Biomecanica articulaiei cotului

Articulaia cotului reprezint articulaia intermediar a membrului superior. Ea realizeaz jonciunea dintre bra i antebra permind controlul distanei mna-corp i poziionarea minii n spaiu. Prin mobilizarea acestei articulaii se realizeaz micri eseniale ale vieii cotidiene legate de alimentaie, igien, aprare, etc. Diviziunea funcional a acestei articulaii face ca prin micarea de flexie-extensie s fie controlat poziia minii n plan sagital, iar prin micarea de pronaie-supinaie s se realizeze controlul n plan transversal.Din punct de vedere anatomic, cotul este o articulaie complex, format ntre extremitatea distal a humerusului cu trohleea i capitulum, creia i se opun extremitile proximale ale celor dou oase ale antebraului. lau natere articulaiile humero-ulnar, humeroradial, radioulnar proximal, care sunt integrate anatomic prin prezena unui singur aparat capsulolipamentar, cu o singur cavitate articular.

A. Cinematica cotului

Articulaia cotului poate fi considerat un trohoginglym cu dou grade de libertate. Componenta humeroulnar este o balama (ginglym) cu un singur grad de libertate care permite realizarea micrilor angulare, de flexie-extensie fa de un ax transvers antrennd n mod secundar articulaia humeroradial. Componenta radioulnar proximal este o trohoid cu un singur grad de libertate, care permite realizarea micrilor de rotaie a antebraului fa de un ax longitudinal, antrennd n mod secundar tot articulaia humeroradial.I. Funcia de flexie-extensie a antebraului pe bra este considerat specific pentru ginglymul humeroulnar. Aceasta asigur realizarea micrii printr-o conducere osoas tipic, bazat pe angrenajul osos realizat ntre trohleea humeral i incizura trohlear a ulnei. Aceast conducere permite un control strict al micrilor ulnare prin geometria trohleei. Datorit ancorajului prin care radiusul se fixeaz de uln (ligamentul inelar, ligamentul colateral lateral) articulaia humeroradial este cuplat n paralel i este obligat s realizeze aceleai micri ca articulaia humeroulnar. Axul de micare este situat transversal sub epicondili, trecnd prin centrul trohleei i al capitulumului. Acest lucru este n concordan cu teoria articulaiei humeroulnare, funcionnd ca o balama uniaxial. Morrey i Chao au artat c centrele instantanee de rotaie n timpul flexiei-extensiei se distribuie variabil pe o distan de 2-3 mm fa de acest ax. Ali autori au evideniat modificri ale axului de rotaie, n special la extremele micrii de flexie-extensie: micarea articular se transform din alunecare n rostogolire, iar axul de rotaie migreaz spre suprafeele articulare ale anului trohlear i capitulumului. nceputul micrii de flexie este asociat cu o micare de rotaie axial intern a ulnei (5), iar flexia maxim cu rotaia ei extern. Dup Dempster, se adaug i o rotaie humeral fa de uln n timpul flexiei. Aceste date sugereaz c teoria balamalei uniaxiale este o simplificare mult prea sever fa de modelul mecanic real al articulaiei humeroulnare.Fa de poziia neutr-zero, flexia se realizeaz, cu o amplitudine de 150, iar extensia cotului este reprezentat de poziia neutr-zero i dincolo de aceast poziie ea nu este posibil la un adult. Variabil de la individ la individ, femeile i copii pot realiza o hiperextensie de 15. Micrile de flexie-extensie sunt limitate de geometria suprafeelor articulare i a structurilor osoase nconjurtoare, de factorii pasivi de stabilizare capsuloligamentari, de contactul dintre prile moi. Un mecanism de limitare osoas specific este reprezentat de blocarea vrfului olecranului n fosa cu acelai nume n faza terminal a extensiei.Trohleea humeral are forma unui scripete osos asimetric. Versantul medial al trohleei se proiecteaz mai jos cu 6 mm dect cel lateral, iar suprafaa articular a procesului coronoid ulnar este oblic (Gray). Datorit acestor particulariti n poziia de extensie a articulaiei, axul humerusului i al ulnei nu se aeaz colinear, ci realizeaz un unghi deschis lateral. Aceasta dispoziie anatomic este cunoscut sub denumirea de cubitus valgus cu valoare de 10-15 la brbai i 20-25 la femei. Deviaia n valgus a antebraului fa de bra permite ca marginea medial a antebraului s nu se proiecteze peste coaps n timpul mersului cu o greutate n mn (de unde i denumirea de "unghi portant"). Cubitus valgus se modific de la 10 valgus la 8 varus atunci cnd antebraul trece din poziie de extensie n poziie de flexie (Morrey i Chao).n poziia de flexie maxim a cotului, mna se proiecteaz spre linia mediana a corpului i fa, realiznd o traiectorie util pentru economia energetic a organismului.Articulaia humeroradial este o articulaie de tip sferoid format ntre sfera capitulumului humeral i fosa capului radial. Dei teoretic ar prezenta trei grade libertate, ea pierde aceste posibiliti prin cuplajul cu articulaiile humeroulnar i radioulnar proximal. Secondeaz micrile din aceste articulaii n conformitate cu axul de flexie-extensie care trece prin centrul trohleei i capitulumului, i cu axul de pronosupinaie care trece prin capul ulnei i capul radiusului.Amplitudinea micrii de flexie-extensie este de 140. Aceasta se poate deduce din calculul valorilor angulare ale suprafeelor articulare: arcul descris de trohleea humeral este de 330, cel al fosei trohleare ulnare de 190, iar diferena este amplitudinea de micare. Clinic poziia de extensie maxim este notat cu 0, de la care ncepe msurarea flexiei ctre limita maxim de 140 (cele mai obinuite activiti cotidiene se efectueaz printr-un arc de 100, ntre 40 i 134. Limitarea micrii de extensie este realizat prin:a) blocarea vrfului olecranului n fosa olecranian;b) tensionarea capsulei anterioare;c) rezistena activ produs de muchii flexori.Limitarea flexiei se realizeaz prin contactul maselor musculare din loja anterioar a braului i antebraului; n mod activ intervine tricepsul brahial. Cotul este o articulaie foarte stabil prin configuraia ei anatomic mai ales n flexie de 90. n aceast poziie troh1eea humeral este aproape complet cuprins n incizura trohlear, ferm aplicate prin contracia muchiului brahial anterior i muchiul triceps brahial posterior. n poziie de extensie, articulaia este mai puin stabil. Ea rezist la aciunea forelor de traciune prin tensionarea ligamentelor colaterale i contracia musculaturii periarticulare. Vrful olecranului se poate angrena n fosa olecranian. Articulaia humeroradial este mult mai vulnerabil la aceste fore, capul radial se luxeaz sub ligamentul inelar ca n sindromul pronaiei dureroase la copii mici. Stabilitatea la presiune este realizat prin transmiterea transarticular a forelor: prin foveea capului radial spre capitulum i prin procesul coronoid spre trohleea humeral.Un rol important n stabilitatea articular l joac elementele capsulo-ligamentare. Ligamentul colateral medial este considerat principalul stabilizator al solicitrilor n valgus mai ales prin componenta anterioar oblic, n timp ce n partea lateral capsula cu suprafeele articulare asigur rezistena n varus. Cnd ligamentul colateral medial cedeaz, compresia n articulaia radiohumeral devine mecanism secundar de stabilizare la stresul n valgus. n timp ce ligamentele colaterale direcioneaz ca nite anuri micarea n ginglymul articular, prevenind micrile anormale n plan frontal, membrana interosoas mpiedic separarea sau alunecarea longitudinal a radiusului fa de uln.A. Funcia de flexie este dat de totalitatea muchilor a cror component de aciune este situat anterior de axul transvers al ginglymului humeroulnar. Fora muscular se descompune n trei vectori caracteristici:a) componenta de oscilaie care determin acceleraia unghiular a ulnei (considernd humerusul fix), modificnd unghiul de flexie ntre cele dou oase;b)componenta transarticular ce comprim suprafeele articulare asigurnd stabilitatea organului de micare;c) componenta rotaional.Muchii flexori principali sunt considerai muchiul brahial, m. biceps brahial, m. bra-hioradial.a) Muchiul brahial este unicul flexor al articulaiei cotului a crui lungime nu se schimb n funcie de poziia de supinaie sau pronaie a antebraului. Are origine la distan de articulaie i inseria n imediata vecintate a ei, pe componenta mobil ulnar. Componenta rotaional este aproape nul pentru brahial.b) Muchiul biceps brahial, cu o seciune fiziologic mai mare este un flexor mai puternic dect brahialul. Componenta rotaional bine reprezentat n activitatea lui, influeneaz ceilali vectori. Astfel bicepsul e un flexor puternic al cotului cu antebraul n poziie de supinaie (deci dupa ce s-a epuizat componenta rotaional). Deasemenea poate aciona ca flexor puternic cnd antebraul este n poziie neutr (cu policele vertical), componenta lui supinatorie fiind neutralizata de cuplul rotund pronator-ptrat pronator.Bicepsul i brahialul transform (n timpul flexiei) scheletul antebraului ntr-o prghie de gradul III cu sprijin n articulaia cotului. Eficiena contraciei lor este caracterizat prin momentul muchiului, adic produsul dintre mrimea forei musculare i lungimea braului virtual al prghiei. Din calculul momentului se poate deduce c bicepsul i brahialul acioneaz cu un moment al braului relativ scurt, fcnd necesar o for muscular mare pentru a menine o greutate n mn. Aceasta genereaz o for de reacie important n articulaie, care explic predispoziia spre artroze de cauz mecanic, similare membrului inferior. Pe de alt parte, doar o mic modificare de lungime a muchilor n timpul contraciei este capabil s produc deplasri de mare amplitudine a extremitii antebraului i minii. Din acest motiv ei sunt considerai muchi de vitez, teoretic fiind cel mai bine adaptai la produc o micare accelerat de-a lungul arcului de micare articular.

c) Muchiul brahioradial este i el un flexor puternic cnd antebraul este n poziie neutr, consecin a braului lung de prghie pe care o folosete. Spre deosebire de primii doi muchi, brahioradialul are originea n imediata vecintate a articulaiei, pe marginea lateral a humerusului, iar inseria pe procesul stiloid al radiusului este situat la mare distan de articulaie. Analiza momentului muscular evideniaz existena unei fore cu un vector transarticular bine reprezentat, indiferent de poziia articulaiei. Muchiul brahioradial constituie un factor principal n asigurarea stabilitii articulare cnd se exercit fore care tind s separe suprafeele articulare; cratul unei greuti n mn, realizarea unor micri rapide de flexie-extensie care genereaz fore centrifuge de separate. El este considerat un muchi n derivaie capabil s produc fore centripete de stabilizare n cursul realizrii micrilor rapide.Sunt considerai muchi flexori auxialiari sinergici, mm. epicondilieni mediali sau laterali, a cror rezultant de aciune se proiecteaz anterior de axul de micare pentru anumite grade de flexie. Astfel contribuie la aciunea flexorilor principali mm. pronator teres, flexor carpi radialis i palmaris longus (dintre epicondilienii mediali) i extensor carpi radialis longus i brevis (pentru muchii epicondilieni laterali).B. Agenii motori ai extensiei sunt reprezentai de mm. triceps brahial i anconeus. Extensorii principali sunt reprezentai de cele dou capete scurte ale tricepsului, lucrnd ca muchi monoarticulari. n timp ce capul medial este activ n toate formele de extensie, capul lateral intervine mai ales n micrile contra unei rezistene. Captul lung acioneaz eficient cnd, cu braul proiectat nainte se realizeaz extensia articulaiei cotului (lovitura tietorului de lemne) sau cnd vrem s mpingem un corp greu nainte. Cnd greutatea corpului este susinut n mini, cu articulaia cotului semiflectat, membrul superior devine lan cinematic nchis, iar olecranul se transform n hipomochlion, facilitnd aciunea de extensie a tricepsului. Pauly demonstreaz electromiografic c muchiul anconeus este activ n fazele de iniiere a extensiei articulare, de meninere a ei i de stabilizare articular n cursul realizrii altor micri. Micarea de extensie a articulaiei cotului n ortostatism se desfoar pasiv, prin aciunea forei gravitaionale. Controlul acestei micri este realizat prin contracia excentric a muchilor flexori din loja anterioar a braului.Contracta izometric-sinergic a muchilor flexori i extensori fixeaz articulia cotului intr-o poziie dat, permind realizarea altei rnicri, ulterior (o supinaie forat) sau transformarea membrului superior ntr-un sistem eficient de transport al greutilor (Pauwels).II. Funcia de rotaie a antebraului este consecina posibilitii de a realiza micri de rotaie ntre radius i ulna. Aceasta implic funcionarea articulaiei radiohumerale cuplat cu articulaiile radioulnare proximal i distal ntr-o micare sincron. Axul de micare trece din centrul capitulumului humeral prin mijlocul foveei capului radial, cobornd oblic distal pentru a intersecta procesul stiloid al ulnei. In condiii de lan cinematic deschis, capul radiusului realizeaz o micare de rotaie fr deplasare n interiorul ligamentului inelar, n timp ce extremitatea inferioar a radiusului descrie un arc semicircular n jurul capului ulnei (Fig 26). Aceasta forma de rotaie specific a antebraului apare ca o consecin a oblicitii dintre axul anatomic al radiusului i axul mecanic al rotaiei facnd ca micarea de rotaie s contureze un con. (Fig.2

FIG. 26 Micrile extremitiiinferioare a radiusului nsupinaie-pronaieMicarea de con a radiusului n jurul ulnei n supinaie-pronaie

Micarea de pronaie este efectuat de radius care se deplaseaz oblic n faa ulnei, astfel c extremitatea lui superioar rmne lateral i extremitatea inferioar ajunge medial de axul ulnar. n micarea de supinaie deplasarea se inverseaz i radiusul ajunge lateral i paralel cu ulna.Amplitudinea medie de micare este considerat 71 pentru pronaie i 81 pentru supinaie, dar la aceasta medie de 150 se adauga i aciunea articulaiei radiocarpiene, ceea ce permite o amplitudine totala de micare de 180 a mainii. Marea majoritate a activitailor vieii zilnice se realizeaz intr-un interval de 50 pronaie pn la 50 supinaie. Clasic se consider uoar adducie. Micarea extremitii proximale a ulnei este neimportant, dar extremitatea distal se deplaseaz pe un arc redus, cu o component lateral i una de extensie. Central celor dou arcuri ar reprezenta punctul prin care trece distal axul micrii de supinaie-pronaie (Kapandji).

FIG. 27 Translaia lateral a axului radial n pronaie

Datorit formei imperfect circulare (ovoid) capul radial impreun cu axul micrii se deplaseaz lateral cu aproximativ 2 mm n pronaie. Aceast deplasare lateral creaz spaiu pentru tuberozitatea radial care i schimb poziia spre medial n timpul pronaiei (Fig. 27).Micarile de rotaie ale antebraului sunt limitate la extremele lor de aciune combinat a ligamentelor i muchilor. Membrana interosoas nu intervine printr-o aciune specific: rolul ei const n prevenirea deplasrii proximale a radiusului fa de uln, aa cum se ntmpl in aciunea de mpingere. Fibrele oblice din structura ei se opun deplasrii distale a radiusului fa de ulna ca n micarea de traciune. In poziie de pronaie radiusul este ntotdeauna supus unor solicitri mai nalte dect ulna, care nu este solicitat. Cderea pe mna pronat, n extensie dorsal, produce fracturi ale extremitii distale a radiusului. In poziie de supinaie ulna preia o parte din sarcini, transmise de la mn prin intermediul complexului fibrocartilaginos triunghiular (Palmer i Werner).Dac mna este prins pe un obiect fix, membrul superior realizeaz un lan cinematic nchis. n aceste condiii este posibil apariia supinaiei i pronaiei ulnei n jurul radiusului cu centrul de rotaie la nivelul articulaiei glenohumerale care se substituie ginglymului humeroulnar n care nu se pot realiza micri de rotaie.

B. Cinetica cotului

Marimea i direcia forelor care acioneaz la nivelul cotului pot fi determinate relativ uor pe modele statice. Muchii flexori acioneaz printr-un bra al momentului relativ scurt, necesitnd dezvoltarea unor fore mari pentru o greutate n mn cu cotul n flexie (!!). Ca o consecin, fora de reacie articular este mare, ceea ce explica predispoziia articulaiei pentru boli degenerative de cauz mecanic. Pentru articulaia cotului n flexie de 90, principala for muscular M este produsa prin contracia muchiului brahial i bicepsului brahial. Ea acioneaz perpendicular pe axul antebraului, cu o distan ntre centrul de rotaie al cotului i punctul de aciune de 5 cm. Greutatea antebraului W este de 2 Kg proiectat n centrul de greutate situat la 13 cm de articulaie.Prin contrast dac o greutate de IKg este inut n mn (acionnd pe un bra de prghie de 30 cm) fora M necesar pentru meninere crete brusc la 10 N, iar fora de reacie articular ajunge la 20 N (Fig. 28). Caracteristic pentru articulaie este faptul c sarcini relativ mici la nivelul minii genereaz fore de reacie mari n articulaie.Dup Nicole, forele dezvoltate n articulaia cotului n timpul activitilor vieii zilnice sunt n medie de 200 N pentru mncat i mbrcat. Activitile mai susinute ca mpingerea unui obiect greu pot duce la o cretere a forei de reacie articular pn la 1700N. Aceasta face ca din punct de vedere mecanic, articulaia cotului s fie mai aproape de articulaiile membrului inferior.

FIG. 8.24 PENSA BIDIGITALA SCURTAFIG. 8.25 PENSA BIDIGITALA LUNGA

Flexia articuladilor interfalangiene este controlata de ambii flexori in articulaiile proximale, iar in articulaiile distale doar de flexorul profund.Flexia policelui este controlata de m. fleoor lung ol policelui.Extensia in articula|ia interfalangiana proximala este controlata de extensorul degetelor al carui tendon central este pus in tensiune de mm intrinseci care actioneaza prin intermediul tendonului alar. Pentru o aciune eficienta, articulatjile metacarpofalangiene trebuie sa fie stabilizate de mm intrinseci. M. extensor lung al policelui controleaza extensia policelui.PrehensiuneaMana este segmentul terminal al membrului superior capabila sa realizeze o gama larga de micari. Extero- i proprioceptorii mainii analizeaza calitaple obiectului pe care le transmitcentrilor nervoi care controleaza micarile mainii pe tot parcursul desfamarii lor. Mana este adaptata pentru micarile de apucat i strans, dar are i posibilitatea altor micari secundare de impingere, lovire, manipulare i susinere a unor greuti.Micarea de prehensiune presupune capacitatea mainii de a apuca obiecte ca intr-o pensa cu doua braje rigide, cu articulaii mobile care sa permita deschiderea i inchiderea lor sub aciunea unui aparat musculoligamentar.Dupa modalitatea de utilizare a degetelor i suprafeelor palmei se difereniaza mai multe forme de prehensiune:a) de precizie (de finee) care utilizeaza o pensa terminala cu care sunt prinse obiectele uoare. Exista o pensa bidigitala intre policemi index in flexie (prinderea unui ac) sau in extensie (pensa lunga) ca la prinderea unui arcu de vioara.Pensa bidigitala cu priza laterala este utilizata intre police i faa laterala a indexului (prinderea cheilor), iar pensa interdigitala realizeaza priza prin apucarea a unui obiect uor (igara, foaie de hartie, etc.).

FIG. 8.26 PENSA BIDIGITALA CU PRIZA LATERALAFIG. 8.27 PENSA INTERDIGITALA FIG. 8.28 PENSA TRIDIGITALA

FIG. 8.29 PENSA TRIDIGITALA SIMETRICA

Pensa tridigitala permite priza i controlul creionului implicand intervenjia feei laterale a degetului mijlociu ca element de susjinere. Pensa tridigitala simetrica permite apucarea hranei.Prehensiunea de precizie utilizeaza mm intrinseci ai mainii prevazuji cu uniti motorii mici capabili sa produca micari de finee.b) prehensiunea de forfa folosete degetele fixate in jurul unui obiect cu policele in opozijie realizand contrapresiunea. Aceasta este o pensa pentadigitala prin care un obiect cilindric poate fi apucat cu fora i manipulat prin micarea ntregului membru superior.c) prehensiunea de tip carlig permite suspendarea sau tracjiunea pe obiecte de tip maner, rarnura de copac sau stanca, permijand suspendarea corpului de obiectul apucat sau transportul unor greutai. Carligul este realizat printr-o pensa tetradigitala formata de ultimile patru degete i regiunea distala palmara a mainii.

FIG. 8.30 PREHENSIUNEA DE FORTAFIG. 8.31 PREHENSIUNEA DE TIP CARLIG