mechanism of locking a knee

7/27/2019 Mechanism of Locking a Knee

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J . A n a t . ( 1 9 8 5 ) , 1 4 3 , p p . 1 8 9 - 1 9 4 1 8 9W i t h 6 f i g u r e sP r i n t e d i n G r e a t B r i t a i n

M e c h a n i s m o f l o c k i n g a t t h e k n e e j o i n tK. RAJENDRAN

D e p a r t m e n t o f A n a t o m y , F a c u l t y o f M e d i c i n e , N a t i o n a l U n i v e r s i t y o fS i n g a p o r e , K e n t R i d g e , S i n g a p o r e 0 5 1 1( A c c e p t e d 2 7 M a r c h 1 9 8 5 )

INTRODUCTIONT h e d i v e r s i t y o f v i e w s c o n c e r n i n g t h e m e c h a n i s m o f l o c k i n g ( c o n j u n c t r o t a t i o n ,c o m b i n e d r o t a t i o n ) a t t h e k n e e j o i n t s u g g e s t s t h a t t h e p r i m a r y c a u s e o f t h i s p h e n o -menon h a s n o t b e e n e s t a b l i s h e d b e y o n d d i s p u t e . D e s c r i b e d b y some a s a movement

n e c e s s a r y f o r s t a b i l i t y , r e d u c t i o n o f f r i c t i o n ( M a c C o n a i l l , 1 9 4 6 ) a n d i m p r o v e m e n t o fe f f i c i e n c y ( B a m e t t , 1 9 5 3 ) , l o c k i n g h a s b e e n v a r i o u s l y a s c r i b e d t o b o n y f a c t o r s ( f o r ,e x a m p l e , u n e q u a l l e n g t h o f t h e f e m o r a l c o n d y l e s ) , l i g a m e n t o u s f a c t o r s ( t a u t e n i n g o ft h e a n t e r i o r c r u c i a t e l i g a m e n t ) a n d m u s c u l a r f a c t o r s ( p u l l o f t h e q u a d r i c e p s t e n d o n ) .T h e f i n d i n g s o f t h e p r e s e n t s t u d y s h o w t h a t b o n y ( a r t i c u l a r ) f a c t o r s b y t h e m s e l v e sa r e a b l e t o i n f l u e n c e s i g n i f i c a n t l y , i f n o t s o l e l y d e t e r m i n e , t h e p h e n o m e n o n o f c o n -j u n c t r o t a t i o n d u r i n g t h e t e r m i n a l s t a g e s o f e x t e n s i o n a t t h e k n e e j o i n t . T h e e x p e r i -m e n t s c a r r i e d o u t t o o k i n t o c o n s i d e r a t i o n t w o e s t a b l i s h e d o b s e r v a t i o n s on t h e k n e ej o i n t : n a m e l y , t h e o c c u r r e n c e o f c o n j u n c t r o t a t i o n d u r i n g t h e l a s t t h i r t y d e g r e e s o fe x t e n s i o n a n d i t s c o i n c i d e n c e w i t h t h e p h a s e o f m a x i m a l w e i g h t b e a r i n g a t t h e j o i n td u r i n g w a l k i n g ( B a r n e t t , 1 9 5 3 ) , i . e . , w h e n t h e r e i s a s i g n i f i c a n t l o a d on t h e j o i n t .

MATERIAL AND METHODST h e k n e e s f r o m f o r m a l i n - p r e s e r v e d m a l e c a d a v e r s w i t h an a v e r a g e a g e o f 7 0 y e a r swere u s e d t o s t u d y t h e i n f l u e n c e o f a r t i c u l a r c o n t o u r on t h e b e h a v i o u r o f t h e j o i n t sd u r i n g t h e t e r m i n a l s t a g e s o f e x t e n s i o n . T h e y d i d n o t s h o w d a m a g e d m e n i s c i o ro b v i o u s d e g e n e r a t i v e c h a n g e s s u c h a s m a r g i n a l l i p p i n g o r i r r e g u l a r i t y o f t h e a r t i c u l a rs u r f a c e . T w e n t y t w o l o w e r l i m b s w e r e d e t a c h e d a t t h e h i p j o i n t a n d t h e s o f t t i s s u e si m m e d i a t e l y a b o v e , b e l o w a n d a r o u n d t h e k n e e w e r e c l e a r e d . T h e c a p s u l e w as

d i v i d e d a n d t r i m m e d t o e x p o s e t h e a r t i c u l a r m a r g i n s o f t h e f e m o r a l a n d t i b i a lc o n d y l e s . P r i o r t o d i v i s i o n o f t h e o t h e r l i g a m e n t s , w h i c h w o u l d n e c e s s a r i l y r e s u l t i ns e p a r a t i o n o f t h e t h i g h f r o m t h e l e g , r e f e r e n c e p o i n t s w e r e m a r k e d w i t h p i n s t o a s s i s tt h e p r o p e r a l i g n m e n t o f t h e f e m u r on t h e t i b i a ( F i g . 1 ) . W i t h e a c h k n e e f l e x e d t oa p p r o x i m a t e l y 3 0 one p i n w as i n s e r t e d c l o s e t o t h e a r t i c u l a r m a r g i n o f e a c h c o n d y l e ,a t t h e p o i n t o f c l o s e s t c o n t a c t w i t h t h e o p p o s i n g c o n d y l e , i . e . , one p i n i m m e d i a t e l ya b o v e t h e o t h e r , on e a c h s i d e o f t h e k n e e ( F i g . 1 ) . A l l t h e l i g a m e n t s were t h e nd i v i d e d a n d t r i m m e d down c l o s e t o t h e b o n e . T h e m e n i s c i h o w e v e r w e r e l e f t i n t a c t .F o r t h e f i r s t e x p e r i m e n t , t h e l e g c o m p o n e n t o f e a c h l o w e r l i m b was s u p p o r t e dv e r t i c a l l y i n a c l a m p a n d t h e f e m o r a l c o n d y l e s w e r e a l l o w e d t o r e s t on t h e c o r r e -s p o n d i n g t i b i a l c o n d y l e s w i t h t h e r e f e r e n c e p i n s a l i g n e d v e r t i c a l l y ( i . e . , on b o t h s i d e so f t h e j o i n t ) . I n t h i s p o s i t i o n t h e a r t i c u l a t i o n s i m u l a t e d c l o s e l y t h e s i t u a t i o n i n t h ei n t a c t k n e e a t a b o u t 3 0 o f f l e x i o n . T h e i n c l i n e d t h i g h was s u p p o r t e d a t i t s u p p e r e n du s i n g an o p e n p a l m . I n t h i s p o s i t i o n , t h e c o m b i n e d w e i g h t o f t h e f e m u r a n d s u r -r o u n d i n g m u s c l e s e x e r t e d a l o a d on t h e j o i n t . From t h i s s e m i f l e x e d p o s i t i o n , t h e


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K . RAJENDRAN

F i g . 1 . M e d i a l v i e w o f a s p e c i m e n o f t h e l e f t k n e e w i t h c a p s u l e a n d l i g a m e n t s r e m o v e d , e x p o s i n gt h e f e m o r a l ( F ) a n d t i b i a l ( T ) c o n d y l e s . R e f e r e n c e p i n s ( R i , R 2 ) are i n v e r t i c a l a l i g n m e n t w i t ht h e j o i n t f l e x e d t o a b o u t 3 0 .F i g . 2 . T h e l e f t l e g w i t h t h e m e d i a l t i b i a l c o n d y l e s e c t i o n e d i n t h e s a g i t t a l p l a n e t o r e v e a l t h ec o n t o u r o f t h e a r t i c u l a r s u r f a c e . T h i s i s r e l a t i v e l y f l a t p o s t e r i o r l y ( P 1 ) b u t t u r n s u p w a r d s as a g e n t l ec o n c a v i t y t o w a r d s t h e a n t e r i o r e n d ( A i ) .F i g . 3 . T h e l e f t l e g w i t h a p o r t i o n o f t h e l a t e r a l t i b i a l c o n d y l e r e m o v e d t h r o u g h a s a g i t t a l s e c t i o n .T h e p o s t e r i o r p a r t o f t h e a r t i c u l a r s u r f a c e i s e s s e n t i a l l y f l a t ( P 2 ) e x c e p t f o r t h e s l o p e ( P . ) .A n t e r i o r l y , t h e r e i s a n o b v i o u s d o w n s l o p e ( A 2 ) .F i g . 4 . A n t e r o m e d i a l v i e w o f a w o o d e n m o d e l o f t h e r i g h t k n e e j o i n t . T h e f e m o r a l c o m p o n e n tc o m p r i s e s a s h a f t ( S ) a n d m e d i a l ( C 1 ) a n d l a t e r a l ( C 2 ) c o n d y l e s . T h e t i b i a l c o m p o n e n t s h o w s ap l a t e a u ( P ) c a r r y i n g t h e m e d i a l a r t i c u l a r s u r f a c e w i t h a n up s l o p e a n t e r i o r l y ( U ) a n d t h e l a t e r a la r t i c u l a r s u r f a c e w i t h a down s l o p e ( D ) . P o s t e r i o r l y , b o t h s u r f a c e s are f l a t .F i g . 5 . M e d i a l v i e w o f t h e w o o d e n m o d e l i n a s e m i f l e x e d p o s i t i o n . T h e f e m o r a l c o n d y l e s ares e a t e d on t h e f l a t , p o s t e r i o r p a r t s ( F p ) o f t h e t i b i a l c o n d y l e s . O t h e r l a b e l l i n g as i n F i g u r e 4 .F i g . 6 . T h e w o o d e n m o d e l o f t h e k n e e i n t h e f u l l y e x t e n d e d p o s i t i o n . N o t e t h e open h a n d u s e df o r p u s h i n g t h e f e m o r a l s h a f t . T h e m e d i a l f e m o r a l c o n d y l e ( C 1 ) h a s come t o a h a l t a g a i n s t t h eup s l o p e ( U ) . T h e l a t e r a l f e m o r a l c o n d y l e ( C 2 ) h a s p r o g r e s s e d f u r t h e r f o r w a r d s over t h e downs l o p e ( D ) a n d t h e s h a f t i s now i n a s t a t e o f m e d i al r o t a t i o n .

1 9 0


3/6

j o i n t w as e x t e n d e d b y p u s h i n g t h e t h i g h g e n t l y f o r w a r d s ( w i t h t h e o p e n p a l m t o a v o i dm a n u a l l y i n f l u e n c i n g r o t a t i o n ) t i l l i t w as v e r t i c a l , i . e . a p p r o x i m a t e l y f u l l y e x t e n d e d .O b s e r v a t i o n s w e r e c a r r i e d o u t on t h e b e h a v i o u r o f t h e f e m o r a l c o n d y l e s t h r o u g h o u tt h e p r o c e s s o f e x t e n s i o n . T h e p r o c e d u r e w as r e p e a t e d on a l l 2 2 l i m b s .T h e s e c o n d e x p e r i m e n t w as i d e n t i c a l i n p r o c e d u r e e x c e p t t h a t i t w as c a r r i e d o u tw i t h t h e m e d i a l a n d l a t e r a l m e n i s c i r e m o v e d f r o m a l l t h e k n e e s .A t t h e c o n c l u s i o n o f t h e e x p e r i m e n t , a l l t h e t i b i a l c o n d y l e s w e r e e x a m i n e d g r o s s l ya n d t h e n s e c t i o n e d i n t h e s a g i t t a l p l a n e a b o u t 1 cm f r o m t h e c o r r e s p o n d i n g i n t e r -c o n d y l a r t u b e r c l e i n o r d e r t o e x a m i n e t h e a r t i c u l a r p r o f i l e s . A l l t h e m e n i s c i weree x a m i n e d t o s t u d y t h e i r p o s s i b l e i n f l u e n c e on t h e a r t i c u l a r c o n t o u r s o f t h e t i b i a lc o n d y l e s .

OBSERVATIONSI n a l l t h e k n e e s s t u d i e d , a t a b o u t 3 0 o f f l e x i o n , t h e p o s t e r i o r p a r t o f e a c h f e m o r a lc o n d y l e w as i n a r t i c u l a t i o n w i t h t h e p o s t e r i o r p a r t o f t h e c o r r e s p o n d i n g t i b i a lc o n d y l e . I n t h e f i r s t e x p e r i m e n t w h e r e t h e m e n i s c i w e r e l e f t i n t a c t , 1 8 o f t h e 2 2 k n e e ss h o w e d s i m i l a r b e h a v i o u r d u r i n g e x t e n s i o n . A s e x t e n s i o n c o m m e n c e d , b o t h f e m o r a lc o n d y l e s w e r e o b s e r v e d t o r o l l f o r w a r d s on t h e t i b i a l a r t i c u l a r s u r f a c e s . S o o n a f t e r -w a r d s , h o w e v e r , t h e s i m p l e f o r w a r d r o l l o f e a c h c o n d y l e w as a c c o m p a n i e d b yv a r y i n g a m o u n t s o f b a c k w a r d s k i d ( H o l l i n s h e a d , 1 9 8 2 ) . A s e x t e n s i o n n e a r e d com-p l e t i o n e a c h c o n d y l e b e h a v e d d i f f e r e n t l y f r o m t h e o t h e r i n a s i g n i f i c a n t w a y . T h em e d i a l f e m o r a l c o n d y l e on r e a c h i n g t h e a n t e r i o r p a r t o f t h e m e d i a l t i b i a l c o n d y l e a n dv i s i b l y ( a s v i e w e d f r o m t h e f r o n t ) b e c o m i n g c l o s e p a c k e d ( B a r n e t t , D a v i e s &M a c C o n a i l l , 1 9 6 1 ) , b e f o r e t h e l a t e r a l c o n d y l e , h a d i t s f o r w a r d movement e f f e c t i v e l yc a n c e l l e d b y b a c k w a r d s k i d . T h e l a t e r a l f e m o r a l c o n d y l e w h i c h d i d n o t a p p e a r c l o s ep a c k e d i n c o m p a r i s o n , c o n t i n u e d t o r o l l f o r w a r d s a n d m e d i a l l y o v e r t h e l a t e r a lt i b i a l c o n d y l e w i t h r e s u l t a n t m e d i a l r o t a t i o n o f t h e f e m u r . T h i s r o t a t i o n w aso b j e c t i v e l y d e t e r m i n e d b y c o m p a r i n g t h e d i s p l a c e m e n t s o f t h e t w o f e m o r a l r e f e r e n c ep i n s i n r e l a t i o n t o t h e c o r r e s p o n d i n g t i b i a l p i n s . M e d i a l r o t a t i o n o f t h e f e m u rp r o d u c e d a r e l a t i v e l y g r e a t e r f o r w a r d d i s p l a c e m e n t o f t h e l a t e r a l f e m o r a l r e f e r e n c ep i n . U s i n g t h i s m e t h o d a l l t h e 1 8 k n e e s s h o w e d m e d i a l r o t a t i o n o f t h e f e m u r t o w a r d st h e t e r m i n a l s t a g e s o f e x t e n s i o n .I n t h e r e m a i n i n g f o u r k n e e s , r o t a t i o n o f t h e f e m u r w as n o t o b s e r v e d .I n t h e s e c o n d e x p e r i m e n t w h i c h w as d o n e w i t h t h e m e n i s c i r e m o v e d , m e d i a l

r o t a t i o n o f t h e f e m u r t o w a r d s t h e e n d o f e x t e n s i o n w as o b s e r v e d i n a l l 2 2 k n e e s .T h e b e h a v i o u r o f t h e f e m o r a l c o n d y l e s d u r i n g e x t e n s i o n w as e s s e n t i a l l y s i m i l a r t ot h a t o b s e r v e d i n t h e f i r s t e x p e r i m e n t w i t h r e s p e c t t o t h e 1 8 k n e e s w h i c h d e m o n -s t r a t e d t h e l o c k i n g p h e n o m e n o n .T i b i a l a r t i c u l a r s u r f a c e s a n d m e n i s c i

A l l t h e m e d i a l c o n d y l e s f r o m t h e 2 2 s p e c i m e n s s h o w e d a g e n e r a l l y concavea r t i c u l a r s u r f a c e ( W i l l i a m s & W a r w i c k , 1 9 8 0 ) i . e . m e d i o l a t e r a l l y a s w e l l a s a n t e r o -p o s t e r i o r l y . T h e m e d i a l m en i s c us a c c e n t u a t e d t h i s c o n c a v i t y a t t h e p e r i p h e r y o f t h ec o n d y l e .T h e l a t e r a l c o n d y l e s s h o w e d an a r t i c u l a r s u r f a c e t h a t w a s c o n c a v e f r o m s i d e t os i d e b u t d i f f e r e n t s i g n i f i c a n t l y f r o m t h e m e d i a l c o n d y l e s w h e n e x a m i n e d f r o mb e h i n d f o r w a r d s . T h e m o s t p o s t e r i o r p a r t s h o w e d a down s l o p e ( F i g . 3 ) . I n t h em i d d l e i t was g e n e r a l l y q u i t e f l a t t e n e d b u t t r a c e d f u r t h e r f o r w a r d s , e s p e c i a l l y a n t e r o -m e d i a l l y , i t e i t h e r r e m a i n e d f l a t t e n e d o r , i n m o s t s p e c i m e n s , s h o w e d a convex down

1 9 1o c k i n g a t t h e k n e e j o i n t


4/6

s l o p e o r c a m b e r ( B a m e t t , 1 9 5 3 ; W i l l i a m s & W a r w i c k , 1 9 8 0 ) ( F i g . 3 ) . T h i sf l a t t e n i n g o r c o n v e x i t y a n t e r i o r l y d i d n o t a p p e a r t o b e a l t e r e d s i g n i f i c a n t l y b y t h el a t e r a l m e n i s c u s w h i c h w as f o u n d t o b e c o n s i s t e n t l y t h i n n e a r t h e a n t e r i o r h o r n a sc o m p a r e d t o i t s p o s t e r i o r p a r t . I n t h e f o r m a l i n - p r e s e r v e d a n d p a r t l y d e h y d r a t e ds t a t e , t h e m e n i s c i w e r e g e n e r a l l y s t i f f a n d i m m o b i l e .S a g i t t a l s e c t i o n s o f t h e c o n d y l e s ( F i g s . 2 , 3 ) c o n f i r m e d t h e o b s e r v a t i o n s on t h ea r t i c u l a r s u r f a c e s w i t h r e s p e c t t o t h e a n t e r o p o s t e r i o r p r o f i l e .

DISCUSSIONT h e m e d i a l r o t a t i o n o f t h e f e m u r on t h e t i b i a d u r i n g t h e t e r m i n a l s t a g e s o f e x t e n s i o na t t h e k n e e j o i n t h a s b e e n r e f e r r e d t o b y d i f f e r e n t a u t h o r s a s l o c k i n g ( B a m e t t , 1 9 5 3 ) ,s c r e w i n g h o m e ( S m i l l i e , 1 9 5 1 ) , c o n j u n c t r o t a t i o n ( W i l l i a m s & W a r w i c k , 1 9 8 0 )

o r c o m b i n e d r o t a t i o n ( T a r d i e u , 1 9 8 1 ) . I n a t t e m p t i n g t o e x p l a i n t h i s p h e n o m e n o n ,many t h e o r i e s h a v e b e e n a d v a n c e d t a k i n g i n t o c o n s i d e r a t i o n t h e f o r m o f t h e a r t i c u l a rs u r f a c e s , t h e i n f l u e n c e o f l i g a m e n t s a n d t h e a c t i o n o f m us cl e s on t h e j o i n t .T e x t b o o k s o f a n a t o m y a t t r i b u t e t h e t e r m i n a t i o n o f s i m p l e e x t e n s i o n a n d i t sr e p l a c e m e n t b y t h e l o c k i n g movement ( i . e . e x t e n s i o n c o m b i n e d w i t h r o t a t i o n ) t od i f f e r e n t f a c t o r s s u c h a s t h e e a r l i e r c o n g r u e n c e o f t h e l a t e r a l h a l f ' o f t h e j o i n t com-p a r e d t o t h e m e d i a l h a l f d u r i n g e x t e n s i o n ( W i l l i a m s & W a r w i c k , 1 9 8 0 ) , t h e s h o r t e rc u r v e s o f t h e l a t e r a l f e m o r a l c o n d y l e b e c o m i n g e x h a u s t e d e a r l i e r b y t h e h i n g e m o t i o n( H o l l i n s h e a d , 1 9 8 2 ) , t a u t e n i n g o f t h e a n t e r i o r c r u c i a t e l i g a m e n t t e r m i n a t i n g e x t e n s i o no f t h e l a t e r a l c o n d y l e o f t h e f e m u r ( L a s t , 1 9 7 8 ) , a n d t h e p o s t e r i o r c r u c i a t e l i g a m e n th o l d i n g b a c k t h e f o r w a r d movement o f t h e f e m u r ( S n e l l , 1 9 8 1 ) . B a r n e t t ( 1 9 5 3 ) , w h i l ee m p h a s i s i n g t h e i m p o r t a n c e o f a r t i c u l a r s u r f a c e s i n p r o d u c i n g r o t a t i o n , a t t r i b u t e st h e m e d i a l r o t a t i o n o f t h e t i b i a t o t h e c o n t r a c t i o n o f t h e q u a d r i c e p s m u s c l e . B o n yf a c t o r s w h i c h h a v e b e e n t h o u g h t t o c o n t r i b u t e t o l o c k i n g i n c l u d e t h e u n e q u a lc u r v i l i n e a r l e n g t h s o f t h e f e m o r a l c o n d y l e s ( T a r d i e u , 1 9 8 1 ) , a h i g h b i c o n d y l a r a n g l e ,f l a t t e n i n g o f t h e d i s t a l a r t i c u l a r s u r f a c e s o f t h e f e m o r a l c o n d y l e s , a n d t h e p r e s e n c eo f t r a n s v e r s e g r o o v e s on t h e s e s u r f a c e s ( F e r g u s o n , 1 9 8 1 ) .A r e v i e w o f p u b l i s h e d w o r k s h o w s t h a t i n s p i t e o f t h e e m p h a s i s on a r t i c u l a r f a c t o r s ,r e l a t i v e l y l i t t l e p r o m i n e n c e h a s b e e n g i v e n t o t h e p a r t p l a y e d b y t h e a r t i c u l a r c o n t o u r so f t h e t i b i a l c o n d y l e s . A g e n e r a l e x a m i n a t i o n o f t h e f e m u r a n d t i b i a s h o w s t h a t t h ef e m o r a l c o n d y l e s b o t h b a s i c a l l y p r e s e n t a c o n v e x s u r f a c e s u i t e d f o r a r o l l i n g t y p e o f

m o v e m e n t . T h e t i b i a l a r t i c u l a r s u r f a c e s i n c o m p a r i s o n a r e r e l a t i v e l y f l a t t e n e d , b u td i f f e r f r o m e a c h o t h e r a n t e r i o r l y , a s n o t e d i n t h e p r e s e n t s t u d y , t h e m e d i a l c o n d y l a rs u r f a c e s h o w i n g a c o n c a v e u p s l o p e ( F i g . 2 ) a n d t h e l a t e r a l s u r f a c e s h o w i n g e i t h e r af l a t t e n e n i n g o r a c o n v e x i t y ( B a r n e t t , 1 9 5 3 ; W e l s h , 1 9 8 0 ) ( F i g . 3 ) . I t a p p e a r s s i g n i f i c a n tt h a t t h i s d i f f e r e n c e i n c o n t o u r s o c c u r s i n t h e a n t e r i o r p o r t i o n o f t h e c o n d y l e s w h i c ha r t i c u l a t e d u r i n g t h e t e r m i n a l s t a g e s o f e x t e n s i o n .T h e e x a c t f u n c t i o n s o f t h e m e n i s c i i n t h e k n e e j o i n t a r e s t i l l b e i n g e l u c i d a t e d ( H a l l ,1 9 6 5 ) a n d t h e y a r e n o t u s u a l l y c i t e d a s p l a y i n g a n y s i g n i f i c a n t r o l e i n t h e l o c k i n gm e c h a n i s m . I t w o u l d a p p e a r f r o m t h e o b s e r v a t i o n s i n t h e p r e s e n t s t u d y t h a t t h em e n i s c i , i f a n y t h i n g , i n t e r f e r e d w i t h c o n j u n c t r o t a t i o n i n f o u r o f t h e j o i n t s i n t h ef i r s t e x p e r i m e n t . T h i s ma y h a v e b e e n d u e t o f o r m a l i n p r e s e r v a t i o n ; r e l a t i v e t o t h ef r e s h s t a t e , t h e m e n i s c i w e r e s t i f f a n d i m m o b i l e a n d t h u s l i k e l y t o p r e v e n t t h e f u l li n f l u e n c e o f t h e a r t i c u l a r c o n t o u r s on one a n o t h e r i n t h e t e r m i n a l s t a g e s o f e x t e n s i o nw h e n t h e m e n i s c i n o r m a l l y move a l o n g w i t h t h e a d v a n c i n g f e m o r a l c o n d y l e s ( L a s t ,1 9 7 8 ; H a l l , 1 9 6 5 ) .

1 9 2 K . RAJENDRAN


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T h e a r t i c u l a r c o n t o u r s o f t h e f e m o r a l a n d t i b i a l c o n d y l e s , i n t h e a b s e n c e o f i n t e r -f e r e n c e f r o m t h e m e n i s c i , may e f f e c t l o c k i n g i n t h e f o l l o w i n g manner. I n t h e e a r l ys t a g e s o f e x t e n s i o n f r o m a s e m i f l e x e d s t a t e , b o t h f e m o r a l c o n d y l e s r o l l f o r w a r d sr e l a t i v e l y u n i m p e d e d ( p o s s i b l y w i t h v a r y i n g a m o u n t s o f b a c k w a r d s k i d ) o v e r t h ep o s t e r i o r p a r t s o f t h e t i b i a l c o n d y l e s . T h e f o r w a r d r o l l o f t h e f e m o r a l c o n d y l e s b r i n g st h e m t o t h e s l o p i n g a n t e r i o r e n d s o f t h e t i b i a l c o n d y l e s . H e r e , a s e x t e n s i o n c o n t i n u e s ,t h e m e d i a l f e m o r a l c o n d y l e ( r e a c h i n g a r t i c u l a r c o n g r u i t y ) s l i p s o r s k i d s a g a i n s t t h eu p s l o p e o f t h e t i b i a , e s p e c i a l l y u n d e r t h e i n f l u e n c e o f l o ad a n d l a c k o f f r i c t i o n , t h u sb r i n g i n g f o r w a r d movement t o a h a l t . C o n v e r s e l y , t h e l a t e r a l f e m o r a l c o n d y l e s u f f e r sl i t t l e o r no h i n d r a n c e f r o m t h e f l a t t e n e d o r d o w n w a r d s l o p i n g a n t e r i o r p a r t o f t h el a t e r a l t i b i a l c o n d y l e a n d i s a b l e t o c o n t i n u e r o l l i n g f o r w a r d s , s o c a u s i n g m e d i a lr o t a t i o n o f t h e f e m u r . T h e r e l a t i v e l a c k o f c o n g r u i t y o b s e r v e d b e t w e e n t h e l a t e r a lc o n d y l e s p r o b a b l y a i d s f o r w a r d r o l l i n g m o v e m e n t . T h e t h i n n e s s o f t h e a n t e r i o rp o r t i o n o f t h e l a t e r a l m e n i s c u s , n o t e d i n t h e p r e s e n t s t u d y , may b e s i g n i f i c a n t f o r t h ef o l l o w i n g r e a s o n , i n t h e e v e n t t h a t t h e m e n i s c u s i s n o t m o b i l e e n o u g h t o k e e p p a c ew i t h t h e f o r w a r d r o l l i n g f e m o r a l c o n d y l e ( a s w as p r o b a b l y t h e c a s e w i t h t h e c a d a v e rk n e e s s t u d i e d ) , t h e r e s i s t a n c e i t o f f e r s w o u l d b e k e p t t o a m i n i m u m . I t i s t h e r e f o r en o t s u r p r i s i n g t h a t c o n j u n c t r o t a t i o n c o u l d b e d e m o n s t r a t e d i n 1 8 o u t o f 2 2 k n e e s i nt h e f i r s t e x p e r i m e n t i n s p i t e o f t h e m e n i s c i b e i n g r e l a t i v e l y f i x e d .T h e v a l i d i t y o f t h i s e x p l a n a t i o n o f t h e l o c k i n g p h e n o m e n o n on t h e b a s i s o f s i m p l ea r t i c u l a r c o n t o u r s w as t e s t e d b y i n c o r p o r a t i n g t h e s e c o n t o u r s i n t o a w o o d e n m o d e l o ft h e k n e e j o i n t . F i g u r e 4 s h o w s t h e t w o c o m p o n e n t s o f t h e m o d e l . T h e f e m o r a lc o m p o n e n t h a s t w o i d e n t i c a l b r o a d w h e e l s ( C 1 a n d C 2 ) , r e p r e s e n t i n g t h e convexr o l l i n g c o n d y l e s d e s c r i b e d e a r l i e r , c o n n e c t e d b y an a x l e w h i c h i n t u r n i s r i g i d l y f i x e dt r a n s v e r s e l y t o a r o d ( R ) r e p r e s e n t i n g t h e b o n e s h a f t .T h e t i b i a l c o m p o n e n t c o n s i s t s o f a w o o d e n b l o c k c a r r y i n g t w o p a r a l l e l s u r f a c e s( t h e c o n d y l e s ) on t o p . T h e s e s u r f a c e s , w h i c h r e c e i v e t h e ' f e m o r a l c o n d y l e s ' a r e b o t he s s e n t i a l l y f l a t e x c e p t a n t e r i o r l y , w h e r e one s h o w s a c o n c a v e u p s l o p e ( U ) t o r e p r e s e n tt h e m e d i a l t i b i a l c o n d y l e a n d t h e o t h e r a s l i g h t d o w n s l o p e ( D ) . A l l t h e a r t i c u l a rs u r f a c e s were s a n d e d s m o o t h t o m i n i m i s e f r i c t i o n . T h e w e i g h t o f t h e f e m o r a l com-p o n e n t w a s a d e q u a t e t o e x e r t s u f f i c i e n t l o a d on t h e m o d e l j o i n t . T h e m o d e l w ast e s t e d o u t i n a manner i d e n t i c a l t o t h a t o f t h e b o n y a r t i c u l a t i o n s . I n t h e s e m i f l e x e ds t a t e , t h e two f e m o r a l c o n d y l e s ( C 1 a n d C 2 ) were l o c a t e d o v e r t h e f l a t p o s t e r i o ra s p e c t o f t h e t w o t i b i a l c o n d y l e s w i t h t h e s h a f t ( R ) i n c l i n e d b a c k w a r d s a b o u t 3 0 f r o m t h e v e r t i c a l ( F i g . 5 ) . E x t e n s i o n w as t h e n s i m u l a t e d b y p u s h i n g t h e r o d f o r w a r d su s i n g o n l y t h e o p e n h a n d ( F i g . 6 ) s o a s t o a v o i d ! t u r n i n g i t m a n u a l l y . B o t h ' f e m o r a lc o n d y l e s ' , a s e x p e c t e d , r o l l e d f o r w a r d s o v e r t h e t w o p a r a l l e l s u r f a c e s t o w a r d s t h e i ra n t e r i o r e n d s . A s e x t e n s i o n c o n t i n u e d , t h e ' m e d i a l c o n d y l e ' s t a r t e d t o s k i d b a c k w a r d sa g a i n s t t h e c o n c a v e u p s l o p e , w h i c h p r o v i d e d g r e a t e r c o n g r u i t y , s o t h a t t h e r e w as nof u r t h e r f o r w a r d p r o g r e s s i o n . T h e l a t e r a l ' f e m o r a l c o n d y l e ' , h o w e v e r , c o n t i n u e d t or o l l f o r w a r d s a n d m e d i a l l y o v e r t h e down s l o p e c a u s i n g t h e s h a f t t o r o t a t e m e d i a l l y .I t w a s t h e r e f o r e p o s s i b l e t o d e m o n s t r a t e w i t h a m o d e l t h a t t h e p h e n o m e n o n o fl o c k i n g o b s e r v e d i n t h e c a d a v e r k n e e j o i n t s c o u l d r e s u l t s i m p l y f r o m t h e i n t e r a c t i o nb e t w e e n t h e b a s i c c o n t o u r s o f t h e f e m o r a l a n d t i b i a l a r t i c u l a r s u r f a c e s d u r i n g t h ep r o c e s s o f e x t e n s i o n , w i t h o u t t h e n e e d f o r t h e r e s t r a i n i n g i n f l u e n c e s o f l i g a m e n t s( S h a w , E n g & M u r r a y , 1 9 7 4 ) o r t h e a c t i o n o f m u s c l e s . T h e m e n i s c i p r o b a b l y d i d n o tp l a y a n y s i g n i f i c a n t r o l e i n t h i s p h e n o m e n o n .

L o c k i n g a t t h e k n e e j o i n t 1 9 3


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K . RAJENDRAN

SUMMARY AND CONCLUSIONT h e a r t i c u l a r c o n t o u r s o f t h e f e m o r a l a n d t i b i a l c o n d y l e s s h o w c e r t a i n b a s i cf e a t u r e s t h a t i n t h e m s e l v e s a p p e a r s u f f i c i e n t t o e f f e c t l o c k i n g a t t h e k n e e j o i n t d u r i n gt h e t e r m i n a l s t a g e s o f e x t e n s i o n . T h e e s s e n t i a l f e a t u r e on t h e f e m o r a l c o n d y l e s i s a

c o n v e x s u r f a c e a d a p t e d f o r r o l l i n g . On t h e t i b i a , t h e c o n t o u r s t h a t c h i e f l y i n f l u e n c er o t a t i o n a r e t h e c o n c a v e u p s l o p e on t h e a n t e r i o r p o r t i o n o f t h e m e d i a l c o n d y l e t h a tb r i n g s t h e r o l l i n g m e d i al f e m o r a l c o n d y l e t o a s k i d d i n g h a l t , a n d t h e f l a t t e n i n g o rc o n v e x down s l o p e on t h e a n t e r i o r p a r t o f t h e l a t e r a l t i b i a l c o n d y l e t h a t a l l o w s t h er o l l i n g o f t h e l a t e r a l f e m o r a l c o n d y l e t o c o n t i n u e f u r t h e r f o r w a r d s , t h u s b r i n g i n ga b o u t m e d i a l r o t a t i o n o f t h e s h a f t . L o a d on t h e j o i n t m u s t a s s i s t i n t h e l o c k i n gmovement b y e n h a n c i n g t h e i n f l u e n c e o f t h e b o n y c o n t o u r s .

T h e a u t h o r w i s h e s t o t h a n k Mr C . C . K o h , Mr P . G o b a l a k r i s h n a n , Mr Y . K . Hana n d Mr M. T a j u d d i n f o r t h e i r t e c h n i c a l a s s i s t a n c e , a n d M r s M. S i n g h f o r t y p i n g t h em a n u s c r i p t .REFERENCES

B A R N E T r , C . H . ( 1 9 5 3 ) . L o c k i n g a t t h e k n e e j o i n t . J o u r n a l o f A n a t o m y 8 7 , 9 1 - 9 5 .B A R N E T T , C . H . , D A V I E S , D . V . & M A C C O N A I L L , M . A . ( 1 9 6 1 ) . S y n o v i a l J o i n t s . T h e i r S t r u c t u r e a n dM e c h a n i c s . L o n d o n : L o n g m a n s .F E R G U S O N , C . ( 1 9 8 1 ) . T h e l o c k i n g m e c h a n i s m o f t h e k n e e j o i n t i n h o m i n i d s . J o u r n a l o f A n a t o m y 1 3 2 , 4 5 4 .H A L L , M. C . ( 1 9 6 5 ) . T h e L o c o m o t o r S y s t e m . F u n c t i o n a l A n a t o m y . S p r i n g f i e l d . I l l i n o i s : C . C . T h o m a s .H O L L N S H E A D , W. H . ( 1 9 8 2 ) . A n a t o m y f o r S u r g e o n s . V o l . 3 . T h e B a c k a n d L i m b s . Ne w Y o r k : H a r p e r &R o w .L A S T , R . J . ( 1 9 7 8 ) . A n a t o m y , R e g i o n a l a n d A p p l i e d . L o n d o n : L o n g m a n G r o u p .M A C C O N A I L L , M. A . ( 1 9 4 6 ) . S t u d i e s on t h e m e c h a n i c s o f s y n o v i a l j o i n t s . I I I . H i n g e - j o i n t s a n d t h e n a t u r eo f i n t r a - a r t i c u l a r d i s p l a c e m e n t s . I r i s h J o u r n a l o f M e d i c a l S c i e n c e , 6 2 0 - 6 2 6 .S H A W , J . A . , E N G , M. & M U R R A Y , D . G . ( 1 9 7 4 ) . T h e l o n g i t u d i n a l a x i s o f t h e k n e e a n d t h e r o l e o f t h ec r u c i a t e l i g a m e n t s i n c o n t r o l l i n g t r a n s v e r s e r o t a t i o n . J o u r n a l o f B o n e a n d J o i n t S u r g e r y 5 6 A , n o . 8 .S M I L L I E , I . S . ( 1 9 5 1 ) . I n j u r i e s o f t h e K n e e J o i n t , 2 n d e d . E d i n b u r g h : E . & S . L i v i n g s t o n e .S N E L L , R . S . ( 1 9 8 1 ) . C l i n i c a l A n a t o m y f o r M e d i c a l S t u d e n t s , 2 n d e d . B o s t o n , M a s s : L i t t l e Brown & C o .T A R D I E U , C . ( 1 9 8 1 ) . P r i m a t e E v o l u t i o n a r y B i o l o g y ( e d . A . R . C h i a r e l l i & R . S . C o r r u c c i n i ) . B e r l i n ,H e i d e l b e r g : S p r i n g e r V e r l a g .W E L S H , P . R . ( 1 9 8 0 ) . K n e e j o i n t s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n . C l i n i c a l O r t h o p a e d i c s a n d R e l a t e d R e s e a r c h 1 4 7 ,7 - 1 3 .W I L L I A M S , P . L . & W A R W I C K , R . ( 1 9 8 0 ) . G r a y ' s A n a t o m y . E d i n b u r g h - L o n d o n - M e l b o u r n e - N e w Y o r k :C h u r c h i l l L i v i n g s t o n e .

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mechanism of locking a knee

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