zobrazit nabídku

Biomechanika rotátorové manžety

Lennard Funk
Pro magisterské studium ortopedického inženýrství, 2005

Stáhnout PDF

Cílem této prezentace je probrat současnou literaturu a názory na biomechaniku rotátorové manžety a dát ji do souvislosti s klinickým významem u trhlin rotátorové manžety. Mám v úmyslu se zabývat:

1. Mechanika manžety
2. Anatomie šlach – vrstvy, mikroanatomie, krevní zásobení
3. Patomechanika trhlin manžety

Svaly rotátorové manžety

Ramenní komplex se skládá z 30 svalů. Tyto svaly ramenem jak pohybují, tak ho stabilizují – „hybatelé“ a „třasořitky“. Svaly rotátorové manžety převážně stabilizují glenohumerální kloub, ale významně se podílejí i na pohybu.

Svaly rotátorové manžety jsou:

1. Supraspinatus
2. Infraspinatus
3. Teres Minor
4. Subscapularis

Šlachy těchto svalů se spojují v rotátorovou manžetu. Svaly jsou na této úrovni neoddělitelné, s výjimkou subscapularis, který je samostatný a spojený se zbytkem manžety prostřednictvím rotátorového intervalu.

Supraspinatus

Supraspinatus je nejen iniciátorem abdukce, ale působí v celém rozsahu abdukce ramene. Má stejnou abdukční sílu jako deltový sval. Všimněte si, že leží v rovině lopatky – tj. 30 stupňů ke korunní rovině (obr. 2).

Infraspinatus & Teres Minor

Tyto dva svaly leží pod lopatkovou páteří a jsou vnějšími rotátory ramene. Infraspinatus působí především při rameni v neutrální poloze a Teres Minor je aktivnější při zevní rotaci v 90 stupních abdukce.

Subscapularis

Subscapularis je hlavní vnitřní rotátor ramene. Je to největší &nejsilnější sval manžety, který poskytuje 53 % celkové síly manžety. Horních 60 % inzerce je šlachové a dolních 40 % svalové. Je to pasivní vzpřimovač v neutrální poloze, nikoli však v abdukci.

Deltoidní sval

Deltoidní sval je jediným elevátorem ramene, pokud je supraspinatus natržený a nefunkční. Proto je většina rehabilitace zaměřena na tento sval. Skládá se z přední střední a zadní části, které jsou aktivnější v závislosti na směru elevace paže.

Přední pohled na deltový sval Zadní pohled na deltový sval

Diagram volného těla pro výpočet síly deltového svalu

V tomto diagramu, s plně nataženou paží musí deltový sval působit proti hmotnosti paže a 25kg závaží v ruce osoby.

1. Momenty stahující pažní kost dolů:

(25 x 9,81) x 0,71 = 174Nm

(5,07 x 9,81) x 0,34 = 16,91Nm

= 174 + 16,91 = 190,91Nm

2. Momenty vytahující pažní kost nahoru:

Deltoid(d) x sin10o x 0,088 = 0,01528d Nm

Předpokládejte rovnováhu: momenty nahoru = momenty dolů

190.91 = 0,01528d

Napětí deltoidu d = 12 494,11 N

Nyní, pokud osoba ohne loket, čímž se sníží moment ramene 25kg závaží a paže, síla potřebná deltoidu ke zvednutí paže se zmenší.

(25 x 9,81) x 0,28 = 68,67Nm

(5,07 x 9,81) x 0,17 = 8,46Nm

= 68.67 + 8,46 = 77,13Nm

2. Momenty vytahující pažní kost nahoru:

Deltoid(d) x sin10o x 0,088 = 0. Moment vytahující pažní kost nahoru.01528d Nm

Předpokládáme rovnováhu: momenty nahoru = momenty dolů

68,67 = 0,01528d

Napětí deltoidu d = 4 494,1N

Silové spoje

Síla působící na těleso má dva účinky, jeden na jeho pohyb a dva na jeho otáčení. Těleso se však může otáčet, aniž by se pohybovalo. Tj. síla může způsobit pouze otáčení bez translace. Silová dvojice je soustava, která působí výsledný pohyb, ale žádnou výslednou sílu. Dvě stejné a opačné síly působí čistě rotační sílu. V rameni je tělesem hlavice humeru a stejnými, ale opačnými silami jsou svaly rotátorové manžety.

V silovém páru síla vytvářená jedním svalem (primárním agonistou) vyžaduje aktivaci antagonistického svalu, aby nedošlo k dislokační síle (Nordin & Frankel, 2001).

Svaly rotátorové manžety působí jako silový pár navzájem a s deltovým svalem. Svaly rotátorové manžety společně zadržují glenohumerální kloub, který je ze své podstaty nestabilní. Progrese natržení nebo dysfunkce rotátorové manžety vede k superiorsubluxaci hlavice humeru. To vede k dysfunkci ramene.

Rotátorová manžeta stabilizuje glenohumerální kloub prostřednictvím silových spojek v koronální i transverzální rovině.

Koronální silová dvojice

Deltoid a supraspinatus přispívají k abdukci stejnou měrou. Při abdukci paže směřuje výsledná reakční síla kloubu ke glenoidu. To „stlačuje“ hlavici humeru proti glenoidu a zlepšuje stabilitu kloubu při abdukci paže nad hlavou.

Silová dvojice v příčné rovině

V celém rozsahu pohybu přispívá ke stabilitě kloubu kompresní výsledná síla kloubní reakce v příčné rovině. Jedná se o převažující mechanismus bránící posunu hlavice horní části humeru při roztržení manžety. Dokud zůstává silová dvojice mezi subscapularis a infraspinatus vyrovnaná, zůstává kloub centrovaný.

Statické zábrany

Kromě výše uvedených dynamických stabilizátorů existují důležité sekundární zábrany superiorního posunu hlavice humeru při natržení manžety.

Korakoakromiální oblouk

Korakoakromiální oblouk je kombinací korakoidu, korakoakromiálního vazu a akromionu. Ty tvoří oblouk nad rotátorovou manžetou a hlavičkou humeru.

Korako-akromiální oblouk (zeleně) tvořený korakoidem, korakoakromiálním vazem a akromionem

Dlouhá hlava bicepsu

Dlouhá hlava bicepsu přechází přes hlavici humeru zakřivením ve dvou rovinách a vytváří tvar otazníku. Uznává se, že zajišťuje malý stupeň stability gleno-humerálního kloubu. Ta se projevuje převážně při abdukci a zevní rotaci paže v lopatkové rovině .

Kladka bicepsu je stabilizátorem dlouhé hlavy bicepsu v bicepsové rýze. Ruptura této kladky při natržení rotátorové manžety vede k mediální subluxaci dlouhé hlavy bicepsu a k dysfunkci.

Patoanatomie rotátorové manžety

Ultrastruktura manžety

Spojení šlach rotátorové manžety naznačuje, že působí spíše jako kombinovaná a integrující struktura než jako jednotlivé entity. Mikrostruktura šlach rotátorové manžety v blízkosti inzerce supraspinátu a infraspinátu byla dále popsána jako pětivrstvá struktura:

• První vrstva je tvořena povrchovými vlákny korakohumerálního vazu.
• Druhá vrstva, která je hlavní částí šlach manžety, je vidět jako těsně uložená paralelní šlachová vlákna seskupená do velkých svazků, které se táhnou přímo od svalových bříšek k inzerce na pažní kosti.
• Třetí vrstva je rovněž hustá šlachová struktura, ale s menšími fasciemi než ve druhé vrstvě a méně rovnoměrnou orientací.
• Čtvrtá vrstva je tvořena volnými pojivovými tkáněmi s hustými pruhy kolagenních vláken probíhajícími kolmo k primární orientaci vláken manžetových šlach. Tato vrstva obsahuje hluboké prodloužení korakohumerálního vazu a byla různě popisována jako příčný pás, perikapsulární pás nebo rotátorové lano. Tato vrstva může hrát roli při rozdělování sil mezi šlachovými úpony a může vysvětlovat, proč jsou některé trhliny rotátorové manžety klinicky asymptomatické.
• Pátá vrstva je pravou kapsulární vrstvou a tvoří souvislý válec od glenoidu k humeru. Vlákna v této vrstvě jsou z větší části náhodně orientovaná.

Orientace vláken se liší i podél délky šlachy rotátorové manžety. V blízkosti muskulotendinózních spojů jsou šlachy tvořeny převážně paralelními homogenními kolagenními vlákny, ale jakmile dosáhnou inzerce do humeru, stávají se z nich ploché stužkovité svazky vláken, které se kříží pod úhlem asi 45 stupňů . Vzhledem k různé orientaci vláken a odlišným vrstvám v horním kapsulárním komplexu pravděpodobně existují významné smykové síly, které mohou mít vliv na roztržení manžety. Tyto intratendinózní rozdíly ve struktuře manžety mohou vysvětlovat, proč dochází k intrasubstančním trhlinám. Smykové síly pravděpodobně směřují do čtvrté vrstvy, která je místem vzniku intratendonózních trhlin manžety. Ty bývají degenerativními trhlinami manžety.

Kollagen

Midsubstance supraspinatustendonu je složena především z kolagenu typu I, s relativně malým množstvím kolagenu typu III, dekorinu a biglykanu. Fibrochrupavčitá část insertu má obsah kolagenu a proteoglykanů podobný jako tkáně, které byly vystaveny tlakovému zatížení. To je částečně způsobeno ovinutím šlachy kolem pažní kosti. Proto obsahuje především kolagen typu II a větší proteoglykany, jako je agrekan. Histologická organizace však nepřipomíná zralou fibrochrupavku. U tendinopatie rotátorové manžety bylo pozorováno zvýšení obsahu kolagenu typu III, proteinu, který hraje roli při hojení a reparaci, a glykosaminoglykanů a proteoglykanů. Tyto změny ve složení mohou být adaptivní, patologické nebo obojí a u starší populace byly zjištěny změny.

Nedávné studie navíc prokázaly zvýšené hladiny hladkosvalového aktinu (SMA) u natržených rotátorových manžet. Bylo prokázáno, že SMA-pozitivní buňky kontrahují analog kolagenu a glykosaminoglykanu in vitro. Buňky obsahující SMA v natržené rotátorové manžetě mohou reagovat s vysokými hladinami GAG a proteoglykanu, což vede k retrakci natržené rotátorové manžety a inhibici potenciálního hojení.

Cévní zásobení

Hlavní arteriální zásobení rotátorové manžety pochází z vzestupné větve přední humerální cirkumflexní tepny, akromiální větve thorakoakromiální tepny a také ze supraskapulární a zadní humerální cirkumflexní tepny.

Patogeneze trhlin rotátorové manžety je považována za ovlivněnou mikrovaskulárním zásobením šlach rotátorové manžety. Většina studií na kadaverech prokázala hypovaskulární oblast v kritické zóně supraspinatustendonu. Předpokládá se, že tato oblast hypovaskulárního zásobení hraje významnou roli v atriční degeneraci stárnoucí šlachy. Novější studie mikrovaskulárního zásobení šlachy supraspinatus u symptomatických pacientů se syndromem impingementu naznačují, že v oblasti největšího impingementu, tj. v kritické zóně (8 mm proximálně od inzerce šlachy supraspinatus), je skutečně hypervaskularita. Na rozdíl od výzkumů na kadaverech se zdá, že tyto studie naznačují, že hypervaskularita nebo neovaskularizace je spojena se symptomatickým onemocněním rotátorové manžety sekundárně způsobeným mechanickým impingementem.

In vivo analýza pomocí ortagonálního polarizačního spektrálního zobrazování prokázala, že v intaktní rotátorové manžetě je dobrá vaskularita supraspinátu, a to i v kritické zóně .

A – kapiláry v normální šlaše supraspinátu. B – chybějící kapiláry v okrajích natržené šlachy nadhřebenové manžety.

Etiologie natržení manžety

Existují dvě hlavní teorie příčin natržení rotátorové manžety:

1. Extrinsická – v důsledku stlačení a naražení rotátorové manžety zvenčí. Například na subakromiální burzovní straně od akromiální ostruhy a korakoakromiálního vazu (subakromiální impingement); a na kloubní straně od sevření šlachymezi glenoidem a humerem při extrémní abdukci a zevní rotaci (vnitřní impingement)
2. Intrinsická – vznik trhliny v důsledku změny vlastností samotné rotátorové manžety.

Spíše než rozdíly mezi vnějšími a vnitřními příčinami budeme zkoumat některé biomechanické důvody vzniku trhlin manžety.

Zatěžování

Zvyšování zatížení supraspinátu až do 60 stupňů abdukce pomocí MRI.

Není rozdíl v deformaci mezi bursální & kloubní stranou šlachy .

Koncentrace napětí

Pomocí modelování rotátorové manžety metodou konečných prvků byly studovány koncentrace napětí při různých stupních subakromiálního impingementu. Koncentrace napětí byly nejvyšší v kritické zóně manžety s potenciací trhlin na kloubní straně, bursální straně a intratendinózní straně. Slzy na artikulární straně byly o něco častější .

Subakromiální mimotělní impingement

Neer se původně domníval, že trhliny rotátorové manžety vznikají mechanickým procesem sekundárně při postupném opotřebení. Zjistil, že přední strana akromionu je zapojena s osteofyty z AC kloubu nebo bez nich

Bylo zjištěno, že morfologie předního akromionu koreluje s trhlinami manžety. Kadaverózní studie 140 ramen, že 73 % nalezených trhlin rotátorové manžety bylo u hákovitého akromionu typu 3 . To potvrdily i nedávné klinické studie, kde bylo zjištěno, že morfologie akromialu je prediktorem trhlin manžety .

Biglianiho klasifikace morfologie akromialu. Typ 3 byl častěji spojen s trhlinami rotátorové manžety

Interní impingement

Triáda přední kapsulární laxity, zadní kontrakce a vnitřního impingementu byla původně popsána u sportovců hrajících nad hlavou . K vnitřnímu impingementu dochází, když je manžeta při extrémní abdukci a zevní rotaci skřípnuta mezi hlavici humeru a postero-superiorlabrum. Tím dochází k odírání a obrušování kloubního povrchu manžety, což postupně vede k jejímu roztržení.

Degenerace šlachy

Zdá se, že rotátorová manžeta s věkem degeneruje. Při vyšetření magnetickou rezonancí (MRI) byly trhliny manžety přítomny u 54 % asymptomatických osob starších 60 let . MRI má však pouze 75-90% přesnost při diagnostice plných trhlin rotátorové manžety . Je třeba se více zabývat změnami rotátorové manžety souvisejícími s věkem, ale stárnoucí manžeta je pravděpodobně náchylnější k vnějším a vnitřním mechanismům

.