La arteria poplítea nace como continuación de la arteria femoral a su paso por el hiato del tendón del aductor mayor a unos 8-10 cm por encima de la rodilla. Entra en la fosa politea en la cara medial del fémur. Permanece relativamente profundo y se inclina ligeramente de medial a lateral a lo largo de su recorrido.
Proximalmente, sólo está separado de la superficie femoral por grasa. El vasto medial es inmediatamente medial. El vasto lateral y la cabeza corta del bíceps femoral son inmediatamente laterales. Se encuentra profundo y medial al nervio tibial; en toda la fosa politea, la vena poplítea se interpone entre la arteria y el nervio tibial. El semimembranoso y el semitendinoso son más superficiales.
Posterior a la articulación de la rodilla, es superficial y adherente al ligamento poplíteo que refuerza la cápsula posterior. La cabeza medial del gastrocnemio se encuentra inmediatamente medial; el plantar y la cabeza lateral del gastrocnemio son laterales. La vena poplítea y el nervio tibial son de nuevo superficiales.
Distalmente, la arteria poplítea se encuentra libre y superficial a la fascia del poplíteo y del tibial posterior. Ocasionalmente, pasa en profundidad al poplíteo. Superficialmente, el nervio tibial y la vena poplítea pasan de medial a lateral. Más superficialmente, la vena, la arteria y el nervio están cubiertos por el plantar. La cabeza medial del gastrocnemio es superficial y medial al sartorio y a la arteria. Lateral y superficialmente se encuentra la cabeza lateral del gastrocnemio.
Veinte centímetros distal a su origen, justo más allá del borde distal del músculo plantar, la arteria poplítea pasa profunda al arco fibroso del sóleo. En este punto termina dividiéndose en arterias tibiales anterior y posterior.
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