The dependence of knee joint stability on the cruciate and collateral ligaments

Contribution des ligaments croisés et latéraux à la stabilité de l’articulation du genou

¹ University of Melbourne, Department of Mechanical Engineering, Building 170, Grattan Street, Parkville, Victoria 3010, Australia
² University of Wisconsin, Department of Mechanical Engineering, 1513 University Avenue, Madison, Wisconsin 53706-1572, USA

Received: 31 July 2012
Accepted: 31 December 2012

Abstract

In this review, the methods and outcomes of cadaveric experiments that have measured anterior-posterior translation, internal-external rotation, and varus-valgus rotation at discrete flexion angles are summarized. The contribution of the cruciate and collateral ligaments to joint stability was quantified by comparing changes in kinematics as a result of ligament resection. The prevailing trend in the literature indicates that ligaments are maximally engaged towards extension, and that passive joint motion increases through the flexion arc. When ligaments are compromised due to injury or pathology, an understanding of the passive path of motion is essential to effective treatment. We have highlighted the various studies that have combined experimental data with computational techniques to explore treatment alternatives and improve our understanding of joint stability in different populations. The use of computational methods will likely continue to become more important as in vivo methods are developed to evaluate joint motion, and provide an opportunity to improve the treatment of joint disease.

Résumé

Cette revue de littérature résume les méthodes et résultats d’expériences menées sur des cadavres qui mesuraient la translation antéro-postérieur, la rotation interne-externe et le varus-valgus à des angles discrets de flexion. La contribution des ligaments croisés et latéraux à la stabilité de l’articulation a été quantifiée en comparant les modifications cinématiques suite à la résection du ligament. La tendance dominante dans la littérature indique que les ligaments sont sollicités au maximum en extension, et que le mouvement passif de l’articulation augmente tout au long de l’arc de flexion. Lorsque les ligaments sont lésés en raison d’une blessure ou d’une pathologie, une compréhension de la trajectoire des mouvements passifs est indispensable à un traitement efficace. Nous avons mis en évidence les diverses études qui ont combiné les données expérimentales avec les techniques de calcul pour explorer les possibilités de traitement et améliorer notre compréhension de la stabilité de l’articulation pour différentes populations. L’utilisation de méthodes de calcul va probablement continuer à devenir plus importante au fur et à mesure que les méthodes in vivo d’évaluation de la mobilité articulaire sont développées, et offrir une opportunité d’améliorer le traitement des pathologies articulaires.