- Biomecánica del manguito rotador
- Músculos del manguito rotador
- Supraespinoso
- Infraespinoso &Teres Menor
- Subescapular
- Deltoides
- Acoplamientos de fuerzas
- Par de fuerzas coronal
- Acoplamiento de fuerzas en el plano transversal
- Restricciones estáticas
- Arco coraco-acromial
- Cabeza larga del bíceps
- Patología del manguito de los rotadores
- Ultraestructura del manguito
- Colágeno
- Vascularidad
- Etiología de los desgarros del manguito
- Distensión
- Picadura interna
- Degeneración del tendón
Biomecánica del manguito rotador
Lennard Funk
Para el MSc Orthopaedic Engineering, 2005
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El objetivo de esta presentación es discutir la literatura actual y las opiniones sobre la biomecánica del manguito rotador y relacionar esto con la relevancia clínica en los desgarros del manguito rotador. Tengo la intención de cubrir:
- Mecánica del manguito
- Anatomía del tendón – capas, microanatomía, suministro de sangre
- Patomecánica de los desgarros del manguito
Músculos del manguito rotador
El complejo del hombro comprende 30 músculos. Estos músculos mueven el hombro y lo estabilizan, es decir, lo «mueven» y lo «agitan». Los músculos del manguito rotador estabilizan predominantemente la articulación glenohumeral, pero también contribuyen significativamente al movimiento.
Los músculos del manguito rotador son:
- Supraespinoso
- Infraespinoso
- Teres Menor
- Subescapular
Los tendones de estos músculos se unen para formar el manguito rotador. Los músculos son inseparables a este nivel, excepto el subescapular, que está separado y se une al resto del manguito a través del intervalo de los rotadores.
Supraespinoso
El subespinoso no sólo es un iniciador de la abducción, sino que actúa en todo el rango de abducción del hombro. Tiene igual poder de abducción que el deltoides. Obsérvese que se encuentra en el plano escapular, es decir, a 30 grados del plano coronal (Figura 2).
Infraespinoso &Teres Menor
Estos dos músculos se encuentran por debajo de la columna escapular y son rotadores externos del hombro. El infraespinoso actúa principalmente con el brazo en posición neutra y el Teres Minor es más activo con la rotación externa en 90 grados de abducción.
Subescapular
El subescapular es el principal rotador interno del hombro. Es el músculo más grande &del manguito, proporcionando el 53% de la fuerza total del manguito. El 60% superior de la inserción es tendinosa y el 40% inferior muscular. Es una contención pasiva en neutro, pero no en abducción.
Deltoides
El músculo deltoides es el único elevador del hombro si el supraespinoso está roto y es disfuncional. Por lo tanto, la mayor parte de la rehabilitación se dirige a este músculo. Comprende las porciones anterior-media y posterior que son más activas según la dirección de la elevación del brazo.
Vista anterior del deltoides Vista posterior del deltoides
Diagrama de cuerpo libre para calcular la fuerza del deltoides
En este diagrama, con el brazo totalmente extendido el deltoides tiene que contrarrestar el peso del brazo y un peso de 25kg en la mano de la persona.
1. Momentos que tiran del húmero hacia abajo:
(25 x 9,81) x 0,71 = 174Nm
(5,07 x 9,81) x 0,34 = 16,91Nm
= 174 + 16,91 = 190,91Nm
2. Momentos que pulsa el húmero hacia arriba:
Deltoide(d) x sin10o x 0,088 = 0,01528d Nm
Suponga el equilibrio: momentos arriba = momentos abajo
190.91 = 0,01528d
Tensión del deltoides d = 12 494,11N
Ahora si la persona dobla el codo, reduciendo el momento brazo del peso de 25kg y el brazo la fuerza requerida del deltoides para elevar el brazo se reducirá.
(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. Momentos de impulso del húmero hacia arriba:
Deltoide(d) x sin10o x 0,088 = 0.01528d Nm
Supongamos el equilibrio: momentos arriba = momentos abajo
68,67 = 0,01528d
Tensión del deltoide d = 4 494,1N
Acoplamientos de fuerzas
Una fuerza que actúa sobre un cuerpo tiene dos efectos, uno para moverlo y dos para rotarlo. Sin embargo, un cuerpo puede girar sin moverse. Es decir, una fuerza puede causar sólo rotación sin traslación. Un par de fuerzas es un sistema que ejerce un movimiento resultante, pero no una fuerza resultante. Dos fuerzas iguales y opuestas ejercen una fuerza puramente de rotación. En el hombro, el cuerpo es la cabeza del húmero y las fuerzas iguales pero opuestas son los músculos del manguito de los rotadores.
En un par de fuerzas, la fuerza generada por un músculo (el agonista primario) requiere la activación de un músculo antagonista para que no se produzca una fuerza de dislocación (Nordin & Frankel, 2001).
Los músculos del manguito de los rotadores actúan como un par de fuerzas entre sí y con el deltoides. Los músculos del manguito rotador trabajan juntos para contener la articulación glenohumeral, que es una articulación intrínsecamente inestable. La progresión de una rotura o disfunción del manguito de los rotadores conduce a la subluxación superior de la cabeza del húmero. Esto conduce a la disfunción del hombro.
El manguito de los rotadores estabiliza la articulación glenohumeral mediante pares de fuerzas en los planos coronal y transversal.
Par de fuerzas coronal
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| El deltoides y el supraespinoso contribuyen a la abducción por igual. Cuando el brazo se abduce, la fuerza de reacción articular resultante se dirige hacia la glenoides. Esto «comprime» la cabeza del húmero contra la Glenoides y mejora la estabilidad de la articulación cuando el brazo está abducido y por encima de la cabeza. |
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Acoplamiento de fuerzas en el plano transversal
Durante todo el rango de movimiento la fuerza de reacción articular resultante de la compresión en el plano transversal contribuye a la estabilidad articular. Este es el mecanismo predominante que resiste el desplazamiento de la cabeza humeral superior con las roturas del manguito. Mientras el par de fuerzas entre el subescapular y el infraespinoso se mantenga equilibrado la articulación permanece centrada.
Restricciones estáticas
Además de los estabilizadores dinámicos mencionados anteriormente, existen importantes restricciones secundarias al desplazamiento superior de la cabeza humeral con roturas del manguito.
Arco coraco-acromial
El arco coraco-acromial es la combinación del coracoides, el ligamento coracoacromial y el acromion. Estos forman un arco por encima del manguito rotador y la cabeza humeral.
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Arco coracoacromial (verde) formado por el coracoides, ligamento coracoacromial y acromion |
Cabeza larga del bíceps
La cabeza larga del bíceps pasa por encima de la cabeza humeral curvándose en dos planos formando la forma de un signo de interrogación. Se reconoce que proporciona un pequeño grado de estabilidad a la articulación gleno-humeral. Esto es predominantemente con la abducción y la rotación externa del brazo en el plano escapular.
La polea del bíceps es un estabilizador de la cabeza larga del bíceps en el surco del bíceps. La rotura de esta polea con un desgarro del manguito de los rotadores conduce a la subluxación medial de la cabeza larga del bíceps y a la disfunción.
Patología del manguito de los rotadores
Ultraestructura del manguito
La fusión de los tendones del manguito de los rotadores sugiere que actúan más como una estructura combinada e integradora que como entidades individuales. La microestructura de los tendones del manguito rotador cerca de las inserciones del supraespinoso y el infraespinoso se ha descrito además como una estructura de cinco capas:
- La capa uno está compuesta por las fibras superficiales del coracohumeralligamento.
- La capa dos, que es la porción principal de los tendones del manguito, se ve como fibras tendinosas paralelas estrechamente empaquetadas y agrupadas en grandes haces que se extienden directamente desde los vientres musculares hasta la inserción en el húmero.
- La capa tres es también una estructura tendinosa gruesa, pero con fascias más pequeñas que en la capa dos y una orientación menos uniforme.
- La capa cuatro se compone de tejidos conectivos sueltos con bandas gruesas de fibras de colágeno que discurren perpendiculares a la orientación primaria de las fibras de los tendones del manguito. Esta capa contiene la extensión profunda del ligamento coracohumeral y ha sido descrita de diversas maneras como banda transversal, banda pericapsular o cable rotador. Esta capa puede tener un papel en la distribución de las fuerzas entre las inserciones tendinosas y puede explicar por qué algunos desgarros del manguito rotador son clínicamente asintomáticos.
- La capa cinco es la verdadera capa capsular y forma un cilindro continuo desde la glenoides hasta el húmero. Las fibras de esta capa están, en su mayor parte, orientadas al azar.
La orientación de las fibras también difiere a lo largo del tendón del manguito rotador. Cerca de las uniones musculotendinosas, los tendones se componen principalmente de fibras de colágeno homogéneas paralelas, pero se convierten en haces de fibras planas en forma de cinta que se cruzan en un ángulo de unos 45 grados al llegar a la inserción en el húmero . Debido a las diversas orientaciones de las fibras y a las distintas capas del complejo capsular superior, es probable que existan fuerzas de cizallamiento significativas que pueden desempeñar un papel en los desgarros del manguito. Estas variaciones intratendinosas en la estructura del manguito pueden explicar por qué se producen desgarros intrasustancia. Las fuerzas de cizallamiento se dirigen probablemente a la cuarta capa, que es el lugar donde se producen los desgarros intratendinosos del manguito. Estos tienden a ser desgarros degenerados del manguito.
Colágeno
La sustancia media del supraespinosatustendón está compuesta principalmente por colágeno de tipo I, con cantidades relativamente pequeñas de colágeno de tipo III, decorina y biglicano. La porción de fibrocartílago de la inserción tiene un contenido de colágeno y proteoglicanos similar al de los tejidos que han sido sometidos a cargas de compresión. Esto se debe en parte a la envoltura del tendón alrededor del húmero. Por lo tanto, contiene principalmente colágeno de tipo II y proteoglicanos de mayor tamaño, como el agrecano. Sin embargo, la organización histológica no se parece al fibrocartílago maduro. En la tendinopatía del manguito de los rotadores, se ha observado un aumento del colágeno de tipo III, una proteína que desempeña un papel en la cicatrización y la reparación, y del contenido de glicosaminoglicanos y proteoglicanos. Estos cambios en la composición pueden ser adaptativos, patológicos o ambos, y se encuentran alterados en la población de edad avanzada.
Además, estudios recientes han demostrado un aumento de los niveles de actina del músculo liso (SMA) en los desgarros del manguito rotador. Se ha demostrado que las células positivas a la SMA contraen un análogo del colágeno-glicosaminoglicano in vitro. Las células que contienen SMA en los desgarros del manguito rotador pueden reaccionar con los altos niveles de GAG y proteoglicanos, lo que da lugar a la retracción del manguito rotador roto y a la inhibición de la curación potencial.
Vascularidad
La principal irrigación arterial del manguito de los rotadores procede de la rama ascendente de la arteria circunfleja humeral anterior, la rama acromial de la arteria toracoacromial, así como las arterias circunfleja supraescapular y humeral posterior.
Se ha considerado que la patogénesis de los desgarros del manguito rotador está influida por el suministro microvascular de los tendones del manguito rotador. La mayoría de los estudios en cadáveres han demostrado la existencia de un área hipovascular dentro de la zona crítica del supraespinatustendón. Se ha sugerido que esta zona de hipovascularización tiene un papel importante en la degeneración por desgaste del tendón que envejece. Estudios más recientes del suministro microvascular al tendón del supraespinoso en pacientes sintomáticos con síndrome de pinzamiento sugieren que en la zona de mayor pinzamiento, es decir, la zona crítica (8 mm proximal a la inserción del tendón del supraespinoso), existe realmente hipervascularidad. En contraste con las investigaciones en cadáveres, estos estudios parecen implicar que la hipervascularización o neovascularización se asocia con la enfermedad sintomática del manguito rotador secundaria al pinzamiento mecánico.
El análisis in vivo mediante imágenes espectrales de polarización ortogonal ha demostrado que existe una buena vascularización del supraespinoso, incluso en la zona crítica en los manguitos rotadores intactos .
A – capilares dentro del tendón del supraespinoso normal. B – ausencia de capilares en los bordes de un desgarro del manguito supraespinoso.
Etiología de los desgarros del manguito
Hay dos teorías principales sobre la causa de los desgarros del manguito rotador:
- Extrínseca – debida a la compresión y el pinzamiento del manguito rotador desde el exterior. Por ejemplo, en el lado de la bursa subacromial a causa de los espolones acromiales y el ligamento coracoacromial (pinzamiento subacromial); y en el lado articular por el atrapamiento del tendón entre la glenoide y el húmero en abducción extrema y rotación externa (pinzamiento interno)
- Intrínseco: desarrollo de desgarros debido a las propiedades cambiantes del propio manguito de los rotadores.
Exploraremos algunas de las razones biomecánicas para el desarrollo de desgarros del manguito, más que las diferencias entre las causas extrínsecas e intrínsecas.
Distensión
Distensión creciente en el supraespinoso hasta 60 grados de abducción mediante RMN.
No hay diferencia en la tensión entre el lado bursal &articular del tendón.
Concentración de la tensión
Usando el modelado de elementos finitos del manguito rotador se estudiaron las concentraciones de tensión en diferentes grados de pinzamiento subacromial. Las concentraciones de tensión fueron mayores en la zona crítica del manguito, con desgarros que se potencian en el lado articular, en el lado bursal y en el intratendinoso. Los desgarros del lado articular eran ligeramente más frecuentes.
Picadura extrínseca subacromial
Neer creía originalmente que los desgarros del manguito rotador surgían de un proceso mecánico secundario al desgaste progresivo. Encontró la cara anterior del acromion implicada con o sin osteofitos de la articulación AC
Se ha encontrado que la morfología del acromion anterior se correlaciona con las roturas del manguito. Un estudio cadavérico de 140 hombros que el 73% de los desgarros del manguito rotador encontrados fueron en acromiones de tipo 3 en gancho . Esto también ha sido confirmado por estudios clínicos recientes en los que se encontró que la morfología acromial es un factor predictivo de las roturas del manguito.
Clasificación de Bigliani de la morfología acromial. El tipo 3 se asoció con mayor frecuencia a las roturas del manguito de los rotadores
Picadura interna
La tríada de laxitud capsular anterior, contracción posterior y picadura interna se describió originalmente en atletas con sobrecarga . El pinzamiento interno se produce cuando el manguito se pellizca entre la cabeza del húmero y el lóbulo posterosuperior durante la abducción extrema y la rotación externa. Esto roza y desgasta la superficie articular del manguito, lo que conduce progresivamente a la rotura del manguito.
Degeneración del tendón
El manguito rotador parece degenerarse con la edad. En los estudios de resonancia magnética (MRI) los desgarros del manguito estaban presentes en el 54% de las personas asintomáticas mayores de 60 años . Sin embargo, la RMN sólo tiene una precisión del 75-90% en el diagnóstico de las roturas del manguito rotador de espesor completo . Es necesario realizar más trabajos sobre los cambios relacionados con la edad del manguito rotador, pero el manguito que envejece es probablemente más propenso a los mecanismos extrínsecos e intrínsecos.