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Biomecânica do manguito rotador

Lennard Funk
Para MSc Orthopaedic Engineering, 2005

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O objetivo desta apresentação é discutir a literatura atual e opiniões sobre a biomecânica do manguito rotador e relacionar isso com a relevância clínica nas rupturas do manguito rotador. Pretendo cobrir:

1. Mecânica do manguito rotador
2. Anatomia do tendão – camadas, microanatomia, fornecimento de sangue
3. Pathomechanics of cuff tears

Músculos do manguito rotador

O complexo do ombro compreende 30 músculos. Estes músculos tanto movem o ombro como o estabilizam – ‘movers’ e ‘shakers’. Os músculos do manguito rotador estabilizam predominantemente a articulação glenoumeral, mas também contribuem significativamente para o movimento.

Os músculos do manguito rotador são:

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

Os tendões destes músculos coalescem para formar o manguito rotador. Os músculos são inseparáveis a este nível, excepto para subescapularis que é separado e unido ao resto do manguito através do intervalo rotador.

Supraspinatus

Supraspinatus não é apenas um iniciador de abdução, mas actua em todo o intervalo de abdução do ombro. Tem o mesmo poder de abdução que o deltóide. Note que ele está no plano escapular – ou seja, 30 graus para o plano coronal (Figura 2).

Infraspinatus & Teres Minor

Estes dois músculos estão abaixo da coluna escapular e são rotadores externos do ombro. Infraspinatus age principalmente com o braço em neutro e Teres Minor é mais ativo com rotação externa em 90 graus de abdução.

Subscapularis

Subscapularis é o principal rotador interno do ombro. É o maior & músculo mais forte do manguito, fornecendo 53% da força total do manguito. O músculo superior 60% da inserção é tendinoso e o inferior 40% do músculo. É uma contenção passiva em neutro, mas não em abdução.

Deltóide

O músculo deltóide é o único elevador do ombro se o supraespinal estiver rasgado e disfuncional. Portanto, a maioria da reabilitação é dirigida a este músculo. Ele compreende as porções anteriormida e posterior que são mais activas dependendo da direcção da elevação do braço.

Anterior do deltóide Vista posterior do deltóide

Diagrama do corpo livre para cálculo da força do deltóide

Neste diagrama, com o braço totalmente estendido o deltóide tem que contrabalançar o peso do braço e um peso de 25kg na mão da pessoa.

1. Momentos a puxar o úmero para baixo:

(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 puxando o úmero para cima:

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

Assumir equilíbrio: momentos acima = momentos abaixo

190.91 = 0.01528d

Tensão deltóide d = 12 494.11N

Agora se a pessoa dobrar o cotovelo, reduzindo o braço do momento dos 25kg de peso e armar a força necessária do deltóide para elevar o braço será reduzida.

(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 puxando o úmero para cima:

Deltoid(d) x sin10o x 0,088 = 0.01528d Nm

Assumir equilíbrio: momentos acima = momentos abaixo

68,67 = 0,01528d

Tensão deltóide d = 4 494,1N

Pares de força

Uma força agindo sobre um corpo tem dois efeitos, um para movê-lo e dois para girá-lo. No entanto, um corpo pode rodar sem se mover. Ou seja, uma força só pode causar rotação com a translação para fora. Um casal de forças é um sistema que exerce um movimento resultante, mas não uma força resultante. Duas forças iguais e opostas exercem uma força de rotação pura e simples. No ombro o corpo é a cabeça umeral e as forças iguais mas opostas são os músculos do manguito rotador.

Num casal de forças, a força gerada por um músculo (o agonista primário) requer a activação de um músculo antagonista para que não resulte uma força de deslocação (Nordin & Frankel, 2001).

Os músculos do manguito rotador actuam como um casal de forças um com o outro e o deltóide. Os músculos do manguito rotador trabalham em conjunto para conter a articulação glenumeral, que é uma articulação inerentemente instável. A progressão de um rompimento ou disfunção do manguito rotador leva a uma superiorsubluxação da cabeça umeral. Isto leva à disfunção do ombro.

O manguito rotador estabiliza a articulação glenoumeral através de casais de força nos planos coronal e transversal.

Casal de força coronal

Deltoide e supraspinatus ambos contribuem igualmente para a abdução. Asso que o braço é raptado, a força de reacção articular resultante é direccionada para a Glenoide. Isto “comprime” a cabeça umeral contra a Glenoide e melhora a estabilidade da articulação quando o braço é abduzido e sobrecarregado.

Acoplamento de força transversal do plano

Através do intervalo de movimento a força de reacção resultante da compressão da articulação no plano transversal contribui para a estabilidade da articulação. Este é o mecanismo predominante que resiste ao deslocamento superior da cabeçaumeral com rasgos no manguito. Enquanto o par de forças entre o subescapularis e o Infraspinatus permanecer equilibrado, a articulação permanece centrada.

Contenções estáticas

Além dos estabilizadores dinâmicos acima mencionados, existem importantes restrições secundárias ao deslocamento superior da cabeça umeral com rasgos no manguito.

Arco coraco-acromial

O arco coraco-acromial é a combinação do coracóide, ligamento coraco-acromial e acrômio. Estes formam um arco acima do manguito rotador e da cabeça umeral.

Arco coraco-acromial (verde) formado pelo coracóide, ligamento coracoacromial e acrômio

Cabeça longa do Bíceps

A cabeça longa do bíceps passa sobre a cabeça umeral curvada em dois planos formando a forma de um ponto de interrogação. É reconhecido como proporcionando um pequeno grau de estabilidade à articulação gleno-umeral. Esta é predominantemente com abdução e rotação externa do braço no plano escapular .

A polia do bíceps é um estabilizador da cabeça longa do bíceps na ranhura do bíceps. A ruptura desta polia com uma ruptura do manguito rotador leva a subluxação medial da cabeça longa do bíceps e disfunção.

Anatomia patogênica do manguito rotador

A ultraestrutura do manguito rotador

A fusão dos tendões do manguito rotador sugere que eles atuam mais como uma estrutura combinada e integradora do que como entidades únicas. A microestrutura dos tendões do manguito rotator perto das inserções do supraespinal e infraespinal tem sido descrita como uma estrutura de cinco camadas:

• A camada um é composta pelas fibras superficiais do coracohumeraligamento.
• A camada dois, que é a porção principal dos tendões do manguito, é vista como fibras de tendões paralelos agrupados em grandes feixes que se estendem diretamente da barriga do músculo até a inserção no úmero.
• A camada três também é uma estrutura tendinosa espessa mas com fascículos menores que na camada dois e uma orientação menos uniforme.
• A camada quatro é composta de tecidos conjuntivos soltos com bandas espessas de fibras de colágeno correndo perpendicularmente à orientação das fibras primárias dos tendões do manguito. Esta camada contém a extensão profunda do ligamento coracohumeral e tem sido descrita de várias maneiras como uma banda transversal, uma banda pericapsular, ou um cabo rotador. Esta camada pode ter um papel na distribuição das forças entre as inserções tendíneas e pode explicar porque algumas rupturas do manguito rotador são clinicamente assintomáticas.
• A camada cinco é a verdadeira camada capsular e forma um cilindro contínuo desde a glenóide até ao úmero. As fibras desta camada são, na sua maioria, orientadas aleatoriamente.

A orientação das fibras também difere ao longo do comprimento do tendão do manguito rotador. Perto das junções musculotendinosas, os tendões são compostos principalmente de fibras de colagénio homogéneas paralelas, mas tornam-se feixes de fibras em forma de fita plana que se cruzam a um ângulo de cerca de 45 graus à medida que atingem a inserção no úmero . Devido às várias orientações das fibras e camadas distintas dentro do complexo superior-capsular, é provável que existam forças de cisalhamento significativas e que possam ter um papel nos rasgos do manguito. Estas variações intratendinosas na estrutura do manguito podem explicar porque ocorrem os rasgos de intrasubstancia. As forças de cisalhamento são provavelmente dirigidas à camada quatro, que é o local de desenvolvimento dos rasgões intratendinosos do manguito. Estas tendem a ser lágrimas degeneradas do manguito.

Colágeno

A substância média do supraspinatustão é composta principalmente de colágeno tipo I, com quantidades relativamente pequenas de colágeno tipo III, decorin, e biglylycan. A porção de fibrocartilagem da inserção tem um conteúdo de colágeno e proteoglicanos semelhante ao dos tecidos que foram submetidos a cargas compressivas. Isto deve-se em parte ao envoltório do tendão em torno do úmero. Portanto, contém principalmente colágeno tipo II e proteoglicanos maiores, como o agregado. A organização histológica, no entanto, não se assemelha a uma fibrocartilagem madura. Na tendinopatia do manguito rotador, observou-se um aumento na tendinopatia do colágeno tipo III, uma proteína que desempenha um papel na cura e reparação, e o conteúdo de glicosaminoglicanos e proteoglicanos. Estas alterações composicionais podem ser adaptativas, patológicas, ou ambas, e são encontradas alteradas na população idosa.

Outras vezes, estudos recentes mostraram níveis aumentados de actina muscular lisa (AME) em punhos rotadores rasgados. As células SMA-positivas mostraram contrair um análogo in vitro de colagénio-glicosaminoglicano. Células contendo AMS em roturas do manguito rotador podem reagir com os altos níveis de GAG e proteoglicano resultando em retração do manguito rotador rompido e inibição de potencial cicatrização.

Vascularidade

O principal suprimento arterial do manguito rotador é derivado do ramo ascendente da artéria circunflexa umeral anterior, do ramo acromial da artéria toracoacromial, bem como das artérias circunflexa suprascapular e umeral posterior.

A patogênese das lesões do manguito rotador tem sido considerada influenciada pelo suprimento microvascular dos tendões do manguito rotador. A maioria dos estudos com cadáveres demonstrou uma área hipovascular dentro da zona crítica do supraspinatustendão. Tem sido sugerido que esta área de hipovascularidade tem um papel significativo na degeneração atrítica do tendão envelhecido. Estudos mais recentes sobre o suprimento microvascular ao tendão supraespinhoso em pacientes sintomáticos com síndrome do impacto sugerem que na área de maior impacto, ou seja, na zona crítica (8mm proximal à inserção do tendão supraespinhoso), existe na verdade uma hipervascularidade. Em contraste com as investigações com cadáveres, estes estudos parecem implicar que a hipervascularidade ou neovascularização está associada à doença do manguito rotador sintomático secundário ao impacto mecânico.

Análise in vivo por imagem espectral de polarização ortogonal demonstrou que há boa vascularização do supraespinal, mesmo na zona crítica em manguitos rotadores intactos.

A – capilares dentro do tendão do supraespinhoso normal. B – ausência de capilares nos bordos de um corte do manguito supraespinhoso.

Aetiologia do corte do manguito

Existem duas teorias principais para a causa do corte do manguito rotador:

1. Extrínseco – devido à compressão e impacto do manguito rotador do lado de fora. Como no lado subacromial bursal dos esporões acromial e do coracoacromialigamento (impacto subacromial); e no lado articular do aprisionamento do tendão entre o glenoide e o úmero em abdução extrema e rotação externa (impacto interno)
2. Intrínseco – desenvolvimento de rasgões devido à alteração das propriedades do próprio manguito rotador.

Vamos explorar algumas das razões biomecânicas para o desenvolvimento de rasgões do manguito, em vez das diferenças entre causas extrínsecas e intrínsecas.

Tensão

Aumento da tensão no supraspinato até 60 graus de abdução por ressonância magnética.

Não há diferença na deformação entre bursal & lado articular do tendão .

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Concentração de tensão

Usando modelagem de elementos finitos do manguito rotador as concentrações de tensão foram estudos em vários graus de impacto subacromial. As concentrações de tensão foram mais elevadas na zona crítica do manguito, com lágrimas a potenciarem-se no lado articular, lado bursal e intratendinoso. Os rasgões do lado articular eram ligeiramente mais comuns .

Impacto Extrínseco Subacromial

Neer originalmente acreditava que os rasgões do manguito rotador surgiram de um processo mecânico secundário ao desgaste progressivo. Ele encontrou o aspectoanterior do acrômio envolvido com ou sem osteófitos da articulação CA

A morfologia do acrômio anterior foi encontrada para correlacionar com os rasgos do manguito. Um estudo cadavérico de 140 ombros em que 73% das lágrimas do manguito rotador encontradas estavam em acrômio tipo 3 viciado. Isto também foi confirmado por estudos clínicos recentes onde a morfologia do acrômio foi encontrada como preditor de lágrimas do manguito .

Bigliani classificação da morfologia do acrômio. O tipo 3 foi mais comumente associado com rasgos do manguito rotador

Impacto Interno

A tríade de frouxidão capsular anterior, contração posterior e impacto interno foi originalmente descrita em atletas aéreos. O impacto interno ocorre quando o punho é apertado entre a cabeça umeral e o labrum póstero-superior durante a abdução extrema e rotação externa. Este arranhões e abrasão da superfície articular do manguito, levando progressivamente a rasgos no manguito.

Degeneração tendinosa

O manguito rotador parece degenerar com a idade. Em estudos de ressonância magnética (RM), as lacerações do manguito estavam presentes em 54% das pessoas assintomáticas com mais de 60 anos de idade. Contudo, a ressonância magnética é apenas 75-90% precisa no diagnóstico de rasgos no manguito rotador de espessura total. É necessário trabalhar mais nas alterações relacionadas com a idade do manguito rotador, mas o envelhecimento do manguito é provavelmente mais propenso aos mecanismos extrínsecos e intrínsecos.