Биомеханика плеча

Область плеча, как известно, является одной из самых сложных для оценки и реабилитации. Из-за многочисленных суставов, задействованных во время движения плеча, целесообразно использовать понятие «плечевой комплекс». Для эффективной реабилитации травм плеча необходимо иметь знания о функциональной анатомии, которая лежит в основе биомеханики плечевого комплекса.

Анатомия

Плечевой комплекс включает в себя 3 физиологических сустава и один «плавающий» сустав:

При оценке плече-лопаточного сустава вам также необходимо учитывать вклад грудино-реберных и реберно-позвоночных суставов.

ГКС является единственным местом прикрепления верхней конечности к осевому скелету. ЛГС предполагает скользящее движение лопатки вдоль грудной клетки и не предусматривает костного прикрепления. ПЛС представляет особый интерес в смысле понимания механизма травм плечевого сустава, поскольку он остеологически предрасположен к нестабильности.

Читайте также статью: Классификация нестабильности плеча Stanmore.

Плече-лопаточный сустав образован головкой плечевой кости (выпуклая поверхность) и суставной впадиной лопатки (вогнутая поверхность). Из-за относительно большой площади поверхности головки плечевой кости по отношению к суставной ямке данный сустав имеет ограниченную костную конгруэнтность и, следовательно, сильно зависит от окружающих мягких тканей, оказывающих недостающую структурную поддержку.

Более того, было подсчитано, что при движении только 25% поверхности головки плечевой кости сочленяется с суставной впадиной лопатки. Окружающие пассивные структуры (суставная губа, суставная капсула и связки), а также активные структуры (мышцы и связанные с ними сухожилия) работают совместно для поддержания динамической стабильности ПЛС.

Областью, наиболее часто вовлеченной в случаи боли в плече, является субакромиальное пространство, которое включает теоретическое пространство между клювовидно-акромиальной дугой и головкой плечевой кости. Если говорить конкретнее, то оно заключено под акромионом, клювовидным отростком, акроминально-ключичным суставом и клювовидно-акромиальной связкой. Само пространство включает в себя бурсу, которая обеспечивает смазку для сухожилий ротаторной манжеты, сами сухожилия и прикрепление длинной головки сухожилия двуглавой мышцы плеча.

Биомеханика

Плече-лопаточный сустав

Остеокинематика:

Флексия/экстензия.
Отведение/приведение.
Внутренняя/наружная ротация.

Артрокинематика:

Вращение (при сгибании и разгибании).
Скольжение вниз (при отведении).
Скольжение вверх (при приведении).
Заднее скольжение (при внутренней ротации).
Переднее скольжение (при наружной ротации).

Естественная артрокинематика ПЛС во время движения в условиях открытой кинематической цепи предполагает разнонаправленные скольжения головки плечевой кости в пределах суставной ямки.

Del Maso и его коллеги подсчитали, что во время движений верхней конечности головка плечевой кости может смещаться вверх на 7.5 мм, что является довольно большим значением для такой костной структуры, находящейся в таком компактном пространстве. Плавность движения головки плечевой кости требует хорошо скоординированной работы мышц ротаторной манжеты. Ненормальные/чрезмерные ее движения связаны с патологией плечевого комплекса, и было высказано предположение, что они являются фактором, способствующим возникновению боли и дискомфорта в ПЛС, а также могут привести к повреждению окружающих структур.

Если проанализировать векторы силы и моментные рычаги, то станет понятно, что во время движений сухожилия ротаторной манжеты удерживают головку плечевой кости в пределах суставной ямки. Например, надостная мышца инициирует отведение руки, притягивая головку плечевой кости к суставной впадине, и, тем самым, создавая точку опоры для движения.

Каждое сухожилие ротаторной манжеты ограничивают перемещения головки плечевой кости в определенных направлениях. Надостная мышца способствует предотвращению чрезмерной верхней трансляции, подостная мышца и малая круглая мышца ограничивают чрезмерную верхнюю и заднюю трансляцию, а подлопаточная мышца контролирует чрезмерную переднюю и верхнюю трансляцию головки соответственно.

Дисбаланс в активации любой из этих мышц может легко вызвать смещение головки плечевой кости, что приводит к ущемлению субакромиальных структур во время движения. Как верхняя, так и передняя трансляция головки являются ведущими биомеханическими причинами импинджмент-синдрома плечевого сустава.

Акроминально-ключичный сустав

АКС — это синовиальный сустав, который позволяет осуществлять осевые вращения и передне-задние скольжения. Поскольку нет прямых прикреплений мышц к суставу, все движения пассивны и инициируются движениями в других суставах (таких как лопаточно-грудной сустав).

Остеокинематика:

Флексия/экстензия.
Отведение/приведение.
Внутренняя/наружная ротация.

Артрокинематика:

Переднее/заднее вращение.
Нижнее/верхнее вращение.
Переднее/заднее скольжение.

Грудино-ключичный сустав

Как было сказано выше, ГКС является единственным суставом, посредством которого верхняя конечность прикрепляется к осевому скелету. ГКС классифицируются как малоподвижный сустав плоского типа, который имеет фиброзно-хрящевой суставной диск. Связочный аппарат этого сустава настолько прочный, что скорее сломается ключица, чем вывихнется сам сустав.

ГКС имеет 3 степени движения:

Элевация/депрессия.
Протракция/ретракция.
Осевое вращение.

Не существует мышц, которые непосредственно действуют на грудино-ключичный сустав. Тем не менее, движения сустава близко имитируют движения лопатки.

Лопаточно-грудной сустав

Движения в лопаточное-грудном комплексе:

Подъем и протракция = передний подъем.
Подъем и ретракция = задний подъем.
Депрессия и протракция = переднее опускание.
Депрессия и ретракция = заднее опускание.

Движение лопатки вдоль грудной клетки непосредственно влияет на биомеханику плечевого комплекса в целом и, кроме того, может предрасполагать к возникновению импинджмент-синдрома. Нормальное движение лопатки относительно грудной клетки во время подъема руки включает в себя протракцию, задний наклон и наружную ротацию (в зависимости от плоскости движения).

Хотя задний наклон обычно понимается как движение в акромиально-ключичном суставе, наклон лопатки во время подъема руки имеет решающее значение для минимизации давления на мягкие ткани, находящихся под акромиальной дугой. Вклад ЛГС обычно выражается как отношение движения ЛГС к движению в ПЛС. Плече-лопаточный ритм определяется количественно путем деления общей величины подъема плеча на величину верхнего вращения лопатки. В научной литературе принято считать, что плече-лопаточный ритм равен 2:1, что соответствует 2° подъема плечевой кости на каждый градус вращения лопатки вверх.

Стабильность ЛГС зависит от скоординированной активности 18 мышц, которые непосредственно прикрепляются к лопатке. Эти мышцы должны динамически контролировать положение суставной впадины так, чтобы головка плечевой кости оставалась центрированной и позволяла двигаться руке.

Когда присутствует слабость или нервно-мышечная дисфункция мышц лопатки, артрокинематика ЛГС изменяется, что в конечном счете предрасполагает человека к травме ПЛС.

Патологическая кинематика сустава ЛГС включает следующие проблемы (но не ограничивается этим):

Увеличенная внутренняя ротация.
Уменьшенная верхняя ротация.
Уменьшенный задний наклон.

Считается, что эти изменения подвижности увеличивают близость сухожилий ротаторной манжеты к клювовидно-акромиальной дуге или суставной губе. Однако, все еще существуют разногласия по поводу того, какие именно отклонения в траектории движения способствуют уменьшению субакромиального пространства.

В целях разъяснения в современной литературе проводится различие между внутренним и наружным импинджментом. Импинджмент, который включает в себя уменьшенное пространство по направлению к клювовидно-акромиальной дуге, считается наружным импинджментом, в то время как внутренний импинджмент включает в себя поражение суставной губы и может быть связан с нестабильностью ПЛС. Независимо от классификации, дисфункциональные механизмы поражения плечевого сустава могут способствовать ухудшению состояния мышц ротаторной манжеты и поэтому должны пониматься как нейромышечные нарушения.

Нервно-мышечный контроль лопатки основывается на сбалансированной работе глобальных мышц и локальных мышц, стабилизирующих плечевой сустав. Поэтому мы можем утверждать, что плечевой комплекс относится к числу наиболее кинематически сложных областей человеческого тела и требует высокого уровня нервно-мышечного контроля и проприорецепции на протяжении всего движения.

Движение грудного отдела позвоночника

Во время сгибания правой руки верхние грудные позвонки наклоняются и поворачиваются вправо, а также разгибаются. 1 и 2-е ребра опускаются, в то время как 4, 5 и 6-е ребра поднимаются, а 3-е функционирует как ось.

Ограничение движения в любой из этих структур отрицательно скажется на биомеханике плечевого пояса и может вызвать или предрасполагать плечо к патологическим изменениям.

Статические структуры и механорецепторы

Друзья, совсем скоро состоится семинар Георгия Темичева «Диагностика и терапия проблем плече-лопаточного комплекса». Узнать подробнее…

Статические структуры плечевого комплекса, включающие суставную губу, капсулу, суставные хрящи, связки и фасции, в совокупности действуют как физические ограничители и оказывают стабилизирующее действие на головку плечевой кости.

В дополнение к своей пассивной стабилизирующей роли они также обеспечивают дополнительную защиту с помощью различных механорецепторов, встроенных в их волокна. Механорецепторы можно понимать как нейронные сенсоры, которые обеспечивают афферентный вход в центральную нервную систему для моторной обработки и генерирования нисходящих двигательных команд, необходимых для выполнения движений.

Механорецепторы характеризуются своими специализированными нервными окончаниями, чувствительными к механическим деформациям тканей, и поэтому способствуют модуляции двигательных реакций локальных мышц.

Мышечные веретена и сухожильные органы Гольджи, а также тельца Руффини, Пачини, Мейснера, Меркеля и свободные нервные окончания отвечают за наше осязание и проприоцептивное позиционирование. Они обеспечивают обратную связь относительно длины мышц, их напряжения, ориентации, скорости и силы сокращения.

Таким образом, пассивные структуры плеча обеспечивают механическую защиту и через неврологический механизм прямой и обратной связи непосредственно влияют на стабилизирующую функцию мускулатуры плечевого сустава.

Мышцы плеча

В дополнение к сложной сети связочных структур, соединяющих соседние кости, трудно переоценить важность окружающей мускулатуры. Активные мышечные сокращения необходимы для поддержания стабильности плечевого комплекса.

Мускулатура плечевого комплекса может быть подразделена на глобальные двигатели плеча и тонко настроенные стабилизаторы отдельных суставов. Более крупные мышцы, такие как трапециевидная мышца, мышца, поднимающая лопатку, грудные мышцы, дельтовидная и передняя зубчатая мышцы, широчайшая мышца спины, ромбовидные мышцы, большая круглая мышца, двуглавая мышца плеча, клювовидно-плечевая и трехглавая мышца плеча отвечают за различные действия во время движений плечевого сустава. Они обеспечивают грубые движения верхнего квадранта.

Стабилизирующие ПЛС мышцы: надостная, подлопаточная, подостная и малая круглая мышцы классифицируются как мышцы ротаторной манжеты, и прикрепляются к головке плечевой кости в пределах суставной ямки. В совокупности они действуют как динамические стабилизаторы ПЛС сустава, поддерживая централизованное положение головки плечевой кости в пределах суставной ямки, как в статических, так и в динамических условиях. Было высказано предположение, что сухожилия мышц ротаторной манжеты сливаются со связками и суставной губой, поэтому сокращения этих мышц могут обеспечить дополнительную стабильность ПЛС, укрепляя статические структуры во время движения.

Синхронизированные сокращения мышц вращательной манжеты центрируют головку плечевой кости во время движений. Это позволяет избежать физического повреждения тканей (располагающихся преимущественно спереди и сверху относительно ПЛС), что связано с травмой и болью в области плеча. Как уже отмечалось ранее, из-за особенностей анатомического расположения в субакромиальном пространстве, сухожилия ротаторной манжеты особенно уязвимы для сжатия, аномального трения и, в конечном счете, защемления во время выполнения активных действий. Правильное позиционирование головки плечевой кости важно важно для нормальных движений ПЛС и осуществления повседневной активности.