show menu

Bimecanica manșei rotatorilor

Lennard Funk
Pentru MSc Orthopaedic Engineering, 2005

Download PDF

Scopul acestei prezentări este de a discuta literatura de specialitate și opiniile actuale privind biomecanica manșei rotatorilor și de a le corela cu relevanța clinică a rupturilor manșei rotatorilor. Intenționez să abordez:

1. Mecanica manșei
2. Anatomia tendonului – straturi, microanatomie, alimentarea cu sânge
3. Patomecanica rupturilor de manșetă

Musculatura manșei rotatorilor

Complexul umărului cuprinde 30 de mușchi. Acești mușchi atât mișcă umărul, cât și îl stabilizează – „mișcători” și „agitatori”. Mușchii coafei rotatorilor stabilizează predominant articulația glenohumerală, dar contribuie, de asemenea, în mod semnificativ la mișcare.

Mușchii coafei rotatorilor sunt:

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

Tendonii acestor mușchi se unesc pentru a forma coafa rotatorilor. Mușchii sunt inseparabili la acest nivel, cu excepția subscapularului care este separat și se unește cu restul manșetei prin intermediul intervalului rotatorilor.

Supraspinosul

Supraspinosul nu este doar un inițiator al abducției, ci acționează în toată gama de abducție a umărului. Are o putere de abducție egală cu cea a deltoidului. Rețineți că se află în planul scapular – adică la 30 de grade față de planul coronal (figura 2).

Infraspinatus & Teres Minor

Cei doi mușchi se află sub coloana scapulară și sunt rotatori externi ai umărului. Infraspinatus acționează în principal cu brațul în poziție neutră, iar Teres Minor este mai activ cu rotația externă la 90 de grade de abducție.

Subscapularis

Subscapularis este principalul rotator intern al umărului. Este cel mai mare & cel mai puternic mușchi al manșetei, asigurând 53% din forța totală a manșetei. Inserția superioară de 60% este tendinoasă, iar cea inferioară de 40% musculară. Este o reținere pasivă în poziție neutră, dar nu și în abducție.

Deltoidul

Muschiul deltoid este singurul elevator al umărului dacă supraspinosul este rupt și disfuncțional. Prin urmare, cea mai mare parte a reabilitării este îndreptată către acest mușchi. Acesta cuprinde porțiuni anterioaremediane și posterioare care sunt mai active în funcție de direcția de ridicare a brațului.

Vedere anterioară a deltoidului Vedere posterioară a deltoidului

Diagramă de corp liber pentru calcularea forței deltoidului

În această diagramă, cu brațul complet întins, deltoidul trebuie să contracareze greutatea brațului și o greutate de 25 kg în mâna persoanei.

1. Momente care trag humerusul în jos:

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

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

= 174 + 16,91 = 190,91Nm

2. Momentele care trag humerusul în sus:

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

Să presupunem echilibru: momente în sus = momente în jos

190.91 = 0,01528d

Tensiunea deltoidului d = 12 494,11N

Acum, dacă persoana își îndoaie cotul, reducând brațul de moment al greutății de 25 kg și brațul, forța necesară deltoidului pentru a ridica brațul va fi redusă.

(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. Momentele de tracțiune a humerusului în sus:

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

Să presupunem echilibru: Momente în sus = momente în jos

68,67 = 0,01528d

Tensionarea deltoidului d = 4 494,1N

Cuple de forțe

O forță care acționează asupra unui corp are două efecte, unul de deplasare a acestuia și două de rotație. Cu toate acestea, un corp se poate roti fără a se mișca. Adică o forță poate provoca numai rotație fără translație. Un cuplu de forțe este un sistem care exercită o mișcare rezultantă, dar nu și o forță rezultantă. Două forțe egale și opuse exercită o forță de rotație pură. În cazul umărului, corpul este capul humeral, iar forțele egale dar opuse sunt mușchii manșetei rotatorilor.

Într-un cuplu de forțe, forța generată de un mușchi (agonistul primar) necesită activarea unui mușchi antagonist, astfel încât să nu rezulte o forță de dislocare (Nordin & Frankel, 2001).

Mușchii manșetei rotatorilor acționează ca un cuplu de forțe unul cu celălalt și cu deltoidul. Mușchii coafei rotatorilor lucrează împreună pentru a conține articulația glenohumerală, care este o articulație inerent instabilă. Progresia unei rupturi sau a unei disfuncții a manșetei rotatorilor duce la o suprasubluxare a capului humeral. Acest lucru duce la disfuncții ale umărului.

Cufa rotatorilor stabilizează articulația glenohumerală prin cupluri de forțe atât în planul coronal, cât și în cel transversal.

Copla de forțe coronale

Deltoidul și supraspinosul contribuie amândoi la abducție în mod egal. Cum brațul este abductor, forța de reacție articulară rezultată este îndreptată spre glenoid. Acest lucru „comprimă” capul humeral împotriva glenoidei și îmbunătățește stabilitatea articulației atunci când brațul este în abducție și deasupra capului.

Cuplaj de forțe în planul transversal

În toată gama de mișcare, forța de reacție articulară rezultantă compresivă în planul transversal contribuie la stabilitatea articulației. Acesta este mecanismul predominant care rezistă la deplasarea capului humeral superior în cazul rupturilor de manșetă. Atâta timp cât cuplul de forțe dintre subscapularis și Infraspinatus rămâne echilibrat, articulația rămâne centrată.

Restricții statice

În plus față de stabilizatorii dinamici menționați mai sus, există restricții secundare importante la deplasarea superioară a capului humeral cu rupturi de manșetă.

Arcul coraco-acromial

Arcul coraco-acromial este combinația dintre coracoidă, ligamentul coracoacromial și acromion. Acestea formează un arc deasupra manșei rotatorilor și a capului humeral.

Arcul coraco-acromial (verde) format de coracoid, ligamentul coracoacromial și acromionul

Capul lung al bicepsului

Capul lung al bicepsului trece peste capul humeral curbându-se în două planuri formând forma unui semn de întrebare. Este recunoscut ca asigurând un mic grad de stabilitate a articulației gleno-humerale. Acest lucru este predominant în cazul abducției și rotației externe a brațului în planul scapular.

Poleea bicepsului este un stabilizator al capului lung al bicepsului în șanțul bicepsului. Ruptura acestei scripeți cu o ruptură a manșetei rotatorilor duce la subluxația medială a capului lung al bicepsului și la disfuncție.

Pato-anatomia manșetei rotatorilor

Ultrastructura manșetei

Fuzarea tendoanelor manșetei rotatorilor sugerează că acestea acționează mai mult ca o structură combinată și integratoare decât ca entități individuale. Microstructura tendoanelor manșonului rotatorilor în apropierea inserțiilor supra și infraspinosului a fost descrisă în continuare ca o structură în cinci straturi:

• Stratul unu este compus din fibrele superficiale ale coracohumeralligamentului.
• Stratul doi, care este porțiunea principală a tendoanelor manșetei, este văzut ca fibrele tendinoase paralele strâns împachetate și grupate în mănunchiuri mari care se extind direct de la pântecele mușchiului până la inserția pe humerus.
• Stratul trei este, de asemenea, o structură tendinoasă groasă, dar cu fascii mai mici decât în stratul doi și cu o orientare mai puțin uniformă.
• Stratul patru este compus din țesuturi conjunctive laxe, cu benzi groase de fibre de colagen care se întind perpendicular pe orientarea principală a fibrelor din tendoanele manșetei. Acest strat conține extensia profundă a ligamentului coraco- humeral și a fost descris în diverse moduri ca o bandă transversală, o bandă pericapsulară sau un cablu rotator. Acest strat poate avea un rol în distribuția forțelor între inserțiile tendinoase și poate explica de ce unele rupturi ale manșetei rotatorilor sunt asimptomatice din punct de vedere clinic.
• Stratul cinci este adevăratul strat capsular și formează un cilindru continuu de la glenoidă la humerus. Fibrele din acest strat sunt, în cea mai mare parte, orientate aleatoriu.

Orientarea fibrelor diferă, de asemenea, pe lungimea tendonului manșonului rotatorilor. În apropierea joncțiunilor musculo-tendinoase, tendoanele sunt compuse în principal din fibre de colagen omogene și paralele, dar devin mănunchiuri de fibre plate în formă de panglică care se încrucișează la un unghi de aproximativ 45 de grade pe măsură ce ajung la inserția în humerus . Din cauza diverselor orientări ale fibrelor și a straturilor distincte din cadrul complexului superior-capsular, este probabil să existe forțe de forfecare semnificative care pot avea un rol în rupturile de manșetă. Aceste variații intratendinoase în structura manșetei pot explica de ce apar rupturile intrasubstanțiale. Forțele de forfecare sunt probabil direcționate către stratul patru, care este locul de dezvoltare a rupturilor intratendinoase ale manșetei. Acestea tind să fie rupturi degenerate ale manșetei.

Colagen

Substanța mijlocie a supraspinatustendonului este compusă în principal din colagen de tip I, cu cantități relativ mici de colagen de tip III, decorină și biglican. Porțiunea de fibrocartilaj a inserției are un conținut de colagen și proteoglican similar cu cel al țesuturilor care au fost supuse la sarcini de compresiune. Acest lucru se datorează parțial înfășurării tendonului în jurul humerusului. Prin urmare, aceasta conține în principal colagen de tip II și proteoglicani mai mari, cum ar fi aggrecanul. Cu toate acestea, organizarea histologică nu seamănă cu fibrocartilajul matur. În tendinopatia manșetei rotatorilor, s-a observat o creștere a colagenului de tip III, o proteină care joacă un rol în vindecare și reparare, precum și a conținutului de glicozaminoglicani și proteoglicani. Aceste modificări de compoziție pot fi adaptative, patologice sau ambele și se constată că sunt alterate la populația în vârstă.

În plus, studii recente au arătat niveluri crescute de actină musculară netedă (SMA) în rupturile de manșetă a rotorilor. S-a demonstrat că celulele SMA-pozitive contractă un analog de colagen-glicozaminoglican in vitro. Celulele care conțin SMA în rupturile de manșetă a rotorilor pot reacționa cu nivelurile ridicate de GAG și proteoglican, ceea ce duce la retractarea manșei rotatorilor rupte și la inhibarea vindecării potențiale.

Vascularitate

Alimentația arterială majoră a manșetei rotatorilor provine de la ramura ascendentă a arterei circumflexe humerale anterioare, de la ramura acromială a arterei toracoacromiale, precum și de la arterele circumflexe suprascapulare și humerale posterioare.

Patogeneza rupturilor de manșetă a rotatorilor a fost considerată a fi influențată de alimentarea microvasculară a tendoanelor manșei rotatorilor. Majoritatea studiilor pe cadavre au demonstrat o zonă hipovasculară în zona critică a supraspinatustendonului. S-a sugerat că această zonă de hipovascularitate are un rol semnificativ în degenerarea prin uzură a tendonului îmbătrânit. Studii mai recente privind alimentarea microvasculară a tendonului supraspinos la pacienții simptomatici cu sindrom de impingement sugerează că în zona de impingement cel mai mare, adică zona critică (8 mm proximal față de inserția tendonului supraspinos), există de fapt o hipervascularitate. Spre deosebire de investigațiile pe cadavre, aceste studii par să implice faptul că hipervascularizația sau neovascularizația este asociată cu boala simptomatică a manșetei rotatorilor secundară impingementului mecanic.

Analizele in vivo cu ajutorul imagisticii spectrale cu polarizare ortogonală au demonstrat că există o bună vascularizație a supraspinosului, chiar și în zona critică la manșetele rotatorilor intacte .

A – capilare în cadrul tendonului supraspinos normal. B – capilare absente în marginile unei rupturi de manșetă supraspinos.

Aetiologia rupturilor de manșetă

Există două teorii principale pentru cauza rupturilor de manșetă a rotatorilor:

2. Extrinsecă – datorată compresiei și impingementului manșei rotatorilor din exterior. Cum ar fi pe partea bursală subacromială din cauza pintenilor acromiali și a coracoacromialligamentului (impingement subacromial); și pe partea articulară din cauza capturării tendonuluiîntre glenoid și humerus în abducție extremă și rotație externă (impingement intern)
4. Intrinsecă – dezvoltarea rupturilor din cauza modificării proprietăților manșetei rotatorilor în sine.

Vom explora unele dintre motivele biomecanice pentru dezvoltarea rupturilor de manșetă, mai degrabă decât diferențele dintre cauzele extrinseci și intrinseci.

Strain

Creșterea tensiunii în supraspinos până la 60 de grade de abducție cu ajutorul RMN.

Nici o diferență de tensiune între partea bursală & articulară a tendonului .

Concentrație de tensiune

Utilizând modelarea cu elemente finite a manșonului rotatorilor s-au studiat concentrațiile de tensiune în diferite grade de impingement subacromial. Concentrațiile de stres au fost cele mai mari în zona critică a manșetei, cu rupturi care se potențează pe partea articulară, pe partea bursală și intratendinoasă. Lacrimile de pe partea articulară au fost ușor mai frecvente .

Impingerea subacromială extrinsecă

Neer a crezut inițial că rupturile de manșetă a rotatorilor au apărut din cauza unui proces mecanic secundar uzurii progresive. El a găsit aspectulanterior al acromionului implicat cu sau fără osteofite de la articulația AC

S-a constatat că morfologia acromionului anterior se corelează cu rupturile de manșetă. Un studiu cadaveric pe 140 de umeri care a arătat că 73% din rupturile de manșetă a rotatorilor găsite au fost în acromionul cu cârlige de tip 3 . Acest lucru a fost confirmat și de studii clinice recente în care s-a constatat că morfologia acromionului este un factor predictiv pentru rupturile de manșetă .

Clasificarea lui Bigliani a morfologiei acromionului. Tipul 3 a fost mai frecvent asociat cu rupturile de manșetă a rotorilor

Împingerea internă

Triada de laxitate capsulară anterioară, contracție posterioară și impingement intern a fost descrisă inițial la sportivii cu capul în sus . Impingementul intern apare atunci când manșeta este prinsă între capul humeral și labrumul postero-superior în timpul abducției extreme și rotației externe. Acest lucru zgârie și abradează suprafața articulară a manșetei conducând progresiv la rupturi ale manșetei.

Degenerarea tendonului

Manșonul rotatorilor pare să degenereze odată cu vârsta. La studiile prin rezonanță magnetică (IRM), rupturile de manșetă au fost prezente la 54% din persoanele asimptomatice cu vârsta de peste 60 de ani . Cu toate acestea, IRM este doar 75-90% precisă în diagnosticarea rupturilor de grosime completă a manșetei rotatorilor. Trebuie să se lucreze mai mult asupra modificărilor legate de vârstă ale manșetei rotatorilor, dar manșonul îmbătrânit este probabil mai predispus la mecanismele extrinseci și intrinseci.

.