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Resumen
La contribución de la fascia plantar (PF) y el ligamento plantar largo (LPL), dos ligamentos que se extienden desde el retropié hasta el antepié, a la estabilidad del arco se ha estudiado en el pasado utilizando metodologías in vivo, in vitro e in silico. Los estudios in silico se basaron en un único modelo obtenido de un único sujeto y no tuvieron en cuenta las variaciones morfológicas y biomecánicas conocidas entre sujetos. En el presente estudio, desarrollamos modelos dinámicos computacionales de nueve piernas diferentes obtenidas de nueve individuos diferentes para evaluar el papel del LPL y la PF en el soporte del arco, teniendo en cuenta las diferencias biológicas entre sujetos. Estos modelos se validaron comparando los resultados de la simulación con los resultados experimentales de las piernas de cadáver correspondientes. Después de la validación, simulamos las condiciones de peso corporal para cada modelo aplicando una carga vertical a la tibia, comenzando desde cero y aumentando linealmente hasta 720 N. Los parámetros cinemáticos y dinámicos, incluida la variación del ángulo del arco medial y de la altura del escafoides, así como las fuerzas pasivas desarrolladas por el ligamento plantar y el ligamento plantar, se utilizaron para evaluar la contribución de estos ligamentos al soporte del arco bajo el peso corporal. Los resultados indican que se produjo un colapso total del arco longitudinal medial solo cuando tanto el ligamento plantar como el ligamento plantar estaban ausentes, pero se mantuvo un arco estable cuando cualquiera de estas dos estructuras de ligamento estaba presente. Los resultados variaron significativamente entre los modelos específicos, lo que destaca la importancia de utilizar múltiples modelos para tener en cuenta las diferencias morfológicas entre sujetos.

Introducción
La fascia plantar (PF) y el ligamento plantar largo (LPL) son dos ligamentos que se extienden desde el retropié hasta el antepié a través del eje plantar anteroposterior del pie. Se suponía que estas dos estructuras de ligamentos, debido a su morfología y áreas de inserción, estabilizaban el arco longitudinal y evitaban su colapso durante la carga de peso (Lapidus, 1943).
Motivada por consideraciones clínicas, la contribución relativa de la PF y el LPL al soporte del arco se ha estudiado ampliamente en el pasado (Hicks, 1954, Lapidus, 1943). Por ejemplo, comprender la contribución relativa de la PF al soporte del arco es particularmente importante porque en casos graves de tendinopatía, es necesaria una liberación de la PF para mitigar el dolor. (Goff y Crawford, 2011, Neufeld y Cerrato, 2008, Schepsis et al., 1991). Algunos médicos plantearon la hipótesis de que la liberación de PF también puede aumentar la tensión en la LPL durante la carga de peso, aumentando así el riesgo de daño a esta última (Crary et al., 2003).
Los numerosos estudios sobre la función de PF y LPL como estabilizadores del arco longitudinal se pueden dividir en tres categorías: in vivo, in vitro e in silico. La mayoría de los estudios in vivo implicaron la correlación entre la integridad de PF y LPL, como se observó en estudios de imágenes como MRI, CT, ultrasonido y presencia de arco longitudinal colapsado. Estos estudios arrojaron resultados contradictorios y no concluyentes (de Deland et al., 2005, Flores et al., 2019, Liew et al., 2022, Taş et al., 2018). Los estudios experimentales in vitro se basaron en secciones seriadas de ligamentos y cargas simuladas de carga sobre cadáveres para identificar y cuantificar el soporte del arco proporcionado por PF y LPL (Huang et al., 1993, Murphy et al., 1998, Thordarson et al., 1997). Algunos estudios concluyeron que ambos ligamentos tienen importantes funciones estabilizadoras y que la estabilidad del arco se mantiene si solo se elimina uno de los ligamentos y que el colapso severo del arco longitudinal ocurre solo después de que se eliminan ambos ligamentos (Huang et al., 1993, Kitaoka et al., 1997). Sin embargo, la contribución relativa de cada uno de los dos todavía no fue concluyente (Murphy et al., 1998, Thordarson et al., 1997). Los estudios in silico se basaron principalmente en modelos de elementos finitos (FEM) del pie y el tobillo. Dos de estos estudios (Cifuentes-De la Portilla et al., 2019, Tao et al., 2010) descubrieron que el PF es la principal estructura de tejido blando que previene el colapso del arco, mientras que otro (Chung et al., 2006) descubrió que incluso después de la eliminación tanto del PF como del LPL, no se produjo un colapso completo del arco. Estos estudios in silico utilizaron modelos de pie altamente simplificados que incorporaban una estructura de tejido blando con propiedades de material lineal, modelando solo algunos de los ligamentos del pie y sin incluir la representación de la tibia y el peroné. Un estudio in silico reciente con un modelo de pie FEM integral descubrió, de acuerdo con la mayoría de los estudios in vitro, que la desactivación de un solo ligamento, ya sea LPL o PF, no conduce al colapso del pie (Malakoutikaha et al., 2022) y el colapso drástico del arco se produjo solo después de que se eliminaron ambos ligamentos.
Los estudios basados ​​en FEM descritos anteriormente se basaron en un solo modelo obtenido a partir de datos morfológicos de un solo individuo, generalmente un sujeto sano y normal. Como tal, estos estudios no lograron capturar ni describir el efecto de las grandes variaciones morfológicas que se sabe que existen entre individuos (Hawes y Sovak, 1994, Hoey et al., 2023). Además, la validación de estos modelos se basó en datos publicados, a pesar de que dichos datos tienen una variabilidad intersujeto muy amplia.
Para superar la mayoría de las deficiencias descritas anteriormente, introdujimos en este estudio modelos dinámicos basados ​​en imágenes, específicos del sujeto, del pie y el tobillo humanos obtenidos de múltiples sujetos. Estos modelos se basaron en modelos previos validados y específicos del sujeto del retropié (Imhauser et al., 2008, Palazzi et al., 2020) e incluyeron varias mejoras importantes que se describirán más adelante. Los modelos dinámicos son computacionalmente eficientes en comparación con los modelos FEM, lo que permite la inclusión de una gran población de sujetos. Los modelos dinámicos anteriores solo se han desarrollado utilizando un solo sujeto sin capturar la variabilidad morfológica dentro de una población más grande. (Iaquinto y Wayne, 2010, Liacouras y Wayne, 2007, Wei et al., 2011).
Después de una extensa validación específica del sujeto, los modelos se utilizaron en este estudio para explorar la contribución de PF y LPL a la deformación del arco longitudinal producida bajo una condición simulada de carga de peso.
La hipótesis del estudio es que el desgarro de PF solo o LPL solo produce una disminución en la altura del arco bajo el peso corporal (BW), pero no produce un colapso completo del arco longitudinal. El colapso drástico del arco longitudinal del pie bajo el peso corporal solo ocurre cuando tanto PF como LPL están completamente desgarrados.