Биомеханика плечевого сустава

Введение

Область плеча печально известна как одна из самых сложных областей тела для оценки и реабилитации. Из-за множества суставов, задействованных в движении плеча, целесообразно говорить о плече как о сложной системе. Для эффективной реабилитации травмы плеча в клинической практике важно иметь функциональные знания о биомеханике плечевого комплекса.

Мышцы плеча работают в команде, создавая скоординированное движение. Слабость любой мышцы изменяет нормальную кинетическую цепь сустава.

Остеология

Ключица: ключица — длинная кость, имеет выпуклую медиальную две трети и вогнутую латеральную одну треть. медиальная две трети крепятся к мышце pectoralis major. в анатомической позиции ключица отклоняется на 20 градусов к фронтальной плоскости. закругленный медиальный грудинный конец суставляется с грудиной, образуя грудино-ключичный сустав, тогда как другой плоский конец суставляется с акромионом, формируя акромиоклавикулярный сустав.

на нижнелатеральной поверхности находится реберная бугристость — место прикрепления реберно-ключичной связки.

Грудина: грудина состоит из рукоятки, где прикрепляется SC сустав, тела, к которому прикрепляются ребра, и мечевидного отростка.

Лопатка: лопатка имеет треугольную форму, три края — верхний, медиальный и латеральный, три угла — нижний, верхний и латеральный, и три поверхности. Лопатка отклоняется примерно на 35 градусов вперед к фронтальной плоскости. вогнутая гленоидальная впадина сочетается с выпуклой головкой плечевой кости, образуя плечевой сустав.

Анатомия и Биомеханика

Плечевой комплекс включает 3 физиологических сустава и один плавающий сустав:  

1. Плечевой (GH) сустав, 
2. Акромиоклавикулярный (AC) сустав
3. Грудино-ключичный (SC) сустав
4. Лопаточно-грудной (ST) сустав - известен как «функциональный сустав». не является настоящим суставом 

Вы также можете учитывать влияние грудино-реберных, позвоночно-реберных и грудинно-рукояточных суставов при рассмотрении движений, включающих плечевой комплекс.

SC сустав — это единственное костное место прикрепления верхней конечности к осевому скелету. ST сустав включает скользящее движение лопатки вдоль грудной клетки во время движения верхней конечности и не включает прямое костное соединение. GH сустав особенно интересен при понимании механизма травм плеча, потому что он предрасположен к нестабильности.^[1][2]

GH сустав представляет собой шаровидный синовиальный сустав, где головка плечевой кости (выпуклая поверхность) сочетается с гленоидальной впадиной (вогнутая поверхность) лопатки. Из-за относительно большой площади поверхности головки плечевой кости по отношению к впадине, сустав сам по себе имеет ограниченную костную конгруэнтность и, следовательно, в значительной степени зависит от окружающих мягких тканей для структурной поддержки.

Более того, оценивается, что только 25% головки плечевой кости контактирует с гленоидальной впадиной в любое время во время движений.^[3] Окружающие пассивные структуры (губа, суставная капсула и связки) и активные структуры (мышцы и связанные с ними сухожилия) работают совместно в здоровом плече для поддержания динамической стабильности во время движений.

Область, чаще всего участвующая в случаях боли в плече, — это подакромиальное пространство, которое включает теоретическое пространство между коракоакромиальной аркой и головкой плечевой кости.^[4][5] Более конкретно, подакромиальный канал находится под акромионом, коракоидным отростком, AC суставом и коракоакромиальной связкой.^[6][7] Пространство само по себе включает бурсу, которая обеспечивает смазку для вращательной манжеты (RC) сухожилий, место вкалывания длинной головки сухожилия бицепса и сами сухожилия вращательной манжеты (RC).^[4][6][7]

Для более подробной анатомии посетите Анатомия плеча

Гленогумеральный (GH) сустав

Остеокинематика

• Сгибание / разгибание
• Отведение / приведение
• Медиальная / латеральная ротация

Артрокинематика

• Вращение (чистое сгибание и разгибание)
• Нижнее скольжение (отведение)
• Верхнее скольжение (приведение)
• Заднее скольжение (медиальная ротация)
• Переднее скольжение (латеральная ротация) 

Естественная артрокинематика GH сустава плечевого комплекса во время движений в открытой кинематической цепи поддерживает различные направленные скольжения головки плечевой кости в пределах гленоидальной ямки.^[8][9]

Дель Масо и коллеги подсчитали, что максимум 7,5 мм вверх_TRANSLATION головы плечевой кости может происходить в процессе движений в диапазоне движений,^[9] что является не незначительным перемещением для большой костной структуры в ограниченном пространстве во время динамического задания. Успешная координированная нормализация артрокинематики движений головки плечевой кости без ситуации импинджмента требует гармоничного скоординированного сокращения сухожилий RC. Аномальные гленогумеральные перемещения связаны с патологией плеча и, как предполагается, являются способствующим фактором боли и дискомфорта в плече, а также могут привести к повреждению окружающих структур.^[9][10]

Как показано векторами силы их соответствующих моментов плеч, сухожилия RC объясняют компрессию головки плечевой кости в пределах гленоидальной ямки в ходе движений.^[11] Мышца надостной мышцы инициирует движение отведения руки, подтягивая головку плеча медиально к гленоидальной полости, создавая тем самым точку опоры для движения.^[12]

Индивидуальные сухожилия комплекса RC прямо ассоциированы с ограничением перемещения головки плечевой кости в конкретных направлениях. Мышца надостной мышцы способствует предотвращению чрезмерного верхнего перемещения, а подостная мышца и малая круглая мышца ограничивают чрезмерное верхнее и заднее перемещения, сухожилие подлопаточной мышцы контролирует чрезмерное переднее и верхнее перемещения головки плечевой кости соответственно.^[13]

Дисбаланс в нейронной активации любой из мышц RC легко может привести к неправильному выравниванию головки плечевой кости, что приведет к импинджменту подакромиальных структур во время движения. Как верхнее, так и переднее перемещение головки плечевой кости во время движений являются основными биомеханическими причинами синдрома импинджмента.^[14]

Акромиоклавикулярный (AC) сустав

AC сустав является диартрозным и синовиальным суставом. Он позволяет осевые ротации и переднее-заднее скольжения. Поскольку нет прямых креплений мышц к суставу, все движения пассивны и инициируются движениями в других суставах (например, в ST суставе).

Остеокинематика

• Сгибание / разгибание
• Отведение / приведение
• Медиальная / латеральная ротация 

Артрокинематика

• Заднее / переднее вращение
• Нижнее / верхнее вращение
• Переднее / заднее скольжение

Скапулоторакальный (ST) сустав

Движения скапулоторакального комплекса:

• Поднятие и выдвижение вперед = переднее поднятие
• Поднятие и втягивание = заднее поднятие
• Опускание и выдвижение вперед = переднее опускание
• Опускание и втягивание = заднее опускание

Движение лопатки вдоль грудной клетки также напрямую влияет на биомеханику плечевого комплекса в целом и может предрасполагать к развитию синдрома столкновения. Здоровое движение лопатки вдоль грудной клетки при поднятии руки включает в себя выдвижение вперед, заднее наклонение и боковое вращение, в зависимости от плоскости движения (Рисунок 1).^{[15][16][17][18]}

РИСУНОК 1: Нормализованная кинематика скапулоторакального плечевого комплекса. Взято из Zhao et al. 2015.29

Хотя заднее наклонение обычно понимается как движение в акромиоклавикулярном суставе, наклонения, происходящие в лопатке при поднятии руки, имеют критическое значение для минимизации нарушения мягких тканей, проходящих под акромиальной дугой.^[18] Нормальный вклад ST-сустава обычно выражается как соотношение движения ST относительно того, которое происходит одновременно в GH-артикуляции. Скапулогумеральный ритм определяется делением общего количества поднятия плеча (гумероторакального) на верхнее вращение лопатки (скапулоторакальное).^[15] В научной литературе скапулогумеральный ритм обычно принимается как 2:1, что означает 2° подъема плеча на каждый градус верхнего вращения лопатки.^[16][19][20]

Стабильность ST-сустава зависит от координированной активности 18 мышц, которые непосредственно прикрепляются к лопатке.^[21] Мышцы лопатки должны динамически контролировать позиционирование гленоида, чтобы головка плечевой кости оставалась в центре и позволяла происходить движению руки. Когда присутствует слабость или нарушение нейромышечной функции мускулатуры лопатки, нормальные артрокинематики лопатки изменяются,^[20] и в конечном итоге индивид предрасполагается к травме GH-сустава.^[19][20][21]

Патологическая кинематика ST-сустава включает, но не ограничивается этим:^[22][23][24]

1. Увеличение медиального вращения
2. Уменьшение верхнего вращения, и
3. Уменьшение заднего наклонения

Считается, что эти изменения движений увеличивают близость сухожилий ротаторной манжеты к коракоакромиальной дуге или краю гленоидной полости,^[18][25] однако до сих пор существуют точки разногласий относительно того, как отклонения в паттерне движения прямо влияют на уменьшение подакромиального пространства.^[18]

Для ясности текущая литература различает внутреннее столкновение и внешнее столкновение. Столкновение, которое включает в себя уменьшение пространства к коракоакромиальной дуге, называется внешним столкновением, тогда как внутреннее столкновение вовлекает край гленоидной полости,^[18] и может ассоциироваться с нестабильностью GH.^[26] Независимо от классификации, дисфункциональные механизмы плеча могут способствовать прогрессированию заболевания ротаторной манжеты^[27] и поэтому должны пониматься как нейромышечное нарушение.

Нейромышечный контроль лопатки зависит от сбалансированной работы глобальных двигателей и точных стабилизирующих мышц плечевого комплекса. Снова, из-за плавающего характера лопатки вдоль грудной клетки она также должна полагаться на братские отношения между кортикальным направлением, обеспечиваемым нервной системой, и результативным действием костно-мышечной системы. Мы можем, поэтому, утверждать, что плечевой комплекс является одной из наиболее кинематически сложных областей человеческого тела,^[25] и требует высокого уровня нейромышечной стабильности в процессе движения. Нейромышечный контроль плеча также требует хорошо развитого чувства моторного контроля и проприоцепции. 

Движение грудного отдела позвоночника

 Во время сгибания правой руки: верхние грудные позвонки справа сгибаются, поворачиваются вправо и разгибаются. Первое и второе ребра опускаются, в то время как 4-6-е поднимаются, а третье ребро действует как ось.

Ограничение движения в любой из этих структур будет негативно влиять на биомеханику плечевого пояса и может вызывать или предрасполагать плечевой пояс к патологическим изменениям.   

Статические структуры и механорецепторы

Статические структуры плечевого комплекса, которые включают в себя лабрум (фиброзно-хрящевое кольцо), капсулу, хрящи, связки и фасции, совместно действуют как физические ограничения для костных структур и обеспечивают углубляющий эффект на неглубокую гленоидальную ямку.^[28]

Кроме пассивной стабилизации, они также обеспечивают дополнительную защиту благодаря различным механорецепторам, встроенным в их волокна. Механорецепторы можно понимать как нейронные сенсоры, обеспечивающие афферентный ввод в центральную нервную систему для моторной обработки и нисходящих моторных команд для выполнения движений.^[29][30][31]

Механорецепторы характеризуются своими специализированными нервными окончаниями, которые чувствительны к механическим деформациям тканей,^[32][33][34] и поэтому способствуют модуляции моторных ответов прилегающих мышц. Механотендинозные рецепторы (мышечные веретена и органы сухожилия Гольджи), капсулолигаментарные рецепторы (руффини и механоцепторы Пачини), а также кожные рецепторы (мейсснер, меркель и свободные нервные окончания) ответственны за наше чувство осязания, вибрации, проприоцептивного позиционирования, а также предоставляют обратную связь относительно длины, напряжения, ориентации мышцы, а также скорости и силы сокращения мышечных волокон.^[35]

Очевидно, что пассивные структуры плеча обеспечивают неврологический защитный механизм через прямой и обратный ввод, который напрямую регулирует рефлексо-мышечную стабилизацию вокруг плечевого сустава.^[30]

Мускулатура плеча

Помимо сложной сети пассивных связок, соединяющих соседние кости, значение окружающей мускулатуры трудно переоценить. Активные мышечные сокращения необходимы для поддержания стабильности плечевого комплекса.^[1]

Мускулатура плечевой области может быть разделена на глобальные двигатели плеча и стабилизаторы тонкой настройки отдельных сочленений. Крупные мышцы, такие как трапециевидная, мышца поднимающая лопатку, грудные мышцы, дельтовидные, передняя зубчатая, широчайшая мышца спины, ромбовидные мышцы, большая круглая, бицепс, клювоплечевая и трицепс, ответственны за различные синергетические активности во время движений плеча. В совокупности как парные агоністы и антагонисты, они позволяют выполнять крупные моторные движения верхней четверти тела. Более специфично для ГХ-сустава, стабилизаторы тонкой настройки так же важны для плечевого комплекса, как и глобальные двигатели, для координированных и плавных движений плеча. 

Стабилизирующие мышцы сочленения ГХ, надостная, подлопаточная, подостная и малая круглая мышцы, зачастую обобщаются как комплекс вращательной манжеты (РК) и прикрепляются к головке плечевой кости в пределах гленоидальной ямки. Вместе они выступают как динамические стабилизаторы сочленения ГХ, поддерживая централизованное позиционирование головки плечевой кости в пределах гленоидальной ямки,^[36][37] как в статических, так и в динамических условиях. Предполагается, что сухожилия вращательной манжеты сливаются со связками и гленоидальным лабрумом в местах их прикрепления, чтобы мышечные сокращения могли обеспечить дополнительную стабильность за счет подтягивания статических структур во время движения.^[38]

Синхронизированные сокращения мышц РК должны поддерживать централизованное позиционирование головки плечевой кости во время движений, чтобы избежать физического наложения тканей, преимущественно спереди или сверху на сочленении ГХ, что связано с травмами и болью в области плеча. Как уже отмечалось, из-за анатомического прохождения общего сухожилия РК в субакромиальном пространстве, сухожилия РК особенно уязвимы к сжатию, аномальному трению и в конечном итоге защемлению в активных задачах.^[4][5] Правильное выравнивание головки плечевого сустава важно для здорового участия плеча в повседневных активностях.  

Ссылки