Биомеханика движений в плечевом суставе

УДК 612.76+611.717.1

© Каралин А.Н., Волков А.З., 2013

Поступила 11.03.2013 г.

А.Н. КАРАЛИН,
А.З. ВОЛКОВ

БИОМЕХАНИКА ПЛЕЧЕВОГО ПОЯСА И ПЛЕЧЕВОГО СУСТАВА

Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова,

Республиканская поликлиника восстановительного лечения, Чебоксары

Плечевой сустав в системе кинематической цепи верхней конечности выполняет наибольшую функциональную нагрузку.

Диагностика и лечение заболеваний плечевого сустава нередко основываются на определенных стереотипах, что не позволяет более дифференцированно решать вопросы диагностики.

Это касается и такого распространенного диагноза, как плечелопаточный периартроз. Большинство врачей ставят этот диагноз при жалобах пациентов на боли и нарушение функции в плечевом суставе. При этом не учитываются сложные анатомические особенности плечевого сустава. В связи с этим мы поставили цель подробно рассмотреть специфические особенности анатомического строения плечевого сустава.

Ключевые слова: клювовидный отросток, плечевой сустав, плечевой пояс, болезненное плечо, замороженное плечо.

Плечевой сустав является связующим звеном между всей верхней конечностью и плечевым поясом (ключицей и лопаткой), то есть плечевой пояс, плечевой сустав и вся верхняя конечность в биомеханическом плане составляют единую кинематическую структуру [3].

Истинное движение в плечевом суставе — поднятие кпереди и отведение в латеральную сторону — возможно только до уровня плеча. Дальнейшее движение тормозится натяжением суставной сумки и упором плечевой кости в свод, образуемый акромиальным отростком и liq coracoacromiale. Если движение руки продолжать выше горизонтали, то это движение будет не в плечевом суставе, но всего плечевого пояса: лопатки, акромиально-ключичного и грудинно-ключичного сочленений. Ввиду такой функциональной особенности плечевого сустава его биомеханика очень изменчива. Она  зависит от положения верхней конечности. Так, в положении отведения и в положении приведения  нагрузка в плечевом суставе и плечевом поясе, в частности в зоне клювовидного отростка, принципиально отличается. Этот факт имеет ведущее значение для понимания повреждений, происходящих в зоне плечевого сустава и плечевого пояса, и особенно в зоне клювовидного отростка. С учетом этого мы поставили цель подробно осветить биомеханику плечевого пояса и плечевого сустава в разных функциональных условиях [4, 5, 6, 7].

Клювовидный отросток является центром функциональной нагрузки плечевого пояса. Это оказывает значительное влияние на возникновение и развитие клинической патологии в условиях травм плечевого сустава и его функциональной нагрузки.

С биомеханической точки зрения плечевой пояс имеет два плеча рычага функциональной нагрузки: L1 и L2   (рис. 1, 2) и одну точку опоры для них: Р (рис. 1, 2). Точкой опоры для рычагов L1 и L2  является зона клювовидного отростка (Р). Рычаг L1 состоит из нескольких частей: всей верхней конечности, плечевого сустава, акромиального отростка лопатки и ключицы (рис. 1). Рычаг L1 составляет ключицу и акромиальный отросток (рис. 2). При отведенной и приведенной руке рычаг L1  больше, чем рычаг L2 (рис. 1). Однако точка опоры R в первом случае будет в зоне грудинного конца ключицы (рис. 1), а во втором (рис. 2) в зоне акромиального отростка. Усилие в первом варианте (рис. 1) на плечо рычага L1 составляет величину, равную массе всего тела (m) (при падении на вытянутую руку), умноженную на ускорение (g) в точке R (в область грудинного конца ключицы) (рис. 1). Возникает эффект рычага первого порядка с точкой нагрузки (Р) в зоне клювовидного отростка. В этой зоне (Р) из-за большой длины рычага L1 развивается огромное усилие (F2), направленное вверх. Ввиду этого происходят повреждения ключично-клювовидной связки и акромиально-ключичного сочленения. Во втором варианте (рис. 2) при падении на приведенную руку рычаг L1 значительно меньше, чем в первом варианте. Точка опоры (R) в этом варианте — в области акромиального конца ключицы. Усилие рычага значительно меньше, чем в первом варианте (рис.1),  соответственно и сила F2 в точке Р., т.е. в зоне клювовидного отростка значительно меньше, чем в первом варианте.

Рис. 1. Рычаг первого порядка. L1 – первое плечо (рычаг L1) = 85 см; L2 – второе плечо ( рычаг L2) = 10 см; F1 – сила, действующая на рычаг (L – 1); F2 – сила, действующая на рычаг (L – 2); P – точка нагрузки (зона клювовидного отростка); R – точка опоры (зона грудинного конца ключицы)

Если в первом варианте длина активного рычага (L1) составляет в среднем  85 см, то во втором варианте длина рычага (L1) всего 14 см. Точка фиксации Р и в первом, и во втором случаях остается одна и та же — зона клювовидного отростка. Но сила F2, действующая на точку фиксации Р, будет различной в обоих случаях. Это различие обусловлено разницей в длине рычага L1 и рычага L2 в первом и во втором случаях. Для наглядности мы приведем средние показатели всех этих величин для первого и второго случаев.                                                                               

Правило рычагов для рис.1

.

F= Mg, где M – масса тела; g – ускорение, равное 10 м/с2.

F1= 70кг ()  10 = 700 Н (ньютонов) (=70кГ),

 (=595 кГ).

Усилие, возникающее в зоне клювовидного отростка, при падении на вытянутую и приведенную руку отличается своей силой (таблица). При падении на вытянутую руку это усилие равно 595 кг (исходя из средних показателей масса тела 70 кг), длина рычага L1 равна 85 см и рычага L2 – 10 см в положении отведения верхней конечности; и L 1-14, L 2-4 – в положении приведения, усилие равно 245 кг, т.е. в два раза меньше.

Биомеханические характеристики, действующие на зону клювовидного отростка

Кроме того, очень важным моментом следует считать то, что и в первом, и во втором случаях центром приложения рычагового усилия является точка Р (рис. 1, 2), являющаяся зоной клювовидного отростка.

Рис. 2. Рычаг первого порядка. P – точка нагрузки; F1 – сила, действующая на рычаг L2; F2 – сила, действующая на рычаг L1; R – точка опоры (акромиальный отросток лопатки); L1 – первое плечо (рычаг = 14 см); L2 – второе плечо (рычаг = 4 см)

(=70 кГ)

(=245 кГ)

Обсуждение. В обоих случаях  рычаговый механизм при падении на вытянутую или приведенную руку оказывает огромное механическое действие на анатомические образования зоны клювовидного отростка, вызывая те или иные его повреждения. Это могут быть разрывы и надрывы связочного аппарата (ключично-клювовидной связки), кровоизлияния в этой области, травматизация участков прикрепления мышц к зоне клювовидного отростка, отрывы кортикального слоя, травматический бурс, тенденит. Нередко эти повреждения не диагностируются в результате неправильной интерпретации жалоб больных: на неопределенные боли в области плечевого сустава, где-то впереди, внутри и т.д. Неадекватная терапия этих патологических  посттравматических изменений способствует переходу их в хроническое течение, что проявляется в последующем  в виде комплекса болезненных ощущений и функциональных нарушений, которые в литературе известны как «болезненное плечо», плечелопаточный периартроз, «замороженное плечо», синдром «плечо-кисть» [1, 2]. С учетом того, что пусковым механизмом развития всех этих патологических состояний является заинтересованность зоны клювовидного отростка, мы объединяем их в самостоятельную патологию под общим названием «синдром клювовидного отростка», а все остальные клинические формы относим только к различным стадиям его патологического проявления.

С биомеханической точки зрения не только острая травма, но и хронические динамические перегрузки плечевого сустава отражаются на зоне клювовидного отростка как на центре функциональной нагрузки плечевого пояса. Это создает благоприятные условия для реактивных изменений анатомических образований, прикрепляющихся  к клювовидному отростку (связок, сухожильно-мышечных), как в результате динамического, так и нейрорефлекторного действия. Данные реактивные процессы, возникающие в зоне клювовидного отростка в результате острой хронической травмы или рефлекторно, будут являться ирритативным очагом раздражения. Участками раздражения могут быть все анатомические образования плечевого сустава и плечевого пояса, которые тесно связаны с зоной клювовидного отростка (см. «Анатомические особенности»), а также и нейрорефлекторно (прямо и обратно) связаны с шейным отделом спинного мозга — вегетативной и симпатической системами. На фоне динамической перегрузки зоны клювовидного отростка дополнительные факторы (травма, шейный остеохондроз, заболевания  внутренних органов и т. д.) и неэффективное лечение  болезненного плеча могут способствовать прогрессированию клинического  течения синдрома клювовидного отростка.

Таким образом, синдром клювовидного отростка – это полиэтиологическое  патологическое состояние, развитие которого может быть обусловлено различными причинами: острой травмой, хронической травмой, динамической перегрузкой, остеохондрозом шейного отдела позвоночника, заболеваниями внутренних органов и т.д. С патогенетической точки зрения развитие клинической картины может протекать в виде порочного круга. Травма зоны клювовидного отростка, как ирритативный очаг афферентной импульсации, может вызвать обострение латентного течения  остеохондроза шейного отдела позвоночника. Рефлекторное раздражение вегетативного и симпатического отделов спинного мозга в зоне остеохондроза шейного отдела позвоночника будет оказывать влияние на зону клювовидного отростка. Таким образом, если не прервать потоки афферентной и эфферентной импульсации, процесс может перейти в хроническое течение. Причем клиника болезненного проявления в зоне плечевого сустава  будет нарастать и по интенсивности, и по расширению анатомической зоны. Это связано с тем, что будет присоединяться все большее число анатомических структур плечевого сустава, плечевого пояса, которые имеют тесную связь с зоной клювовидного отростка. При неправильном лечении процесс прогрессирует, переходит в хроническое течение, развиваются трофические нарушения, т.е. клиническая картина синдрома клювовидного отростка может развиваться поэтапно и по мере включения в патологический процесс новых анатомических структур манифестироваться в виде известных и хорошо описанных патологий: «болезненного плеча», плечелопаточного периартроза, «замороженного плеча», синдрома «плечо-кисть», туннельного синдрома малой грудной мышцы.

Выводы:

1.    Зона клювовидного отростка при травме испытывает большую функциональную нагрузку.

2.    При падении на отведенную руку нагрузка в зоне клювовидного отростка составляет в среднем 595 кг.

3.    При падении на приведенную руку нагрузка в зоне клювовидного отростка составляет в среднем 245 кг.

4.    Учитывая особенности биомеханики плечевого сустава и плечевого пояса, клювовидный отросток при любой травме этих структур испытывает              травмирующее воздействие.

5.    Травма зоны клювовидного отростка является толчком к развитию болевого синдрома в области плечевого сустава.

6.    С патогенетической точки зрения развитие клинической картины может протекать в виде порочного круга.

7.    Неправильный диагноз и лечение могут привести к прогрессированию и распространению патологического процесса из зоны клювовидного отростка на другие, тесно связанные с ним анатомические структуры плечевого сустава и плечевого пояса.

8.    Ввиду того, что пусковым механизмом всех этих патологических состояний является зона клювовидного отростка, мы объединяем их в самостоятельную патологию под общим  названием синдром клювовидного отростка, а все известные клинические формы («болезненное плечо», «плечелопаточный периартроз», «замороженное плечо», синдром «плечо-кисть») относим к различным стадиям его развития.

9.    Синдром клювовидного отростка – это полиэтиологическое патологическое состояние, развитие которого может быть обусловлено различными причинами: острой  или хронической травмами, динамической перегрузкой, остеохондрозом шейного отдела позвоночника, заболеваниями внутренних органов и т.д.                        

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.        Долун А.П. Остеохондрозы позвоночника / А.П. Долун. — Ч. 2. — Новокузнецк, 1987. — С. 399-408.

2.        Зулкарнеев Р.А. «Болезненное плечо», плечелопаточный периартрит  и синдром «плечо-кисть» / Р.А.  Зулкарнеев. – Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1979. https://www.rmj.ru/articles_3497.htm

3.        Крупко И.Л. Руководство по травматологии и ортопедии. В 2 т. Т.2./ И.Л. Крупко. — Л.: Медицина, 1975. — С. 200-222.

4.        Ennevaara K. // Astra Rheum. Scand. 1967 – Helsinki. — Surre. 17. – P. 1-116.

5.        Ferrandis R.M. // Med.esp. – 1967. 30, 336, 164-168.

6.        Mahaffey H.W. // Surg. clin. N, Anier. – 1963. — Vol.43, № 5. — P.1299-1305.

7.        Robecchi A. // Rev.Rhum. – 1955. — Vol. 2, № 12. — Р. 813-818.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:

Каралин Александр Николаевич

заведующий кафедрой экстремальной медицины ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова», доктор медицинских наук, профессор

Волков Алексей Зинонович

главный врач АУ «Республиканская поликлиника восстановительного лечения (вертебрологии и мануальной терапии)»  Минздравсоцразвития Чувашии

Адрес для переписки:

428003, Чувашская Республика, г. Чебоксары, Школьный проезд, д. 8 А

Тел.: +7 (8352) 55-05-69

E-mail: ipvert@medinform.su

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS:

Alexander Nikolaevich Karalin

head of the Extreme medicine department of FSBEI HPE «the Chuvash State University named after I.N. Ulyanov»,  Doctor of Medicine, professor

Alexey Zinonovich Volkov

chief doctor of AI «the Republican Rehabilitation Clinic (of vertebrology and manual therapy)» of  Health Care and Social Development Ministry of the Chuvash Republic 

Correspondence address:

Shkolny proezd, 8 «A», Cheboksary, the Chuvash Republic, 428003,

Tel.: +7 (8352) 55-05-69

E-mail: ipvert@medinform.su

A.N. KARALIN,

A.Z. VOLKOV

THE BIOMECHANICS OF THE SHOULDER GIRDLE AND SHOULDER JOINT

The Chuvash State University named after I.N. Ulyanov,

The Republican Rehabilitation Clinic, Cheboksary

The shoulder joint in the system of the upper limb kinematic chain performs the greatest functional load.

The diagnostics and treatment of shoulder joint diseases are often based on certain stereotypes, that don’t allow to diagnose on a case by case basis, and accordingly choose pathognomic approach to treatment.

In particular, it concerns such a common diagnosis as the humeroscapular  periarthritis. Most physicians diagnose it according to patients’ complaints of pain and dysfunction of the shoulder joint. However, they don’t consider complex anatomical features of the shoulder joint. Therefore, our aim is to examine the anatomical features of the shoulder joint in detail.

Key words: coracoid, shoulder joint, shoulder girdle, painful shoulder, frozen shoulder.

© Все права защищены. Использование материалов без письменного согласия — запрещено.