show menu

Rotátorköpeny biomechanikája

Lennard Funk
Ortopédiai mérnöki MSc képzésre, 2005

Download PDF

Az előadás célja a rotátorköpeny biomechanikájával kapcsolatos jelenlegi irodalom és vélemények megvitatása, valamint ennek a rotátorköpeny szakadások klinikai jelentőségével való összefüggése. Szándékomban áll kitérni a következőkre:

1. A mandzsetta mechanikája
2. Az ín anatómiája – rétegek, mikroanatómia, vérellátás
3. A mandzsetta szakadások patomechanikája

Rotátor mandzsetta izmok

A vállkomplex 30 izomból áll. Ezek az izmok egyszerre mozgatják és stabilizálják a vállat – “mozgatók” és “rázók”. A rotátorköpeny-izmok túlnyomórészt stabilizálják a glenohumeralis ízületet, de jelentősen hozzájárulnak a mozgáshoz is.

A rotátorköpeny izmai:

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

Ezen izmok inai a rotátorköpenyt alkotva egyesülnek. Az izmok ezen a szinten elválaszthatatlanok, kivéve a subscapularist, amely különálló, és a rotátorintervallumon keresztül kapcsolódik a mandzsetta többi részéhez.

Supraspinatus

A supraspinatus nemcsak az abdukció kezdeményezője, hanem a váll teljes abdukciós tartományában hat. Ugyanolyan abdukciós ereje van, mint a deltoidnak. Figyeljük meg, hogy a lapocka síkjában fekszik – azaz 30 fokban a koronális síkhoz képest (2. ábra).

Infraspinatus & Teres Minor

Ez a két izom a lapocka gerinc alatt fekszik és a váll külső rotátorai. Az Infraspinatus elsősorban a kar semleges helyzetében, a Teres Minor pedig 90 fokos abdukcióban végzett külső rotációnál aktívabb.

Subscapularis

A subscapularis a váll fő belső rotátora. Ez a legnagyobb & legerősebb mandzsettaizom, a teljes mandzsettaerő 53%-át adja. A felső 60%-a inakból, az alsó 40%-a izomból áll. Passzívan visszafogja a semleges, de nem az abdukciót.

Deltoid

A deltoid izom az egyetlen vállemelő, ha a supraspinatus elszakadt és diszfunkcionális. Ezért a legtöbb rehabilitáció erre az izomra irányul. Antero-középső és hátsó részekből áll, amelyek a kar felemelésének irányától függően aktívabbak.

A deltoid elülső nézete A deltoid hátsó nézete

Szabad test diagram a deltoid erő kiszámításához

A diagramon, teljesen kinyújtott karral a deltoidnak kell ellensúlyoznia a kar súlyát és a személy kezében lévő 25 kg-os súlyt.

1. A felkarcsontot lefelé húzó pillanatok:

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

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

= 174 + 16,91 = 190,91Nm

2. A felkarcsontot felfelé húzó momentumok:

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

Egyensúlyi állapotot feltételezve: momentumok felfelé = momentumok lefelé

190.91 = 0.01528d

Deltoid feszültség d = 12 494.11N

Most ha a személy behajlítja a könyökét, csökkentve a 25 kg súly és a kar nyomatékkarját, akkor a deltoidnak a kar felemeléséhez szükséges erő csökken.

(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. A felkarcsontot felfelé húzó momentumok:

Deltoid(d) x sin10o x 0.088 = 0.01528d Nm

Egyensúlyt feltételezve: momentumok felfelé = momentumok lefelé

68,67 = 0,01528d

Deltoid feszültség d = 4 494,1N

erőkapcsolatok

Egy testre ható erőnek két hatása van, egyrészt mozgatja, másrészt elforgatja. Egy test azonban elmozdulás nélkül is foroghat. Vagyis egy erő csak forgást okozhat transzláció nélkül. Az erőpár olyan rendszer, amely eredő mozgást fejt ki, de eredő erőt nem. Két egyenlő és ellentétes erő tisztán forgási erőt fejt ki. A vállban a test a felkarcsontfej, az egyenlő, de ellentétes erők pedig a rotátorköpeny-izmok.

Egy erőpárban az egyik izom (az elsődleges agonista) által létrehozott erő egy antagonista izom aktiválását igényli, hogy ne keletkezzen ficamító erő (Nordin & Frankel, 2001).

A rotátorköpeny-izmok egymással és a deltoiddal erőpárban működnek. A rotátorköpeny-izmok együtt dolgoznak a glenohumeralis ízület megfékezésében, amely egy eredendően instabil ízület. A rotátorköpeny szakadás vagy működési zavar progressziója a felkarcsontfej superiorsubluxációjához vezet. Ez a váll diszfunkciójához vezet.

A rotátorköpeny stabilizálja a glenohumeralis ízületet a koronális és a transzverzális síkban lévő erőpárok révén.

Koronális erőpár

Deltoid és supraspinatus egyaránt egyformán hozzájárul az abdukcióhoz. A kar abdukciója során az eredő ízületi reakcióerő a Glenoid felé irányul. Ez “összenyomja” a felkarcsont fejét a Glenoidhoz, és javítja az ízület stabilitását, amikor a kar abdukált és a fej fölött van.

Transzverzális síkbeli erőpár

A teljes mozgástartományban a kompresszív eredő ízületi reakcióerő a transzverzális síkban hozzájárul az ízület stabilitásához. Ez az uralkodó mechanizmus áll ellen a superior humeralis fej elmozdulásának mandzsetta szakadás esetén. Amíg a subscapularis és az Infraspinatus közötti erőpár egyensúlyban van, az ízület centrikus marad.

Statikus korlátozó tényezők

A fent említett dinamikus stabilizátorokon kívül a felkarcsontfej felső elmozdulásának fontos másodlagos korlátozó tényezői vannak mandzsetta szakadás esetén.

Coraco-acromialis ív

A coraco-acromialis ív a coracoid, a coracoacromialis szalag és az acromion együttese. Ezek egy ívet alkotnak a rotátorköpeny és a felkarcsontfej felett.

A coraco-acromialis ívet (zöld) a coracoid képezi, coracoacromialis szalag és az acromion

Bicepsz hosszú feje

A bicepsz hosszú feje a felkarcsont feje felett halad át két síkban ívesen, kérdőjel alakot alkotva. Felismerhető, hogy kisfokú stabilitást biztosít a gleno-humeralis ízületnek. Ez főként a karnak a lapocka síkjában történő abdukciója és külső rotációja során érvényesül.

A bicepsz csigolya a bicepsz hosszú fejének stabilizátora a bicepsz barázdában. Ennek a csigának a szakadása rotátorköpeny-szakadással a bicepsz hosszú fejének mediális szubluxációjához és diszfunkcióhoz vezet.

Rotátorköpeny patoanatómiája

Mandzsetta ultrastruktúrája

A rotátorköpeny inainak összeolvadása arra utal, hogy inkább kombinált és integratív szerkezetként, mint önálló egységként működnek. A rotátorköpeny inainak mikroszerkezetét a supraspinatus és infraspinatus beidegződések közelében a továbbiakban ötrétegű szerkezetként írták le:

• Az első réteget a coracohumeralligamentum felszíni rostjai alkotják.
• A kettes réteg, amely a mandzsetta inak fő részét képezi, szorosan egymás mellett elhelyezkedő, párhuzamos, nagy kötegekbe csoportosított ínrostok formájában látható, amelyek közvetlenül az izomhasaktól a felkarcsonton való behelyezkedésig húzódnak.
• A harmadik réteg szintén vastag ínszerkezet, de a kettes rétegnél kisebb fasciálisokkal és kevésbé egyenletes orientációval.
• A negyedik réteg laza kötőszövetekből áll, a mandzsetta inainak elsődleges rostorientációjára merőlegesen futó vastag kollagénrost-sávokkal. Ez a réteg a coracohumeralis szalag mély nyúlványát tartalmazza, és különbözőképpen írták le, mint transzverzális szalagot, perikapszuláris szalagot vagy rotátorkábelt. Ennek a rétegnek szerepe lehet az inak beidegződései közötti erőeloszlásban, és magyarázatot adhat arra, hogy egyes rotátorköpeny-szakadások klinikailag miért tünetmentesek.
• Az ötödik réteg a valódi kapszularéteg, és a glenoidtól a felkarcsontig egy összefüggő hengert alkot. Az ebben a rétegben lévő rostok nagyrészt véletlenszerűen orientáltak.

A rostok orientációja a rotátorköpeny ín hosszában is eltérő. Az izom-ín csomópontok közelében az inak főként párhuzamos, homogén kollagénrostokból állnak, de a felkarcsontba való behatolásukhoz érve lapos, szalagszerű rostkötegekké válnak, amelyek körülbelül 45 fokos szögben keresztezik egymást . A különböző rostorientációk és a superior-kapszuláris komplexumon belüli különböző rétegek miatt valószínűleg jelentős nyíróerők lépnek fel, amelyek szerepet játszhatnak a mandzsetta szakadásában. A mandzsetta szerkezetének ezek az intratendinózus eltérései magyarázatot adhatnak arra, hogy miért fordulnak elő intrasubstans szakadások. A nyíróerők valószínűleg a négyes rétegre irányulnak, amely az intratenduláris mandzsetta szakadások kialakulásának helye. Ezek általában a mandzsetta degenerált szakadásai.

Kollagén

A supraspinatustendon középső állománya elsősorban I. típusú kollagénből áll, viszonylag kis mennyiségben III. típusú kollagénből, decorinből és biglycanból. A toldalék fibrokartilági részének kollagén- és proteoglikán-tartalma hasonló a nyomóterhelésnek kitett szövetekéhez. Ez részben annak köszönhető, hogy az ín a felkarcsont köré tekeredik. Ezért elsősorban II. típusú kollagént és nagyobb proteoglikánokat, például aggrecant tartalmaz. A szövettani szerveződés azonban nem hasonlít az érett rostos porcra. Rotátorköpeny-ínhüvelyben a gyógyulásban és a javításban szerepet játszó III-as típusú kollagén, valamint a glikozaminoglikán- és proteoglikán-tartalom növekedését figyelték meg. Ezek az összetételbeli változások lehetnek adaptívak, patológiásak vagy mindkettő, és az idősebb populációban megváltozottnak találták őket.

A közelmúltban végzett vizsgálatok továbbá a simaizomaktin (SMA) megnövekedett szintjét mutatták ki a szakadt rotátorköpenyben. Kimutatták, hogy az SMA-pozitív sejtek in vitro összehúzódnak egy kollagén-glikozaminoglikán analóggal. A rotátorköpeny-szakadásban lévő SMA-tartalmú sejtek reagálhatnak a magas GAG- és proteoglikán-szintekkel, ami a szakadt rotátorköpeny visszahúzódásához és a lehetséges gyógyulás gátlásához vezethet.

Vaszkularitás

A rotátorköpeny fő artériás ellátása az anterior humeralis circumflex artéria felszálló ágából, a thoracoacromialis artéria acromialis ágából, valamint a suprascapularis és a posterior humeralis circumflex artériákból ered.

A rotátorköpeny-szakadások patogenezisét a rotátorköpeny-ín mikrovaszkuláris ellátása befolyásoló tényezőnek tekintik. A legtöbb cadaver vizsgálat hipovaszkuláris területet mutatott ki a supraspinatustendon kritikus zónájában. Azt feltételezték, hogy ez a hipovaszkuláris terület jelentős szerepet játszik az öregedő ín kopásos degenerációjában. A supraspinatus ín mikrovaszkuláris ellátásának újabb vizsgálatai impingement szindrómában szenvedő, tüneteket mutató betegeknél arra utalnak, hogy a legnagyobb impingement területén, azaz a kritikus zónában (8 mm-re proximalisan a supraspinatus ín beékelődésétől) valójában hipervaszkularitás van. A cadaver vizsgálatokkal ellentétben ezek a tanulmányok arra látszanak utalni, hogy a hipervaszkularitás vagy neovaszkularizáció a mechanikus impingement következtében kialakuló tüneti rotátorköpeny-betegséghez társul.

Az in vivo elemzés ortogonális polarizációs spektrális képalkotással kimutatta, hogy a supraspinatus jó érellátottságú, még a kritikus zónában is, ép rotátorköpenyben .

A – kapillárisok a normál supraspinatus ínban. B – hiányzó kapillárisok a supraspinatus mandzsetta szakadás szélein.

A mandzsetta szakadások etiológiája

A rotátor mandzsetta szakadások okára két fő elmélet létezik:

1. Extrinsic – a rotátor mandzsetta kívülről történő kompressziója és impingementje miatt. Például a subacromialis bursalis oldalon az acromialis sarkantyútól és a coracoacromialis ligamentumtól (subacromialis impingement); és az ízületi oldalon az ínnak a Glenoid és a felkarcsont közé szorulásától extrém abdukció és külső rotáció esetén (belső impingement)
2. Intrinsic – a szakadások kialakulása magának a rotátorköpenynek a megváltozott tulajdonságai miatt.

Az extrinsic és intrinsic okok közötti különbségek helyett a mandzsetta szakadások kialakulásának néhány biomechanikai okát fogjuk megvizsgálni.

Terhelés

A supraspinatus supraspinatus terhelésének növekedése 60 fokos abdukcióig MRI segítségével.

Nincs különbség a törzsben az ín bursalis & ízületi oldala között .

Feszültségkoncentráció

A rotátorköpeny végeselemes modellezésével a feszültségkoncentrációkat vizsgálták különböző mértékű subacromialis impingement esetén. A feszültségkoncentrációk a mandzsetta kritikus zónájában voltak a legmagasabbak, a szakadások az ízületi oldalon, a bursalis oldalon és az intratendinalis oldalon potencírozódtak. Az ízületi oldali szakadások valamivel gyakoribbak voltak .

Subacromialis extrinsic impingement

Neer eredetileg úgy vélte, hogy a rotátorköpeny szakadások a progresszív kopásnak köszönhető mechanikai folyamatból erednek. Úgy találta, hogy az acromion elülső oldala érintett az AC-ízületből származó osteophytákkal vagy anélkül

Az elülső acromion morfológiája korrelál a mandzsetta szakadással. Egy 140 vállon végzett cadaver vizsgálat szerint a talált rotátorköpeny-szakadások 73%-a 3-as típusú kampós acromionban volt . Ezt a közelmúltban végzett klinikai vizsgálatok is alátámasztották, ahol az acromialis morfológiát a mandulaszakadások előrejelzőjének találták .

Bigliani osztályozása az acromialis morfológiának. A 3. típus gyakrabban társult a rotátorköpeny szakadásokhoz

Belső impingement

Az elülső kapszula laxitás, a hátsó kontrakció és a belső impingement hármasát eredetileg a fej fölötti sportolóknál írták le . A belső impingement akkor következik be, amikor a mandzsetta a felkarcsontfej és a postero-superiorlabrum közé szorul extrém abdukció és külső rotáció során. Ez súrolja és koptatja a mandzsetta ízületi felszínét, ami fokozatosan mandzsetta szakadáshoz vezet.

Az ín degenerációja

A rotátorköpeny a korral degenerálódni látszik. Mágneses rezonanciás (MRI) vizsgálatokon a 60 év feletti tünetmentes emberek 54%-ánál volt jelen mandzsetta szakadás . Az MRI azonban csak 75-90%-os pontossággal diagnosztizálja a teljes vastagságú rotátorköpeny-szakadást. Több munkát kell végezni a rotátorköpeny életkorral összefüggő változásaival kapcsolatban, de az öregedő mandzsetta valószínűleg hajlamosabb az extrinsic és intrinsic mechanizmusokra.