a su vez, consiste en una parte

meniscotibial y una meniscofemoral. La banda iliotibial se inserta en el epicondilo lateral del

fémur, después la tuberosidad externa de la tibia. Esta es la cara posterior de la banda iliotibial

que se puede considerar en realidad como ligamento lateral externo, estando por delante del eje

de rotación del cóndilo femoral. El ligamento lateral externo extiende la rodilla y es un soporte

importante de la rodilla hasta 30° de flexión. Permite la rotación normal cuando se relaja en la

flexión y se tensa cuando está en rotación completa.

Figura II.16.- Ligamentos laterales externos

La porción posterior del comportamiento lateral está formado por fibras entrelazadas de la

capsula y las fibras aponeuróticas que provienen de la banda iliotibial. Estas fibras se denominan

en conjunto complejo ligamentoso arqueado y contienen el tendón del musculo poplíteo (Figura

II.17).

Capítulo II


52

Figura II.17.- Musculo poplíteo

Este musculo tiene tres orígenes tendinosos y finalmente se inserta a través de una masa muscular

en la parte proximal posterior de la tibia. Los tres orígenes tendinosos salen del cóndilo femoral

lateral, la cara posterior de la fíbula y el extremo posterior del menisco externo. Estos orígenes

tendinosos forman un ligamento en forma de Y. El tendón del bíceps se inserta en la cabeza de la

fíbula, la capsula, la banda iliotibial y el ligamento lateral externo. El compartimiento capsular

posterior se tensa cuando se extiende la rodilla y se relaja en la flexión.

El ligamento arqueado se encuentra sobre la aponeurosis del musculo poplíteo y se inserta

firmemente en esta. La fosa posterior (fosa poplítea) de la rodilla está limitada en la parte

posterior de los tendones de los músculos semimembranoso, semitendinoso y bíceps, y en la

parte inferior por los dos extremos del musculo gastrocnemio. El techo de la fosa es la

aponeurosis del musculo poplíteo. El nervio fibular común o ciático poplíteo externo pasa por el

cuello de la fíbula por detrás del tendón del bíceps. La fosa contiene la arteria y la vena poplíteas

y el nervio fibular común. En la parte superior de la fosa, este nervio se divide en las ramas tibial

y fibular, las cuales pasan por encima del extremo lateral del musculo gastrocnemio y por debajo

de la aponeurosis.

Capítulo II


53

II.5 Músculos de la articulación de la rodilla

El movimiento poderoso y la estabilidad de la rodilla se debe a varios músculos que cruzan la

articulación por la parte anterior, por la parte posterior y a ambos lados. Se clasifican por su

función como los grupos extensores anteriores, flexores posteriores, aductores internos y

abductores externos, los abductores y los aductores son rotadores y estabilizadores [II.1].

II.5.1 Músculos anteriores

El musculo principal del grupo de los extensores es el cuádriceps crural, el cual comprende al

musculo recto anterior del muslo y tres músculos denominados vasto interno, vasto externo y

crural (Figura II.18).

Figura II.18.- Cuádriceps crural

El musculo recto anterior del muslo se origina como un tendón de la espina iliaca inferior de la

pelvis, el cual se encuentra inmediatamente superficial al origen iliaco del ligamento iliofemoral

de la articulación coxofemoral (Figura II.19). Al cruzar esta articulación, el musculo recto

anterior del muslo ejerce fuerzas flectoras. Todos los músculos vastos se originan en la cara

Capítulo II


54

anterior del fémur. El grupo de los extensores converge en un ligamento que se inserta en la

tuberosidad anterior de la tibia. En su terminación el grupo de los extensores se ha incorporado en

su tendón un hueso sesamoideo, la patéla (Figura II.20), formando la otra articulación de la

rodilla, la articulación femoropatelar [II.7].

FiguraII.19.- Cuádriceps crural

Figura II.20.- Origen del musculo recto anterior del muslo.

Capítulo II


55

II.5.2 Función del cuádriceps

Ameritan un estudio especial los músculos cuádriceps porque son tan importantes en los

movimientos normales de la articulación de la rodilla así como cuando hay daño e incapacidad de

la rodilla. Los pacientes que sufren una lesión de la rodilla en general muestran una atrofia

temprana del segmento del vasto interno del cuádriceps y a menudo falta de fuerza y de extensión

completa de la rodilla. Estos hallazgos han llevado a la especulación de cual segmento del grupo

muscular del cuádriceps es vital para la extensión completa a través de su límite o arco de

movimiento. También ha llevado a muchas investigaciones mecanopatologicas de la función de

la patéla en la extensión y la flexión de la rodilla.

El alineamiento de las fibras del vasto interno y el eje longitudinal del fémur difieren

aproximadamente en 15°, mientras que las fibras oblicuas del vasto interno difieren de 50° a 55°,

siendo caso horizontales (Figura II.21),. Los estudios electromiograficos han mostrado

contracción en todos los segmentos de los grupos del cuádriceps a través del límite de 0° a 90° de

flexión. Esto también es válido para los pacientes que han tenido cirugía reciente y que tienen

incapacidad crónica del cuádriceps.

Figura II.21.- Patéla. (1) Vista ventral de las superficies articulares internas y una externa que se

articulan con el fémur. (2) Vista lateral de la patéla. (3) El cuádriceps se inserta en la patéla. (4)

Las tres capas de la inserción tendinosa (CC cuádriceps; VI vasto interno; VE vasto externo).

Capítulo II


56

La rodilla puede ser extendida por cualquiera de los componentes individuales del cuádriceps:

vasto externo, crural, vasto interno y recto anterior del muslo. La rodilla no puede ser extendida

solo con las fibras oblicuas del vasto interno. Vale la pena notar, que se necesita 60% más fuerza

para los últimos 15° de extensión que lo que se requiere para dicho grado de extensión. Si las

fibras oblicuas se contraen para conservar en el centro a la patéla en el surco intercondileo del

fémur, entonces se necesita 33% menos fuerza. Parecería que las fibra oblicuas funcionan

principalmente en asentar la patéla. También parece que no hay diferencia importante en la fuerza

ejercida por diferentes fibras del cuádriceps en la extensión de la rodilla. La diferencia aparente

está indicada por la ventaja mecánica de la intrusión del patéla en el mecanismo extensor y el

esfuerzo del cuádriceps (fibras oblicuas) para conservar la alineación de la patéla (II.9).

II.5.3 Articulación femoropatelar

La patéla es un hueso sesamoideo que se encuentra dentro del tendón del cuádriceps (Figura

II.22) y que participa en la actividad mecánica del cuádriceps (Figura II.20).

FiguraII.22.- Mecanismo del cuádriceps. El cuádriceps se extiende por encima de la cara

anterior de la articulación de la rodilla con tres extensiones ligamentosas.

Comprende la articulación de la rodilla así como la articulación tibiofemoral, pero la patéla

influye en la función. El tendón del musculo cuádriceps crural está formado por tres láminas; la

capa superficial del músculo recto anterior del muslo, la capa medio por los tendones de los

vastos externo e interno y una capa profunda por el musculo crural. Algunas de estas fibras

tendinosas pasan anteriormente a la patéla, algunas s e insertan en el borde superior y otras en los

Capítulo II


57

bordes laterales. Las fibras tanto de las caras interna y externa se extienden para insertarse en los

cóndilos femorales, mientras que otras pasan a los ligamentos laterales capsulares.

Figura II.23.- Funcionamiento mecánico de la patéla. (Arriba) paralelogramo de fuerzas. (Abajo)

En la rodilla, la patéla aumenta el momento del brazo de m a M y así la torsión T1 es mayor que

T2 con fuerza similar F

La superficie interna de la patéla está cubierta con cartílago y se desliza sobre el cartílago de la

tróclea femoral. Con una relación de una articulación no congruente. Las superficies

intrapatelares asimétricas varían en su contacto con los cóndilos femorales cuando la rodilla se

flexiona y se extiende. Las carillas articulares de la patéla hacen contacto con los cóndilos

femorales en forma diferente a varios grados de flexión. En 20° de flexión el contacto es una

pequeña área de la parte superior de la patéla en 45° de flexión la parte media de las carillas

articulares laterales hacen contacto y en 90° de flexión el contacto es enteramente sobre la carilla

articular lateral inferior. En 45° de flexión la patéla es el único tejido que separa el cuádriceps de

los cóndilos, y así solamente un pequeño punto de contacto de la patéla sostiene todo el peso del

cuerpo durante la flexión de la rodilla [II.3].

Ma

Mb

X

X

F

F

T = F x M(a o b) X = EJE DE ROTACIONF = FUERZAM = MOMENTO DEL BRAZO

Capítulo II


58

La carilla articular libre (interna) en la cara interna del borde que separa las carilla articulares, no

hace contacto con los cóndilos femorales sino hasta 135° de flexión. La carilla articular interna

hace contacto con la femoral interna después de 135° de flexión cuando la patéla ha pasado por la

rotación y está en la tróclea femoral.

La inervación del musculo cuádriceps es a través del nervio crural, el cual está formado por la

división primaria anterior de la raíces nerviosas de L2-4 (Figura II.24a). Además de ser un nervio

motor para el musculo cuádriceps, proporciona una gran rama cutánea para el lado interno de la

pierna y el pie. Su función principal activa el reflejo de la rodilla. La división sensitiva dl nervio

crural mostrando los dermatomas de L-2, L-3 y L-4 (Figura II.21b).

Figura II.24.- a) Raíces del nervio ciático. El cuarto y el quinto nervios lumbares y el nervio sacro forman el nervio ciático. b) Distribución del nervio crural la formación de su raíz.

(Izquierda) Dermatomas de la pierna y del muslo. (Centro) Formación del nervio con divisiones primarias anteriores de L2, L3 y L4. (Derecha) Distribución sensitiva cutánea de la extremidad

inferior.

Capítulo II


59

El musculo sartorio (Figura II.23), además del grupo de los cuádriceps, es parte del grupo de

músculos anteriores del muslo. Este musculo en forma de banda se tuerce en espiral a través del

muslo desde su origen en la espina superior anterior hasta la parte interna anterosuperior de la

tibia por debajo de la tuberosidad anterior. Cuando este musculo se contrae, la persona adopta la

posición de un zapatero sentado (de ahí el nombre de sartorio o costurero); la cadera flexionada,

abducida y rotada de manera lateral con la rodilla flexionada y rotada internamente. En región

proximal el musculo sartorio (junto con el musculo aductor mediano) forma el borde lateral del

triangulo femoral.

Figura II.22.- Musculo Sartorio: tensor de la fascia lata.

El musculo tensor de la facia lata (Figura II.22) se origina en la cara lateral de la pelvis y

desciende a lo largo de la región lateral del muslo a través de la rodilla. Esto sucede justo por

delante del eje de rotación donde el musculo tensor de la facia lata forma una parte del ligamento

lateral externo. El estar por delante del eje de rotación de la rodilla supone que actúa para

extender la rodilla en la posición erecta y para estabilizarla lateralmente.

Capítulo II


60

II.6 Músculos posteriores del muslo

Los músculos de la parte posterior del muslo y de la pierna que cruzan la rodilla, flexionan y

rotan la pierna sobre el fémur. Dichos músculos del muslo se clasifican mejor en los grupos

interno y externo (Figura II.23), los cuales se denominan “músculos de la corva”. El grupo

interno comprende los músculos semimembranoso y semitendinoso, los cuales, cuando se

flexionan internamente, rotan la pierna sobre el fémur. El bíceps crural es el musculo externo

principal del grupo de los músculos de la corva, y cuando se flexiona la rodilla rota internamente

a la pierna sobre el fémur (Figura II.24).

Figura II.23.- Músculos de la cara posterior del muslo. Los músculos semimembranosos (SM), semitendinoso (ST) y bíceps crural (B

Capítulo II


61

Figura II.24.- Rotadores de la pierna. Cuando se flexiona la rodilla los músculos semimembranoso (SM) y semitendinoso (ST) rotan internamente la tibia. Los músculos biceps

crural (BC) y tensor de la fascia lata (TFL) rotan externamente la pierna. El musculo poplíteo (P) rota internamente la pierna sobre el fémur.

El musculo semimembranoso se origina en la tuberosidad isquiática de la pelvis (Figura II.23), y

se une con el origen del extremo largo del musculo bíceps crural. El primero de estos desciende a

lo largo de la cara interna del fémur, cruza la articulación de la rodilla y se inserta por medio de

un tendón grueso dividido que comprende cuatro partes (Figura II.25). La parte principal se

inserta en la superficie interne de la tibia por debajo del ligamento interno de la rodilla. Este

tendón envía fibras hacia el musculo poplíteo y el menisco interno. Por medio de estas

inserciones, el musculo semimembranoso flexiona la rodilla, rota internamente la pierna

flexionada y jala el menisco interno hacia atrás para acompañar a la tibia durante la flexión de la

rodilla [II.7].

Capítulo II


62

Figura II.25.- Cara interna de la estructura posterior de la rodilla. (A) El musculo

semimembranoso tiene cuatro inserciones tendinosas. (B) La cara interna de la rodilla con los sitios de inserción de los flectores internos. (C) El musculo semimembranoso flexiona la rodilla y

simultáneamente jala el menisco hacia atrás y lo rota con la tibia.

Figura II.26.- “Pata de ganso”. La inserción interna del grupo externo de los músculos de la corva forman un tendón común del musculo semitendinoso con los músculos sartorio y recto

interno del muslo para formar la “pata de ganso”

Capítulo II


63

El musculo semitendinoso también se origina en la tuberosidad isquiática y se inserta en la

superficie interna de la tibia en una línea vertical inmediatamente posterior a los sitios de

inserción de los músculos sartorio y recto interno del muslo.

Estos tres músculos forman un tendón en común llamado “pata de ganso” (Figura II.26). Bajo

este tendón hay una bolsa que es un sitio frecuente de inflamación y dolor. El musculo flector

lateral de la rodilla del grupo de los músculos de “la corva” es el bíceps crural. El extremo largo

se origina en la tuberosidad isquiática y desciende a través de la parte posterior del fémur,

uniéndose con el extremo corto del bíceps que se origina en la línea áspera del fémur. Todos los

músculos de la “corva”, excepto el extremo corto del bíceps cruzan dos articulaciones en su

trayecto.

El extremo largo del musculo bíceps forma un tendón ancho plano de 7 a 10 cm. Por arriba del

nivel de la articulación de la rodilla, donde está unido por el tendón carnoso de su extremo

profundo. Después se divide en tres inserciones tendinosas (Figura II.27): superficial media y

profunda. La capa superficial a su vez forma tres expansiones anterior media y posterior (Figura

II.28). La anterior es delgada, elástica y se extiende hacia delante y hacia abajo hacia la pierna.

La expansión media también es delgada y se divide para rodear al ligamento lateral externo del

cual está separada por medio de bolsas. La expansión posterior se une al ligamento lateral y a la

capsula de la articulación por medio de una banda fibrosa firme. “La capa profunda” se bifurca en

un ligamento fíbular y en otro tibial, después, se inserta en la cabeza de la fíbula y en la cara

posterior de la capsula de la articulación. Tanto las capas superficiales como las profundas envían

fibras anteriormente para insertarse en el ligamento infrapatelar y ayudan a dirigir el movimiento

de la patéla [II.9]

Capítulo II


64

Figura II.27.- Tendón del bíceps crural. El tendón común de divide en tres capas: superficial (S),

media (M) y profunda (P).

Figura II.28.- Capas del tendón común del bíceps. (A) Capa superficial. (B) Capa media. (C) Capa profunda

Capítulo II


65

II.6.1 Musculo poplíteo

Este músculo forma parte del piso de la fosa posterior de la rodilla (Hueco poplíteo), se origina

en el epicondilo lateral del fémur y se dirige posteriormente para insertarse por medio de varias

bandas carnosas en la cara posterior de la tibia. Algunas de las fibras se insertan en el menisco

externo. La función del musculo poplíteo es la de rotar internamente la tibia. Es un musculo

flexor muy débil de la rodilla [II.7]

II.7 Músculos de la parte posterior de la pierna

Los músculos gastrocnemios originan en dos extremos aplanados ampliamente tendinosos;

interno y externo. El extremo externo se origina en el epicondilo del fémur justo por arriba del

origen del musculo poplíteo y de la inserción del ligamento fibular lateral. El extremo interno se

origina por arriba del cóndilo interno de la superficie poplítea. Los extremos se unen

rápidamente, descienden por la pierna y se unen al musculo soleo, el cual se origina en la tibia y

la fíbula. A la mitad de la pierna termina en el tendón de Aquiles, el cual se inserta en el

calcáneo.

Existe una bolsa constante que se encuentra entre el tendón del musculo semimembranoso y el

extremo interno de los gatrocnemios, el cual ocasionalmente se comunica con la capsula de la

articulación de la rodilla. Como una secuela de un esguince, el cual produce derrame en la

articulación de la rodilla, el líquido puede pasar hacia la bolsa por detrás del extremo interno de

los músculos gastrocnemios y semimembranoso, y formar un abultamiento por detrás de la

rodilla que puede considerarse como una bolsa poplítea.

La función de la bolsa es esencialmente la de flexión plantar del pie y del tobillo, pero al pasar

por encima del hueco poplíteo, la bolsa actúa como flexor y estabilizador de la articulación de la

rodilla. Cuando la pierna no está soportando peso, el musculo gastrocnemio actúa para flexionar

la rodilla; cuando está soportando peso, la rodilla puede extenderse por medio del musculo

gastroctemio (Figura II.29). Sin la acción del musculo cuádriceps, se puede extender la rodilla

por completo y la pierna puede estar estable y soportar el peso a través de la acción del

gastrocnemio, y segura, sobre los ligamentos posteriores de la articulación de la rodilla. El pie

asentado en el piso, más que la inserción del gastrocnemio, es ahora la inserción de origen y el

musculo jala la pierna hacia atrás (extensión). La capsula y los ligamentos posteriores estabilizan

Capítulo II


66

ahora la rodilla. También se da soporte a la pierna con la extensión de la cadera y permitiendo

que el cuerpo se apoye en el ligamento ilioinguinal en Y de Bigelow (Figura II.29).

Figura II.29.- Músculos posteriores de la pierna

Por debajo e inferior al origen del musculo sóleo, se encuentra el origen de tres músculos

bipeniformes: el tibial posterior, el flexor largo común de los dedos del pie y el flexor largo del

dedo gordo. Estos músculos no influyen en la rodilla [II.7].

II.8 Bolsas

Las bolsas se localizan por lo común en los sitios de movimiento del tejido para permitir la

fricción libre y disminuir el desgaste y la inflamación de estos tejidos contiguos. Existen 11 o

más bolsas en la zona de la articulación de la rodilla (Figura II.30). Tres se vinculan con la

articulación de la rodilla: la del cuádriceps (suprapatelar), la del poplíteo y la del gastrocnemio

cabeza medial. Tres están relacionadas con la patéla y el tendón patelar: prepatelar, infrapatelar

superficial y la infrapatelar profunda. Dos se relacionan con los tendones del semimembranoso:

una que se comunica con la bolsa del gastrocnemio o la articulación de la rodilla, o ambas, se

Capítulo II


67

encuentra en los tendones del semimembranoso y el tendón del gastrocnemio y la otra se

encuentra entre el tendón del semimembranoso y el cóndilo de la tibia.

Figura II.30.- Bolsas alrededor de la rodilla: suprapatelar, prepatelar, infrapatelar, infrapatelar profunda.

Dos bolsas se encuentran superficiales a los ligamentos laterales: una entre el ligamento fibular

lateral y el tendón del bíceps suprayacente y la otra entre el ligamento lateral tibial y los tres

tendones suprayacentes de “la pata de ganso”. Una bolsa se encuentra entre las partes superficial

y profunda de los ligamentos laterales tibiales. Debe considerarse la irritación, la inflamación y la

infección de estas bolsas en el diagnostico diferencial del dolor de la rodilla [II.7].

II.9 Sumario

Como se menciono al inicio del capítulo, la articulación de la rodilla probablemente es la más

complicada del cuerpo humano. Esto se debe a que comprende dos articulaciones diferentes en

estructura y función, pero relacionadas entre sí; las articulaciones tibiofemoral y femoropatelar.

Estas articulaciones están formadas esencialmente por: huesos, meniscos, ligamentos y músculos

cada uno de ellos con distintas funciones, a lo largo del capítulo se menciona cada uno de estos

elementos, y se describe la función que realiza para

Capítulo II


68

II.10 Referencias

1. Rene Cailliet, Sindromes dolorosos rodilla, Tercera edición, 1994, El manual moderno S. A. de C. V. pp 1, 3-10, 15-19, 28.

2. Resnick, Kang, Trastornos internos de las articulaciones, 2000, Editorial medica

panamericana, pp 607-608, 609-610, 658-660, 733-736.

3. Ortaga Andreu, Rodríguez Merchan, Alonso Carro, Recambios protésicos de rodilla,

2001, Editorial medica panamericana, pp 13-15, 83-85, 181-184.

4. Astrand, Per-Olof, Kaare Rodahl; Tr de Silvia Fernández Castelo, Fisiología del trabajo

físico: Bases fisiologías del ejercicio, 1992, Editorial médica panamericana, pp 218-221.

5. R. B. Salter, Trastornos y lesiones del sistema musculo - esquelético, 2000, Masson

Williams & Wilkins España, S. A. pp 17, 26.

6. Caterine parker Anthony, Gary A. Thibodeau, Anatomía y fisiología ,1983, Mc Graw

Hill, pp 135-137.

7. Latarjet, Ruiz Liard, Anatomía humana, 2007, Editorial medica panamericana, pp 735-

743, 747-794.

8. James N. Gladstone, James Andrews, The Orthopedic clinics of north america

Reconstruccion del ligamento cruzado anterior parte I, 2002, Editorial medica panamericana, pp 639-642, 651-653.

9. MacKinnon, Morris, Oxford Anatomía funcional Volumen I, 1993, Editorial medica

panamericana, pp 108-112, 122-126.

10. Ordoñez Parra, J. M, Munuera Luis, Artroplastia de rodilla, 1998, Editorial medica

panamericana, pp 89-90.

CAPITULO III DISEÑO

Capítulo III


70

III.1 Introducción

El diseño en la Ingeniería, es una actividad cuyo objeto consiste en satisfacer necesidades

humanas, particularmente aquellas que pueden ser resueltas mediante la utilización de los

factores tecnológicos de nuestra cultura.

Se entiende por método a una propuesta de una forma de proceder. Consiste en una serie de

actividades a realizar para lograr un propósito. En el diseño mecánico, la metodología debe

plantear los pasos a seguir, para que con la aplicación de los conocimientos que provee el estudio

de la mecánica, se pueda llevar a cabo el desarrollo de productos, desde su etapa de la

comprensión del problema a resolver, hasta la generación de toda la información necesaria, y

minuciosamente detallada para que haga factible su fabricación, uso, conservación y retiro [III.1].

Existen varias propuestas acerca de la metodología del diseño dependiendo de los autores,

algunos presentan más etapas que otros pero la mayoría coincide en las que se presentan a

continuación.

1. Estudio de factibilidad.

2. Diseño preliminar.

3. Diseño detallado.

4. Planeación para la producción.

5. Planeación para distribución.

6. Planeación para el consumo.

7. Planeación para el retiro del producto.

Este trabajo trata del diseño mecánico y la fabricación de una máquina de CPM para

rehabilitación de rodilla. Por lo que no se trataran todas las etapas de la metodología mencionada,

únicamente se realizaran las primeras cuatro etapas. Además, no se llevaran a cabo tal como lo

establece la metodología, ya que esta está planeada para un proceso industrial. Asimismo, sólo se

fabricara un prototipo y hasta este trabajo no se tiene planeado su producción por lo que no se

llevaran a cabo las etapas restantes.

Capítulo III


71

III.2 Estudio de factibilidad o necesidad

Para esta investigación, realmente no se considera como un estudio de factibilidad sino como un

estudio de las necesidades que tienen los pacientes que presentan problemas en la rodilla y la

manera en que se puede ayudar a su rehabilitación.

El movimiento pasivo continuo CPM, consiste en que el paciente realice movimiento de flexión -

extensión de la articulación afectada, en este caso la rodilla, sin que realice esfuerzo propio. Es

decir, que lo realice mediante la ayuda de un fisioterapeuta o de una máquina (Figura III.1).

Figura III.1.- Movimiento de flexión de rodilla asistido

Por lo que se requiere que la máquina que se va a diseñar, ayude a los pacientes a realizar el

movimiento de flexión - extensión de la rodilla de forma eficiente. Para realizar esta

investigación, es necesario conocer algunas medidas antropométricas de la población en general y

así definir las dimensiones del mecanismo de la máquina. También, es necesario saber algunos

datos goniométricos para conocer los ángulos máximos a los que se puede flexionar la rodilla

(Figura III.2). Otra característica importante de la máquina, es que puede ser utilizada por

pacientes de diferentes edades. Por lo que sus eslabones deben ser capases de adaptarse a

diferentes medidas. A continuación se muestra el rango de dimensiones a los que se puede

adaptar la máquina, los ángulos a los que debe ser capaz de llegar y el rango de velocidades a las

que puede trabajar.

Capítulo III


72

Figura III.2.- Movimientos de extensión y flexión de rodilla

• Muslo: de 30 a 60 cm

• Pantorrilla: de 28 a 56 cm

• Hiperextención -5°

• Flexión 120°

• Velocidad de 5° a 150° por minuto

III.3 Diseño preliminar

En esta investigación, se propone un mecanismo de cuatro barras para realizar los movimientos

de flexión - extensión que se requiere que realice la máquina. Se toman las dimensiones mínimas

del mecanismo, es decir las de 0.3 m y 0.28 m en dos de los eslabones, se proponen las

posiciones inicial y final del mecanismo.

Para la posición inicial se propone una hiperextensión o también conocida como extensión

negativa de 5° como se muestra en la Figura III.3.

Capítulo III


73

5°

Figura III.3.- Posición inicial del mecanismo (hiperextensión de 5°)

Para la posición final se propone una flexión de 120° en la rodilla, la flexión en la cadera será de

125° por lo que se propone que los incrementos en flexión tanto de cadera como de rodilla sean

proporcionales Figura III.4.

120°

125°

Figura III.4.- Posición final del mecanismo (flexión 120°)

Se conocen las dimensiones de dos eslabones que son los que servirán de apoyo al muslo y la

pantorrilla de los pacientes, pero falta por determinar las dimensiones de un eslabón restante y del

Capítulo III


74

centro de rotación del mismo, para poder definir el mecanismo de cuatro barras. Se analizan

varias posiciones del mecanismo (Figura III.5).

123°

118°

Figura III.5.- Posiciones del mecanismo

III.4 Diseño detallado

Se proponen tres posiciones del mecanismo; una inicial, otra final y una intermedia. Lo anterior

con la finalidad de poder definir la dimensión del eslabón restante y la ubicación de su centro de

giro. Así colocar a los eslabones conocidos en un marco de referencia. Se determinan los puntos

A y B que son las uniones de los eslabones y los puntos O2 y O4 que son los puntos fijos de los

eslabones 2 y 4 (Figuras III.6, III.7 y III.8).

ϴ

α

Capítulo III


75

Y

XBA

O4

175°

Figura III.6.- Posición inicial del mecanismo

118°

123°

Y

XO4

AB

Figura III.7.- Posición intermedia del mecanismo

Capítulo III


76

Y

O4

A

B

X

60°

55°

Figura III.8.- Posición final del mecanismo

Utilizando un método gráfico y uno analítico se determinan la dimensión del eslabón y las

coordenadas del centro.

0.3

0

0.3 cos 62° 0.14084

0.3 62° 0.26488

0.3 125° 0.17207

0.3 125° 0.24574

Para calcular las coordenadas de los puntos de A se utiliza las ecuaciones 1 y 2

cos (1)

sen (2)

Sustituyendo los valores para las posiciones:

Capítulo III


77

0.3 180° 0.28 cos 185° 180° 0.57893

0.3 180° 0.28 sen 185° 180° 0.0244

0.3 118° 0.28 cos 123° 118° 0.41977

0.3 118° 0.28 sen 123° 118° 0.28928

0.3 55° 0.28 cos 60° 55° 0.10685

0.3 55° 0.28 sen 60° 55° 0.27014

III.4.1.- Síntesis del mecanismo

El método gráfico consiste en unir con líneas las coordenadas de tres posiciones diferentes de los

puntos A y B se trazan líneas perpendiculares a la mitad de las líneas que unen los puntos, en el

punto donde se cruzan las líneas son los centros de los eslabones 2 y 4 [III.2]. Para el centro del

eslabón 4 (Figura III.9). Y

B1

B2

B3

O4

Figura III.9.- Método gráfico para determinar el centro de giro del eslabón 4 Para calcular la dimensión y el centro de giro del eslabón 2 (Figura III.10).

Capítulo III


78

O2

A2

A3

A1

X

Y

279,35

23,1

6

Figura III.10.- Método gráfico para determinar el centro de giro del eslabón 2

Método analítico

Si se conocen las coordenadas de los puntos se pueden utilizar las ecuaciones 3 y 4 para

relacionar los puntos y obtener el las coordenadas del punto fijo de los eslabones 2 y 4 [III.2]:

2 2 0 (3)

2 2 0 (4)

Primero se calculan las coordenadas del punto de giro del eslabón 4 aunque se conoce que está

situado en el centro del marco de referencia. Sustituyendo los valores numéricos en las

ecuaciones 3 y 4.

2 0.14084 0.3 0.3 0.14084 2 0.26488 0 0 0.2488 =0

2 0.15916 0.9 0.019835 2 0.26488 0.0701614=0

0.31832 0.070165 0.52976 0.0701614 0

0.31832 0.52976 0

Capítulo III


79

2 0.17207 0.14084 0.14084 0.17207 2 0.24574 0.26488

0.26488 0.24574 =0

2 0.31291 0.01983 0.0296 2 0.01914 0.06995 0.06995=0

0.62582 0.00977 0.03828 0.009562 0

0.62582 0.03828 0

Despejando xB en

0.529760.31832

Sustituyendo xB en

0.625820.529760.31832 0.52976 0

1.0415 0.52976 0 0

0.51174

0

Sustituyendo el valor de yB

0.529760.31832 0 0

0

Las coordenadas del punto de giro del eslabón 4 es en xB = 0 y yB = 0 que como se conocía es el

centro del marco de referencia. Ahora se calculan las coordenadas del punto de giro del eslabón 2

utilizando las coordenadas de las diferentes posiciones del punto A.

Capítulo III


80

2 0.41977 0.57893 0.57893 0.41977 2 0.28928 0.0244 0.0244

0.28928 =0

2 0.15916 0.33515 0.1762 2 0.26488 0.000593 0.08368=0

0.31832 0.15895 0.52976 0.0830847 0

0.31832 0.52976 0.075865

2 0.10685 0.41977 0.41977 0.10685 2 0.27014 0.28928 0.28928

0.27014 =0

2 0.31292 0.1762 0.011416 2 0.01914 0.08368 0.07297=0

0.62584 0.164784 0.03828 0.01071 0

0.62384 0.03828 0.175494

Despejando xA en

0.075865 0.529760.31832

0.2383 1.66423

Sustituyendo xA en

0.62384 0.2383 1.66423 0.03828 0.175494

0.14866 1.0382 0.03828 0.175494

1.07648 0.026834 0.0268341.07648

0.02492

Sustituyendo el valor de yA

Capítulo III


81

0.2383 1.66423 0.02492 0.2383 0.041485

0.2797

Las coordenadas del punto de giro del eslabón 2 son xA = 0.2729 y yA = 0.02492. Conociendo este

punto es fácil calcular la longitud del eslabón 4 esta es la longitud que hay desde cualquier

posición de A hasta las coordenadas de punto de giro. Los resultados obtenidos de manera

analítica y de manera grafica para la longitud del eslabón 4 y para las coordenadas de sus puntos

son muy similares por lo que se puede considerar que son correctos. El mecanismo completo

queda de la siguiente manera (Figura III.11).

Y

X

O2

O4

Figura III.12.- Mecanismo completo (varias posiciones)

Una vez que se conocen las dimensiones de los eslabones, y los ángulos en que se deben mover

podemos calcular las velocidades de los eslabones y e sus puntos de unión es decir la cinemática

del mecanismo.

III.4.2.- Análisis del mecanismo

La velocidad es 5° por minuto =

Capítulo III


82

0.008726

III.4.2.1.- Cinemática del mecanismo

Primero se calculan las velocidades en la posición inicial del mecanismo.

B

AO2

O4

VB

VA

W4

Figura III.13.- Diagrama de cuerpo libre para calcular velocidades en la posición inicial

0.3

0.28

0.3

0.3 0°

0.3

0.3 0°

0

0.28 5°

0.2789

0.28 5°

0.0244

0.3

Capítulo III


83

0

Se utiliza la ecuación 5 para calcular la velocidad en el punto A [III.2].

(5)

Separando la parte real de la imaginaria de la ecuación 5.

(6)

(7)

Escrito de otra forma

(8)

Despejando ω3

Sustituyendo

0.008726 0 0.3 0.008726 0.3 00.0244 0.3 0.2789 0 0

0

La velocidad angular del eslabón 3 es cero lo que nos indica que no gira sólo se traslada.

Despejando ω2

Capítulo III


84

Sustituyendo

0.008726 0.3 0.0244 0.008726 0 0.27890.0244 0.3 0.2789 0

0.008726

La velocidad angular en el eslabón 2 tiene el mismo valor que el eslabón 4 y las dimensiones de

estos dos eslabones también son iguales por lo que el mecanismo solo traslada al eslabón 3 lo que

ya se había demostrado al obtener el valor de la velocidad angular del eslabón 3.

Ahora se calcula la velocidad del punto A

0.008726 0 0

0.008726 0.3 0.0026178

0.0026178 °

La velocidad relativa entre los puntos A y B.

0 0.28 ° 0

Se repiten los cálculos pero analizando una posición diferente del mecanismo cuando ϴ = 93°

Capítulo III


85

BA

O2

O4

VB

VA

W4

W2

W3

Figura III.14.- Diagrama de cuerpo libre para calcular velocidades en una posición intermedia

0.3 93°

0.0157

0.3 93°

0.2995

0.28 5°

0.2789

0.28 5°

0.0244

0.0157

0.2995

Cálculo de ω3

Capítulo III


86

Sustituyendo

0.008726 0.2995 0.0157 0.008726 0.0157 0.29950.0244 0.0157 0.2789 0.2995 0

0

Despejando ω2

Sustituyendo

0.008726 0.0157 0.0244 0.008726 0.2995 0.27890.0244 0.0157 0.2789 0.2995

0.008726

Se puede comprobar el valor de las velocidades angulares son los mismos en diferentes

posiciones. Con estos valores de la velocidad en los puntos A y B y con los valores de las

velocidades angulares se calculan las aceleraciones del mecanismo. Y para esto se utilizan las

siguientes ecuaciones:

(9)

(10)

(11)

(12)

Capítulo III


87

(13)

Como ω4 es constante α4 = 0

0.008726 0.3 0

0.00002284

Debido a que la velocidad angular del eslabón 4 es constante su aceleración angular es cero y por

lo tanto la aceleración del punto B es únicamente el valor de su aceleración normal. Se calculan

los valores de la aceleración angular para los eslabones 2 y 3 utilizando las siguientes ecuaciones:

cos cos 14

( ) ( ) ( )( )232

23323

22242

2424244

2coscos

θθωθθωθθωθθαα

−−−+−−−

=senZ

ZZZsenZ

(15)

Sustituyendo valores en las ecuaciones

)50()028.0()008726.0)(3.0()00cos()008726.0)(3.0( 22

3 °−°+°−°

=sen

α

03 =α

)05()028.0()05cos()008726.0)(3.0()05cos()008726.0)(3.0( 22

2 °−°°−°+°−°−

=sen

α

Capítulo III


88

02 =α

Como se demostró en resultados previos el eslabón 3 no rota solo se traslada por lo tanto su

aceleración angular es cero y el eslabón 2 por la semejanza que tiene con el eslabón 4 su

velocidad angular es constante por lo tanto su aceleración angular también es cero.

Se calcula la aceleración en el punto A utilizando la ecuación 16.

2222 )( ZiaA αω +−= (16)

222 ZaA ω−=

200002284.0 smaa n

AA −==

Se calculan nuevamente las velocidades y aceleraciones utilizando otro método [III.4].

BA

O2

O4

VB

VA

W4

W2

W3

Figura III.15.- Diagrama de cuerpo libre del mecanismo

iZjiZ

iZ

3.0024403.02789.0

3.0

4

3

2

=+=

=

Capítulo III


89

kk

kk

22

33

44 08726.0

ωωωωωω

==

==

ABBA VVV += (17)

334422 ZkZkZk ×+×=× ωωω (18)

0024403.00

2789.00026178.03.0024403.02789.00026178.03.0

)024403.02789.0(3.0008726.03.0

3

3

32

332

32

==

+=−+=

+×+×=×

ωω

ωωωωω

ωωijjj

jikikik

008726.03.0

0026178.0

2

2

=

=

ω

ω

Como ω4 = cte. Por lo tanto α4 = 0

kk

22

33

4 0

αααα

α

===

ABBA aaa +=

ijaiika

ZZka

A

A

A

00002284.03.0)3.0()008726.0(3.0

2

22

22222

−=−×=

−×=

αα

ωα

iaia

ZZka

B

B

B

00002284.0)3.0()008726.0( 2

42244

−=−=

−×= ωα

ijajika

ZZka

BA

BA

BA

33

3

32333

024403.02789.0)024403.02789.0(

ααα

ωα

+−=+×=

−×=

Regresando a la ecuación 18

Capítulo III


90

0024403.0

0024403.00

024403.000002284.000002284.02789.03.0

024403.02789.000002284.000002284.03.0

3

3

3

3

32

332

=

=

=+−=−

−=+−−=−

α

α

αα

ααααα

ijj

ijiij

02784.03.0

2

32

=−=

ααα

Los resultados obtenidos por este procedimiento coinciden con el procedimiento anterior por lo

que se puede concluir que son correctos.

III.4.2.2 Dinámica del mecanismo

El siguiente paso es el cálculo de la dinámica del mecanismo para obtener el par necesario en el

eje del eslabón motriz. Para estos cálculos se realiza un análisis cinetoestático, es decir se

analizan las fuerzas de inercia en los diferentes eslabones y se escriben ecuaciones que relacionen

las diferentes fuerzas que intervienen en el mecanismo. Para obtener las masas de los eslabones

se utilizan las tablas de las características del material proporcionadas por el fabricante en las que

se establecen las masas del material dependiendo de su longitud. Además en los eslabones que

servirán de apoyo para el muslo y la pantorrilla de los pacientes se agregan las masas de estos.

Tabla III.1.- Masas que soportan los eslabones Eslabón Masa del material (kg) Masa del paciente (kg) Total

2 0.6075 0 0.60753 0.567 20 20.5674 0.6075 30 30.6075

Los eslabones 2 y 4 tienen una velocidad angular constante por lo que su aceleración angular es

cero, y las aceleraciones de estos eslabones son solo normales. Además sobre todos los eslabones

Capítulo III


91

interviene la aceleración de la gravedad por lo que se obtiene una aceleración resultante de la

acción de estas dos aceleraciones sobre los eslabones.

B

AO2

O4

g4

g2

g3

TS

a4

a2

Figura III.16.- Diagrama de cuerpo libre para determinar fuerzas en el mecanismo

81.9810000001.9000011421.081.9 22

22

≈=+=

+=

R

R

nR

aa

aga

°≈=

=

90999.89000011421.0

81.9arctan

β

β

Los resultados muestran que la reacción de la aceleración normal es mínima por lo que se puede

despreciar. Se analizan los efectos de las fuerzas que intervienen en cada uno de los eslabones y

después se aplica una superposición para obtener las fuerzas y el par necesario [III.3].

Analizando los efectos de F03

Capítulo III


92

BA

F03

ag3

TS

F23

F43

44°

15,46

e03

d3

Figura III.17.- Diagrama de cuerpo libre donde se analizan los efectos de F03

)(

33033)( πβ += i

g eamF (19)

03

03

33

3

=

−=

ε

αε βiieFI

Considerando a el eslabón 4 como un elemento de dos fuerzas

0)()()(

0)(

034323

034323

343 =++

=+++πβθδ iii eFeFeF

FFF

(20)

0cos0900

0cos090cos0coscos

0)(0)cos(coscos

03323

0343323

43323

0343323

303443323

303443323

=+=°+°+

=+=°+°+

=+++=+++

FFsenFsenFsenF

FFFFF

senFsenFsenFFFF

δδδδ

πβθδπβθδ

Capítulo III


93

Con el centro en A

0343

0343

0343

715.50244.0

)1394.0(0)1394.0()0244.0(

FF

FF

FF

=

=

=−

NFF

07.1153)81.9)(567.20(715.5

43

43

==

Regresando

NFsenFNFF

7022.20107.1153cos

03323

43323

−=−=−=−=

δδ

Se calcula su magnitud y dirección

°=−−

=

=

−+−=

92.907.1153

7022.201arctan

578.1170

)7022.201()07.1153(

3

3

23

2223

δ

δ

NF

F

mNTT

senFT

S

S

S

⋅=−−=

=

51.60)3.0)(7022.201(

)3.0)(( 323 δ


Capítulo III


94

B

AF04

ag4

TSF14

F34

26,42

e04

d4

44°


)(

44044)( πβ += i

g eamF (21)

0404

444

4 =∴−= εαε βieF

I

0

0)(

041434

041434

443 =+′′+′′

=+′′+′′+πβδθ iii eFeFeF

FFF

(22)

0)(0)cos(coscos

404414334

404414334

=++′′+′′=++′′+′′

πβδθπβδθ

senFsenFsenFFFF

34

0434

043434

)15.0(0)15.0(

θ

θ

senZFF

FsenZF−

=′′

=+′′

NFamF g

2595.300)81.9)(6075.30(

04

4404

=

==

Capítulo III


95

5457.17225)3.0(

)15.0(2595.300

34

34

−=′′°

−=′′

Fsen

F

99.1715cos)0)(2595.300(5cos)5457.1722(cos

90cos5coscos

414

414

0434414

=′′′′−°−−=′′′′°−°′′−=′′′′

δδδ

FF

FFF

1297.150)0)(2595.300(5)5457.1722(

905

414

414

0434414

−=′′′′−°−−=′′′′°−°′′−=′′′′

δδδ

senFsensenFsenFsenFsenF

°−=′′

−=′′

=′′

+=′′

55448.17221297.150arctan

5448.1722

)129.150()99.1715(

4

4

14

2214

δ

δ

NF

F

342332

3443

FFFFF

′′−=′′−=′′′′−=′′

Sumando momentos respecto a O2 sobre el eslabón 2

NTsenT

senFT

S

S

S

1297.1505)5457.1722(

523

−=′′°−=′′

°−=′′


Capítulo III


96

B

A

F02

ag2

TS

F1226,42

e02


)(

22022)( πβ += i

g eamF (23)

NFamF g

73575.0)81.9)(6075.0(

02

2202

=

==

Este análisis es mucho más simple, ya que todas las fuerzas de apoyo excepto F’’12 son cero

debido a que los eslabones 3 y 4 se consideran sin masa y sin carga.

1103625.0)15.0)(73575.0(

73575.0)15.0(

12

02

0212

=′′′=′′′−=′′′

=′′′−=′′′

S

S

S

TTF

FTFF

Utilizando el principio de superposición se suman los efectos debido a las fuerzas de inercia

Capítulo III


97

SSSS TTTTFFFF

FFFFFF

FFF

′′′+′′+′=

′′′+′′+′=

′′+′=

′′+′−=

′′+′=

12121212

232323

344334

141414

Resultados obtenidos anteriormente

1103625.073575.0

1297.15054.1722

54.1722

51.60578.1170

07.1153

9012

514

18534

92.923

043

=′′′=′′′

−=′′=′′

=′′

=′=′

=′

°−

°−

°

°

°

S

iS

i

iS

i

i

TeF

TeF

eF

TeF

eF

Sumando algebraicamente estos resultados

°−

°

°°°

°−

=

=

=+−=

=

9012

92.923

99.28185034

514

73575.0

578.1170

42.325854.172207.1153

54.1722

i

i

iii

i

eF

eF

eeeF

eF

mNTT

S

S

⋅−==+−=

5093.8975.210110302.01297.15051.60

Para que el mecanismo funcione de manera adecuada se requiere de un motor que cumpla con las

características necesarias para el mecanismo. Se propone la utilización de un reductor de corona y

gusano para el mecanismo ya que este tipo de reductores incrementan de manera considerable el

torque del motor y de que puede funcionar como un mecanismo no reversible.

Capítulo III


98

III.4.3 Cálculo del reductor

Para este reductor una de las restricciones es el espacio con que se cuenta para colocarlo por lo

que la distancia entre centro estará restringida. Los cálculos para este reductor se realizaron el

sistema ingles debido a que la mayoría de formulas utilizan este sistema de unidades [III.5]. Se

propone una distancia entre centros de 1.25 pulg. La velocidad angular de la flecha que es la

misma que la de la corona es:

rpmrpmsradnG 08333.0

121

3604 ====πω

DG = Diámetro de paso del engrane

DW = Diámetro de paso del gusano

NG = Número de dientes del engrane

Se proponen los siguientes valores de los diámetros

.lg5.021

.lg2

puD

puD

W

G

==

=

El paso diametral

DNpd =

(24)

Para la corona

12224

==dp

Capítulo III


99

El paso circular

2617.012

====πππ

dc pN

Dp (25)

El paso circular de la corona es el paso axial del gusano

2617.0== xc pp

NW = Número de cuerdas o filetes del gusano

L = Desplazamiento

Para el gusano se proponen 3 filetes

78539.0)3)(2617.0(

===

LL

NpL x

(26)

λ = Ángulo de desplazamiento

°≈°=

=

===

25564.26

5.0tan5707.178539.0

)5.0(78539.0tan

λ

λππ

λDL

(27)

La relación de velocidad, nW = velocidad angular del gusano y nG = velocidad angular del

engrane

Capítulo III


100

rpmn

nnnn

NN

nnRv

G

WG

G

W

W

G

G

W

6664.0

6664.0)0833.0(88

8

8324

=

===

=

====

(28)

Velocidad de la línea de paso

min08723.0

12)6664.0)(5.0(

12

piesv

v

nDv

tW

tW

WWtW

=

=

=

π

π

(29)

min043615.0

12)0833.0)(2(

12

piesv

v

nDv

tG

tG

GGtG

=

=

=

π

π

(30)

ϕn = ángulo de presión = 20°

Velocidad de deslizamiento

λ

λ

costW

S

tGS

vv

senvv

=

=

(31)

Capítulo III


101

Según la norma AGMA para un gusano de acero endurecido 58HCR y una corona de Bronce se

pueden utilizar las siguientes formulas para el coeficiente de fricción µ dependiendo de la

velocidad de deslizamiento.

012.0103.0;min10

124.0;min10

15.0;0

)110.0(

)074.0(

45.0

645.0

+=>

=<

==

−

−

S

S

vS

vS

S

epiesv

epiesv

v

μ

μ

μ

La velocidad de deslizamiento es

min0975.0

565.26043615.0

piesv

sensenvv

S

tGS

=

°==

λ

Para calcular el coeficiente de fricción

12197.0124.0

124.0645.0

645.0

)0975.0(074.0(

)074.0(

==

=−

−

μμ

μ

e

e Sv

Para calcular las fuerzas que intervienen en el mecanismo

T0 = torque de salida del mecanismo o torque requerido

T0 = 792.227 lb pulg.

lbWDTW

tG

GtG

227.7922

)227.792(22 0

=

==

(32)

Capítulo III


102

lbWW

sensenW

sensenWW

xG

xG

xG

n

ntGxG

216.489)61752.0)(227.792(

5.261219.05.26cos20cos5.26cos1219.05.2620cos)227.792(

coscoscoscos

==

°−°°°+°°

=

−+

=λμλφλμλφ

(33)

lbWsen

senW

sensenWW

rG

rG

n

ntGrG

4792.3445.261219.05.26cos20cos

20227.792coscos

=°−°°

°=

−=

λμλφφ

(34)

Fuerza de fricción

lbW

W

WW

f

f

n

tGf

835.11420cos5.26cos

)227.792)(1219.0(coscos

=°°

=

=φλ

μ

(35)

Pérdida de potencia debida a la fricción

HpP

P

WvP

L

L

fSL

000339.033000

)835.114)(0975.0(33000

=

=

=

(36)

Para calcular la potencia de salida

Capítulo III


103

HpP

P

nTP

nPT

G

G

0010475.063000

)0833.0)(227.792(63000

63000

0

0

00

00

=

=

=

=

(37)

La potencia de entrada

HpPP

PPP

i

i

Li

001386.0000339.00010475.0

0

=+=

+=

(38)

Eficiencia

75549.0001386.00010475.00

=

==

η

ηiP

P

(39)

Tensión en los dientes del mecanismo. Según la norma AGMA 6034-A87. Para un ángulo de

presión ϕn =20°; y = 0.125

c

d

yFpW

=σ (40)

Wd = carga dinámica

y = factor de forma de Lewis

F = ancho o espesor de cara

Pc = paso circular

Velocidad de línea de paso del engrane

Capítulo III


104

min043615.0 piesvtG = (41)

99996.0043615.01200

12001200

1200

=+

=

+=

v

v

tGv

k

k

vk

La carga dinámica

lbWk

WW

d

v

tGd

544.7929996.0

227.792

=

==

(42)

psi

yFpW

c

d

96.54123)23429.0)(5.0)(125.0(

544.792

=

=

=

σ

σ

σ

Dimensiones del mecanismo

a = cabeza

ht = profundidad total

hk = profundidad de trabajo

b = raíz

DrW = diámetro de raíz del gusano

DoW = diámetro externo del gusano

DrG = diámetro de raíz del engrane

Dt = diámetro de garganta del engrane

Capítulo III


105

6666.0)0833.0(25.023072.0)0964.0(25.02

1666.2)0833.0(222807.1)0964.0(222

0964.00833.017975.01666.0)0833.0(22

17975.012157.2157.2

0833.01211

=+=+==−=−==+=+==−=−=

=−=−====

===

===

aDDbDDaDDbDD

ahbahp

h

pa

Gt

GrG

WoW

WrW

t

k

dt

d

5.0

5.01266

=

===

G

dG

Fp

F

Con estos resultados se puede calcular el torque de entrada que es igual a 131.1 lb. pulg.

III.4.4 Selección del motor

Con los resultados obtenidos de potencia de entrada y torque de entrada se selecciona el motor

que cumpla con estas características, se requiere un motor eléctrico en el que se pueda cambiar el

sentido del giro de la flecha, que su velocidad sea variable, y que cumpla con las características

de torque y potencia. De acuerdo con las características anteriores se propone un servo motor de

corriente directa de la marca Baldor con la especificación MT-4545-A [III.6]. Las

especificaciones del motor. Así como su curva de relación de velocidad – torque se pueden

observar en los anexos.

III.4.5 Diseño en CAD

Anteriormente se menciono que la máquina tiene la posibilidad de ser utilizada por personas de

diferentes edades y por lo tanto de diferentes estaturas, para lograr este objetivo se utilizo la

unión de dos tubos de manera concéntrica es decir uno dentro de otro, para poder extender la

longitud de los eslabones, utilizando tornillos para su fijación (Figura III.20).

Capítulo III


106

Figura III.20.- Ensamble utilizado en los eslabones

Como parte final del diseño detallado se elaboro un dibujo en CAD para posteriormente generar

los planos de fabricación figura III.21

Figura III.21.- Dibujo de la máquina de CPM

Capítulo III


107

En las siguientes figuras se muestran diferentes posiciones de la máquina.

Figura III.22.- Posición inicial

Figura III.23.- Posición intermedia

Capítulo III


108

Figura III.24.- Posición final

III.5.- Sumario

En el presente capitulo se mostro el proceso de diseño de la máquina para terapia de CPM desde

la identificación del problema, la determinación de los movimientos requeridos, las dimensiones

requeridas en los eslabones de acuerdo con las medidas antropométricas de los pacientes, este

punto es importante ya que la máquina debe ser utilizada por pacientes de diferentes edades y por

lo tanto de distintas estaturas, los eslabones deben ser capaces de variar su longitud para poder

cumplir con esta necesidad. De acuerdo con estos datos se realizo la síntesis del mecanismo es

decir se determinaron las dimensiones de dos eslabones del mecanismo y las restantes se

determinaron utilizando un método grafico y uno analítico para corroborar los resultados.

Una vez teniendo las dimensiones del mecanismo completo se realizo el análisis, es decir se

calcularon las velocidades y aceleraciones de las articulaciones y de los eslabones del mecanismo

a partir de la velocidad angular requerida, todo esto con la finalidad de obtener el torque

necesario en el eslabón motriz para poder seleccionar el motor adecuado. Finalmente se realizo el

dibujo de cada una de las piezas y el ensamble de la máquina en CAD y se obtuvieron los planos

de fabricación.

Capítulo III


109

III.6 Referencias

1.- Curso de diseño de máquinaria, Primer congreso internacional SEPI ESIME, 1996

2.- Hamilton H. Mabie, Charles F. Reinholtz, Mecanismos y dinámica de máquinaria, Segunda

edición, Limusa Wiley, 2002, pp. 626-632.

3.-Arthur G. Erdman, George N. Sandor, Diseño de mecanismos análisis y síntesis, Tercera

edición, Pearson Prentice Hall, 1998, pp. 119-339.

4.- Ferdinand P. Beer, E. Russell Jhnonston, Jr, William E. Clausen, Mecánica vectorial para

ingenieros Dinámica, Séptima edición, Mc. Graw Hill, 2004, pp.1025-1051.

5.- Robert L. Mott, Virgilio González y Pozo, Sergio Saldaña Sánchez, Diseño de elementos

de máquinas, Cuarta edición, Pearson Educación, 2006.

6.- Catálogo de rproductos Baldor.

CAPITULO IV FABRICACIÓN

Capítulo IV


111

III. Fabricación

IV.1 Introducción

En el capitulo anterior se mencionaron las etapas del diseño llegando hasta la número tres que es

el diseño detallado. La siguiente etapa es la planeación para la producción. En este capítulo se

desarrollan los procesos de manufactura para la fabricación de la maquina que es parte de los que

se llama planeación para la producción.

Teniendo el plano de conjunto, los planos de los subensambles y de las piezas de la màquina se

determina el material para la fabricación:

• Tubo cedula 30 negra lisa diámetro nominal ½ pulg.

• Tubo cedula 30 negra lisa diámetro nominal ¾ pulg.

• Perfil rectangular calibre 20 de 2 x 1 pulg.

• Solera de acero de 3/8pulg.

• Solera de acero de 3/8pulg.

• Barra redonda de acero diámetro 1pulg.

• Barra redonda de acero diámetro 1/2pulg.

• Lamina de acero calibre

• Barra redonda de bronce de 2 ¼ pulg. de diámetro

Además se agrega una lista de los componentes comerciales que se utilizan:

• Rodamiento fijo de bolas SKF especificación 6000

• Tornillos métricos M3 x 0.5 x8

• Tornillos métricos M5 x 0.8 x 16

• Tornillos métricos M8 x 1.25 x16

• Seguros truarc diámetro 9mm

• Acoplamiento Zero Max-6A18-AC

• Servomotor de corriente directa marca Baldor especificación MT-4545-A

Capítulo IV


112

IV.2 Piezas a maquinar

Para la identificación de las piezas se les asigno un nombre que se encuentra en cada uno de los

planos de fabricación.

IV.2.1 Piezas fabricadas a partir de perfiles

Las piezas que se fabrican a partir de perfiles llevan un procedimiento similar el cual consiste en;

cortar un tramo de perfil según el plano de fabricación y realizar los cortes utilizando una segueta

manual según las especificaciones.

Figura IV.1.- Perfil rectangular derecho Figura IV.2.- Perfil rectangular izquierdo

IV.2.2 Piezas maquinadas a partir de solera

El proceso para maquinar las piezas en las que la materia prima es la solera tienen un

procedimiento similar, solo cambian las dimensiones de las piezas y la ubicación de los barrenos.

El procedimiento es el siguiente; se corta la solera a dimensiones cercanas a las de la pieza,

después se maquinan los extremos en una fresadora para darle las dimensiones especificadas en

cada plano, se realiza los barrenos de acuerdo correspondientes a cada pieza. Para maquinar los

barrenos de diámetros grandes primero se realizan barrenos de diámetro menor y se aumenta el

diámetro de la broca de manera gradual hasta llegar al diámetro especificado.

Capítulo IV


113

Figura IV.3.- Base 01 Figura IV.4.- Base 02

Estos barrenos se pueden maquinar en un taladro de banco o en una fresadora. Finalmente se

realizan los chaflanes en la fresadora.

En la pieza “Base 03C” se maquinan unos barrenos en los costados de acuerdo a la

especificación del plano. Los barrenos llevan rosca métrica M5 x 0.8 por lo que se utiliza una

broca de 4.2mm para el barreno y después se utiliza el machuelo M5 x 0.8. Además que esta

pieza no lleva los chaflanes.

Figura IV.5.- Base 03 Figura IV.6.- Base 03C

Capítulo IV


114

En la pieza “Placa soporte para el motor” se maquinan cuatro barrenos para alojar tornillos M8 x

1.25 de cabeza plana, por lo que se debe maquinar avellanados en los barrenos.

Figura IV.7.- Placa soporte para el eje del sin-fin Figura IV.8.- Placa soporte para el motor

IV.2.3 Piezas fabricadas a partir de tubos

Las piezas obtenidas a partir de tubos llevan un procedimiento similar, en el que son básicamente

dos operaciones; corte y barrenados.

Para estas piezas primero se cortan los tubos a las dimensiones requeridas, puede ser con una

segueta manual o mecánica se recomienda cortar tramos un poco más grandes y posteriormente

limarlos hasta llegar a las dimensiones especificadas, esto para tener mayor precisión además de

tener un mejor acabado en los extremos. Después se maquinan los barrenos en un taladro de

banco de a cuerdo a la especificación de cada pieza.

Capítulo IV


115

Figura IV.9.- Tubo 01 eslabón 01 y 03 Figura IV.10.- Tubo 02 eslabón 01

Figura IV.11.- Tubo 01 eslabón 02 Figura IV.12.- Tubo 02 eslabón 02

Figura IV.13.- Tubo 02 eslabón 02C Figura IV.14.- Tubo 02 eslabón 03

Capítulo IV


116

Las piezas llamadas “Tubo 02 eslabón 02” y “Tubo 02 eslabón 02C” son casi idénticas la única

diferencia es el barreno de 10mm que llevan en un costado, este barreno cambia de dirección con

respecto al barreno roscado del extremo de cada tubo figuras IV.12 y IV.13.

IV.2.4 Piezas fabricada a partir de lámina

Las piezas que se fabrican utilizando lamina se obtiene realizando los siguientes procesos; se

corta la lamina dándole la forma especificada en el plano, utilizando tijeras especiales para esta

operación. Posteriormente a la pieza llamada “Base para pie” se le realizan los dobleces

necesarios en una maquina dobladora figura IV.15.

Figura IV.15.- Base para pie Figura IV.16.- Soporte para pie

IV.2.5 Piezas maquinadas a partir de barra redonda

Las piezas que se obtienen a partir de barra redonda son las uniones, ejes y los engranes.

IV.2.5.1 Uniones

Para la fabricación de estas piezas se realiza el siguiente procedimiento; se monta en el torno una

barra de acero de 1pulg. de diámetro se refrenta un extremo de la barra, se realiza un cilindrado

en la longitud que establece el plano de fabricación hasta llegar al diámetro indicado, se corta a

una longitud un poco mayor a la longitud indicada, se monta en el torno y se refrenta la cara en la

que se realizo en corte hasta llegar a la longitud establecida.

Capítulo IV


117

Se monta en una fresadora y se maquinan los barrenos, en la fresadora con un cortador vertical se

desbasta las partes marcadas en el plano siguiendo las dimensiones establecidas, se maquinan las

esquinas como se establece el plano, finalmente se maquina la rosca con el machuelo adecuado.

Figura IV.17.- Unión Figura IV.18.- Unión C

IV.2.5.2 Ejes

El procedimiento para maquinar los ejes consiste en montar la barra redonda de acero de ½ pulg.

de diámetro en un torno, refrentar el extremo de la barra, cilindrar una longitud mayor a la del eje

hasta llegar al diámetro indicado en los planos, utilizando un buril para tronzar ó una cuchilla se

maquina la garganta del extremo que se había refrentado, se corta la barra una longitud mayor a

la del plano, se desmonta la barra para voltearla y refrentar el otro extremo hasta llegar a la

dimensión especificada, por último se maquina la garganta restante.

Figura IV.19.- Eje del eslabón 01

Capítulo IV


118

Figura IV.20.- Eje del eslabón 02 Figura IV.21.- Eje del eslabón 02C

Figura IV.22.- a) Eje del eslabón 03, b) eje del mecanismo y c) eje de la unión

IV.2.5.3 Engranes

Para maquinar el tornillo sin-fin, se coloca una barra de acero de 1 pulg. de diámetro en un torno,

se refrenta una cara, se recomienda utilizar un contrapunto, se realiza un cilindrado hasta llegar al

diámetro externo del gusano, se realiza un cilindrado en los extremos de la zona donde se va a

maquinar los filetes del tornillo sin-fin según las especificaciones del plano, se maquinan los

filetes del sin-fin de acuerdo al paso y al ángulo especificados en los cálculos del reductor.

Capítulo IV


119

Figura IV.23.- Tornillo sin-fin

Para fabricar la corona se monta una barra redonda de 2 ¼ pulg. de diámetro en el torno se

refrenta, se cilindra hasta llegar a la dimensión del diámetro externo de la corona la longitud

indicada, se cilindra la parte que se usara como sujeción de acuerdo con el plano, se maquina el

barreno del centro utilizando el contrapunto del torno, primero se utiliza una broca de centros

para posteriormente utilizar brocas de diámetro pequeño y se aumentan gradualmente hasta llegar

al diámetro indicado, se corta y se refrenta la parte posterior.

Se monta en una fresadora o en un taladro de banco para maquinar el barreno de sujeción, se

monta el tejo en una fresadora utilizando un cabezal divisor para tallar los dientes o se puede

utilizar una maquina generadora de engranes utilizando un cortador del paso diametral indicado

para engranes helicoidales.

Figura IV.24.- Corona

Capítulo IV


120

IV.3 Subensambles

IV.3.1 Base completa

Este subensamble se puede armar previamente, se requiere soldar los perfiles rectangulares de

acuerdo al plano, los rodamiento se colocan en las piezas a presión los barrenos de estas piezas

son de 25.4mm y el diámetro de los rodamientos es 26mm para colocarlos se necesita una prensa,

posteriormente se soldan las piezas a los perfiles como se indica en el plano, solo la pieza “Base

03C” se coloca posteriormente con tornillos.

Figura IV.25.- Base completa

IV.3.2 Eje eslabón 01 tubo 01

El proceso para unir este subensamble es por medio de soldadura, pero es importante mensionar

que este ensamble se debe realizar una vez que se encuentra montado en la base.

Figura IV.26.- Eje eslabón 01 tubo 01

Capítulo IV


121

IV.3.3 Soporte para pie eslabón 02

Este subensamble se puede armar previamente, se requiere soldar los tubos y el soporte para pie a

la base para pie, de acuerdo a plano.

Figura IV.27.- Soporte para pie eslabón 02

IV.3.4 Unión tubo 02 eslabón 01

Esta unión se puede realizar previamente requiere de un tornillo métrico M5 x 0.8 x 8 que servirá

de elemento de sujeción.

Figura IV.28.- Unión tubo 02 eslabón 01

IV.3.5 Unión tubo 02 eslabón 02

Este subensamble es muy similar al anterior se requiere un tornillo M5 x 0.8 x 8 pero además

lleva un eje sondado en uno de los extremos, es importante señalar que esta unión es diferente

Capítulo IV


122

para cada lado de la maquina ya que el eje debe llevar distinta dirección y los ejes son de

diferentes medidas.

Figura IV.29.- a) Unión tubo 02 eslabón 02 y b) Union tubo 02 eslabón 02C

IV.4 Ensamble completo

Este es el ensamble final de la maquina, los ejes se sujetan mediante seguros truarc para

mantenerse en la posición adecuada, una parte importante del ensamble es la unión articulada de

los eslabones 1 y 2 esta se realiza mediante un eje como se muestra en la figura IV.30.

Figura IV.30.- Unión de eslabones 1 y 2

Otra parte importante del ensamble es el eje donde se encuentra el mecanismo motriz, el eslabón

se une al eje mediante soldadura, la corona se fija al eje por medio de un tornillo de sujeción, el

eje se fija a la base utilizando seguros truarc. Como se muestra en la figura IV.31.

Capítulo IV


123

Figura IV.31.- Mecanismo motriz de la máquina

Finalmente el ensamble completo se muestra en la figura IV.32.

Figura IV.32.- Ensamble completo

Capítulo IV


124

IV.5 Sumario

En este capítulo se describe el proceso de fabricación de la máquina de movimiento pasivo

continuo. Al principio se menciona la lista de los materiales necesarios, posteriormente se

describen los procesos de manufactura necesarios para cada una de las piezas así como la

secuencia de estos.

Además se mencionan los procesos para ensamblar las piezas en los subensambles y finalmente

en el ensamble completo.

DISCUSIONES

Discusiones


126

DISCUSIONES

Se selecciono un mecanismo de cuatro barras ya que para el movimiento de este, solo se necesita

un actuador es decir esta configuración permite que con un solo accionamiento se realice el

movimiento necesario. Otra opción es utilizar un mecanismo similar al de un robot manipulador

de dos grados de libertad pero esto implica mayor cantidad de actuadores y un control más

complejo. En un trabajo anterior se utilizan dos brazos mecánicos que mueven el miembro

inferior, este equipo es controlado por una computadora por lo que utiliza mayores recursos para

su funcionamiento.

Para el análisis del mecanismo se utilizaron métodos gráficos y analíticos utilizando tres

posiciones del mecanismo para determinar la longitud y las coordenadas del punto de rotación del

eslabón restante. Otra opción es utilizar la ecuación de Freudenstein para la síntesis del

mecanismo pero no se utilizo debido a que no se tenía la función que describiera al mecanismo.

Para formar la estructura de la maquina se utilizo tubo de acero, se utilizo tubo en vez de

cualquier otro perfil debido a que es necesario que los eslabones del mecanismo se extiendan para

que la máquina pueda ser utilizada por pacientes de diferentes estaturas. Para los eslabones se

utilizaron dos tubos de diferentes diámetros y se ensamblaban uno dentro de otro y esto permitía

que la longitud total se pudiera variar, utilizando u tornillo para fijar los tubos.

Se selecciono un reductor de corona y gusano debido a que aumente el torque de manera

considerable, no ocupa mucho espacio y es un mecanismo no reversible lo que permite que la

maquina mantenga una posición sin necesidad de utilizar un freno mecánico. Otro mecanismo

utilizado es un tornillo sin-fin a lo largo de toda la maquina lo cual desplaza un elemento el cual

genera el movimiento, este tipo de mecanismo cambiaria la configuración seleccionada ya que

uno de los elementos estaría cambiando su longitud durante el movimiento y el análisis se

volvería más complejo.

El tipo de actuador seleccionado es un servomotor de corriente directa. Se selecciono este

actuador debido a que tiene el torque necesario para mover el mecanismo, puede cambar el

Discusiones


127

sentido de giro de su flecha, se puede controlar la velocidad y su posición mediante

programación, cuenta con retroalimentación por medio de un encoder. Algunas máquinas de este

tipo utilizan actuadores lineales que desplazan un elemento a lo largo de su carrera para lograr el

movimiento, la desventaja de estos es que en algunos la carrera es completa es decir no se puede

quedar en una posición intermedia. Otra opción son los motores a pasos la desventaja es que su

torque no es suficiente para esta aplicación.

CONCLUSIONES

Conclusiones


129

CONCLUSIONES

El objetivo general se cumplió se logro obtener el diseño mecánico de una máquina para terapia

de movimiento pasivo continuo en la rodilla, por el tipo de motor seleccionado es capaz de

controlar su velocidad y los grados de operación en cada ciclo.

En la primera etapa de este proyecto se realizo la síntesis de un mecanismo de cuatro barras el

cual se utilizo como mecanismo principal de la máquina.

Posteriormente se realizo el análisis del mecanismo es decir los cálculos correspondientes a las

velocidades, aceleraciones y fuerzas que intervienen en los eslabones y las articulaciones del

mecanismo.

Con los resultados obtenidos se dibujaron las piezas de la máquina utilizando un software de

diseño mecánico y posteriormente se realizo el dibujo el ensamble completo

Finalmente se generaron los planos de fabricación de cada una de las piezas, de los subensambles

y del ensamble final y se describen los procesos de manufactura necesarios para la fabricación de

la máquina.

TRABAJOS FUTUROS

Trabajos futuros


131

TRABAJOS FUTUROS

Con los resultados obtenidos en esta tesis se pueden derivar algunos trabajos. El trabajo

inmediato es la fabricación del prototipo, en los anexos de este trabajo se encuentran los planos

de fabricación de las piezas y de los ensambles. Utilizando máquinas convencionales como torno,

fresadora y taladro de banco se pueden maquinar las piezas para posteriormente realiza los

subensambles y el ensamble completo de la máquina.

Otro trabajo el cual es conveniente que se realice es el control de la máquina. El motor propuesto

es un servomotor de corriente directa este tipo de motores se pueden controlar mediante la

utilización de un microprocesador y como cuentan con dispositivos para controlar su

retroalimentación como encoders es posible realizar un control muy preciso de la velocidad de

operación y del desplazamiento angular requerido.

Es posible fabricar un dispositivo el cual servirá para controlar los movimientos de la máquina

este dispositivo debe ser móvil para que el paciente sea capaz de utilizarlo mientras realiza su

terapia con la debida supervisión de un fisioterapeuta.

Posteriormente se deben realizar pruebas primero con personas sanas para evaluar el desempeño

de la máquina y finalmente utilizarla en pacientes después de una cirugía en la rodilla como

terapia de movimiento pasivo continuo.

ins tituto polit Écnico naci onal

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