فیزیوکلینیک :: میزگردی برای فیزیوتراپی

کینزیولوژی و بیومکانیک شست دست

ساختار شست

مفصل کارپومتاکارپال شست

مفصل کارپومتاکارپال شست یا مفصل trapeziometacarpal بین استخوان تراپزیوم و قاعده اولین متاکارپال قرار دارد. برخلاف دیگر مفاصل کارپومتاکارپال انگشتان، اولین مفصل کارپومتاکارپال از نوع saddle با دو درجه آزادی حرکت است: فلکشن/اکستنشن و ابداکشن/اداکشن (شکل 1). همچنین این مفصل می تواند روتیشن محوری را به همراه دیگر حرکات انجام دهد. مهم ترین اثر روتیشن محوری یک حرکت circumduction است که معمولا opposition نامیده می شود. اپوزیشن حرکتی است که طی آن نوک شست در مقابل نوک سایر انگشتان قرار می گیرد.

***

شکل1: قسمت زین اسبی تراپزیوم در صفحه سجیتال مقعر ( ابداکشن/اداکشن) و در صفحه فرنتال محدب ( فلکشن/اکستشن) است. قسمت گوی مانند در نزدیکی تکمه رادیال قدامی در همه جهات محدب است. قاعده اولین متاکارپال شکل متقابل با قاعده تراپزیوم دارد.

ساختار اولین مفصل کارپومتاکارپال

Zancolli و همکارانش بیان داشتند که سطوح اولین مفصل کارپومتاکارپال نتنها شامل سطوح زین اسبی شکل است بلکه قسمت گوی مانندی را در نزدیکی تکمه رادیال قدامی نیز در بر می گیرد. قسمت زین اسبی تراپزیوم در صفحه سجیتال مقعر ( ابداکشن/اداکشن) و در صفحه فرنتال محدب ( فلکشن/اکستشن) است. قسمت گوی مانند در نزدیکی تکمه رادیال قدامی در همه جهات محدب است. قاعده اولین متاکارپال شکل متقابل با قاعده تراپزیوم دارد (شکل 1). فلکشن/ اکستنشن و ابداکشن/اداکشن در سطوح زین اسبی شکل صورت می گیرد. در حالی که چرخش محوریِ همراه با اپوزیشن در سطوح گوی مانند اتفاق می افتد. فلکشن/اکستنشن این مفصل حول محور تقریبا مایل A-P و ابداکشن/اداکشن حول محور مایل کرونال صورت می گیرد. این برخلاف اکثر مفاصل دیگر است که در آنها فلکشن/اکستنشن معمولا حول محور کرونال و ابداکشن/اداکشن حول محور A-P صورت می گیرد. به دلیل چرخش تراپزیوم تغییراتی در این مفصل صورت می گیرد که به طور مؤثری  سطح volar شست را به سمت داخل می چرخاند. در نتیجه فلکشن/اکستنشن تقریبا موازی با کف دست و ابداکشن/اداکشن تقریبا عمود با کف دست صورت می گیرد. Cooney و همکاران ROM اولین مفصل کارپومتاکارپال را به طور میانگین 53 درجه برای فلکشن/اکستنشن و 42 درجه برای ابداکشن/اداکشن و 17 درجه برای روتیشن اندازه گیری کرده اند.

کپسول این مفصل نسبتا شل است اما توسط لیگامان های ولار، دورسال، رادیال و النار تقویت می شود. همچنین لیگامان intermetacarpal قاعده اولین و دومین متاکارپال را افسار می کند و از جابجایی زیاد درجهت رادیال و دورسال قاعده اولین متاکارپال جلوگیری می کند. لیگامان های dorsoradial و مایل قدامی به عنوان ثبات دهنده های کلیدی این مفصل هستند. گرچه برخی از محققین روتیشن محوری در این مفصل حین اپوزیشن را حاصل عدم تطابق و شلی مفصل بیان کرده اند، اما به عقیده Zancolli و همکارانش این حرکت حاصل تطابق سطوح گوی مانند و تانسیون های منتج در لیگامان های حمایت کننده است. البته به نظر می رسد که یک مقدار عدم تطابق در مفصل باید وجود داشته باشد. در این مفصل تغییرات استئوآرتریک با افزایش سن شایع است که می تواند به باریک شدن غضروف در نواحی که لود زیاد ناشی از pinch(نیشگون گرفتن) و grasp(چنگ زدن) تحمل می کنند قابل نسبت باشد.  Ateshian و همکاران تفاوت های جنسیتی در فیت شدن تراپزیوم با متاکارپال یافتند، به این صورت که در سنین بالا تراپزیوم خانم ها عدم تطابق بیشتری نسبت به آقایان  دارد. این یافته می تواند میزان بالای OA در اولین مفصل متاکارپال خانم های مسن را توجیه کند، اما نمی تواند مشخص کند که این عدم تطابق حاصل این تغییرات degenerative است یا علت آن. وضعیت closed-packed این مفصل در هر دو حالت ابداکشن و اداکشن زیاد صورت می گیرد، مشروط به اینکه در وضعیت خنثی حداکثر حرکت را داشته باشد.

شکل2: تغییرات degenerative در اولین مفصل متاکارپال (کارپومتاکارپال) باعث اپوزیشن دردناک می شود.

فانکشن اولین مفصل کارپومتاکارپال

دامنه و جهت حرکت واحدی در این مفصل هست که حرکت اپوزیشن شست را ایجاد می کند. اپوزیشن حرکات پی در پی ابداکشن، فلکشن و اداکشن اولین کارپومتاکارپال همزمان با روتیشن است. این حرکات باعث تغییر جهت متاکارپال شست می شود که شست از کف دست جدا می شود و در تماس با دیگر انگشتان قرار می گیرد. اهمیت فانکشنال متاکارپال شست و حرکات اپوزیشن در استفاده شست در همه فرم های prehension یا گرفتن (grasp و فعایت های زبردستانه) نمایان می شود. زمانی که اولین مفصل کارپومتاکارپال در اکستنشن و اداکشن فیوز شود، اپوزیشن نمی تواند رخ دهد. اهمیت اپوزیشن آنقدر است که در صورت فیوز شدن اولین مفصل کارپومتاکارپال، مفصل trapezioscaphoid حالت زینی شکل بیشری به خود می گیر تا لااقل کمی اپوزیشن صورت گیرد. این تغییر فانکشن شگفت انگیز مثال بسیار خوبی است برای نشان دادن توانایی بدن در جایگزین کردن فانکشن های ضروری.

مفاصل متاکارپوفلنجیال و اینترفلنجیال شست

مفصل متاکارپوفلنجیال شست سطح مفصلی بین سر اولین متاکارپال و بند پروگزیمال است. گفته می شود این مفصل از نوع condyloid با دو درجه درجه آزادی حرکت است: فلکشن/اکستنشن و ابداکشن/اداکشن. یک مقدار روتیشن پسیو هم وجود دارد که چندان اهمیتی ندارد. سر متاکارپال در پشت و خارج فاقد غضروف است و شباهت زیادی به سر بند پروگزیمال دارد. کپسول این مفصل، volar plate و لیگامان های طرفی را تقویت می کند و به کپسول مفصل متاکارپوفلنجیال سایر انگشتان شباهت دارد. فانکشن اصلی این مفصل ایجاد دامنه اضافی فلکشن برای شست در اپوزیشن است. علیرغم شباهت های ساختاری بین مفاصل متاکارپوفلنجیال، اولین متاکارپوفلنجیال نسبت به بقیه محدودیت بیشتری در حرکت دارد. گرچه دامنه موجود در افراد متفاوت است، اولین مفصل متاکارپوفلنجیال به ندرت دامنه فلکشن بیش از نصف سایر انگشتان دارد. ابداکشن/اداکشن و روتیشن به شدت محدود است. این محدودیت می تواند به علت تفاوت های ساختاری موجود در مفاصل متاکارپوفلنجیال سایر انگشتان با شست باشد. اولین مفصل متکارپوفلنجیال شست در سطح volar با دو استخوان سساموید در خارج کپسول  تقویت می شود (شکل3).  این دو استخوان توسط فیبرهایی از لیگامان های طرفی و intersesamoid در جای خود نگه داشته می شوند. Goldlberg و  Nathan  این گونه مطرح کردند که استخوان های سساموید حاصل اصطکاک و فشار وارده بر تاندون ها هستند. آنها اینگونه از نظریه خود حمایت کردند که استخوان های سساموید اولین مفصل متاکارپوفلنجیال تا 12 سالگی نمایان نمی شود. در برخی از تحقیقات نیز بیان شده است که در 70% موارد متاکارپوفلنجیال پنجم و در 50% موارد متکارپوفلنجیال دوم نیر دارای سساموید هستند.

شکل3:  مفصل متاکارپوفلنجیال شست دو استخوان سساموید دارد که در قسمت volar مفصل توسط لیگامانهای intersesamoid محکم شده است.

مفصل اینترفلنجیال شست سطح مفصلی بین سر بند پروگزیمال و قاعده بند دیستال است. این مفصل از نظر ساختار و فانکشن مشابه مفاصل اینترفلنجیال سایر انگشتان است.

ساختار عضلانی شست

عضلات شست همانند کابل هایی هستند که باید میله یک پرچم را نگه دارند تا در صورت کشیده شدن از هر سمت میله پایدار بماند. مفصل متاکارپال و بندهای پروگزیمال و دیستال یک تنه مفصلی ایجاد می کند که بر روی تراپزیوم می نشیند. همانند میله پرچم تانسیون کابل های عضلانی باید در هر طرف وجود داشته باشند تا پایداری آن حفظ شود.  به علت این که این پایداری بیشتر به عضلات مربوط است تا فشار های مفصلی (حداقل در مفصل کارپومتاکارپال)،  اغلب عضلاتی که به شست اتصال دارند تمایل دارند تا در بیشتر فعالیت های شست فعال شوند. همچنین تفاوت های ذاتی فردی در استراتژی های حرکت در بین افراد نرمال وجود دارد. در نتیجه، تحقیقات صورت گرفته در مورد فانکشن عضلات شست در زمان فعال بودن عضلات نبوده است؛ بلکه عمدتا در زمان شیفت فعالیت عضله با توجه به با برتری مورد انتظار عضله بوده است.

عضلات اکسترینسیک

چهار عضله اکسترینسیک برای شست وجود دارد: فلکسور پولیسیس لانگوس (FPL)، اکستنسور پولیسیس برویس (EPB)، اکستنسور پولیسیس لانگوس (EPL) و ابداکتور پولیسیس لانگوس  (APL). عضله فلکسور پولیسیس لانگوس به شکل ولار قرار گرفته است (شکل 4).

شکل 4

این عضله به بند دیستال اتصال دارد و با عضله فلکسور دیجیتوروم پروفاندوس سایر انگشتان مرتبط است. تاندون فلکسور پولیسیس لانگوس در مچ با بورسای رادیال در ارتباط است که با غلاف انگشتان ادامه می یابد (شکل5). این عضله تنها عضله ای است که مستقل از سایر عضلات عمل می کند و یگانه عضله فلکسور  مفصل اینترفلنجیال شست نیز هست. تاندون فلکسور پولیسیس لانگوس بین استخوان های سساموید می نشیند و نتیجتا حفاظت می شود.

سه عضله اکسترینسیک دیگر در سطح دورسال قرار دارند. عضلات اکستنسور پولیسیس برویس و ابداکتور پولیسیس لانگوس از قسمت دورسال بازو شروع می شوند و از اولین کمپارتمان دورسال عبور می کنند و از روی قسمت رادیال مچ نیز عبور می کنند تا به محل اتصال خود برسند (شکل 6).  ابداکتور پولیسیس لانگوس به قاعده مفصل متاکارپال اتصال دارد، درحالیکه عضله اکستنسور پولیسیس برویس به قاعده بند پروگزیمال اتصال دارد. هردو عضله مفصل کارپومتاکارپال را ابداکت می کنند. اکستنسور پولیسیس برویس مفصل متاکارپوفلنجیال را نیز اکستند می کند. ابداکتور پولیسیس لانگوس و اکستنسور پولیسیس برویس همچنین می توانند کمی مچ را به radial deviation ببرند.           

شکل ۵

  شکل 6

اکستنسور پولیسیس لانگوس در بازو با ابداکتور پولیسیس لانگوس و اکستنسور پولیسیس برویس شروع می شود و در مچ نزدیک تر به خط میانی دورسال قبل از استفاده از تکمه dorsal radial(Lister's) به عنوان قرقره آناتومیک برای چرخیدن به سمت شست، عبور می کند. اکستنسور پولیسیس لانگوس به قاعده بند دیستال اتصال دارد. در سطح بند پروگزیمال تاندون اکستنسور پولیسیس لانگوس به یک  expansion از ابداکتور پولیسیس برویس (APB)، اولین عضله بین استخوانی ولار و اداکتور پولیسیس (AdP) متصل می شود. پیچیدگی دیگری در expansion اکستانسوری در مفصل متاکارپوفلنجیال شست وجود ندارد (در مقایسه با سایر انگشتان)، اما یک بالانس اداکتوری و ابداکتوری در این مفصل همانند دیگر انگشتان به دلیل تانسیون استراحت وجود دارد که موجب پایداری تاندون بلند اکستنسورها می شود. عضلات ابداکتور پولیسیس برویس و اداکتور پولیسیس که بیشتر در ناحیه volar قرار گرفته اند و به تاندون اکستنسور پولیسیس لانگوس متصل اند می توانند مفصل اینترفلنجیال را تا حالت خنثی اکستند کنند اما نمی توانند دامنه را تا هایپراکستنشن کامل کنند. اکستنسور پولیسیس لانگوس تنها عضله ایست که می تواند دامنه هایپراکستنشن را در مفصل اینترفلنجیال کامل کند. همچنین می تواند به همراه اکستنسور پولیسیس برویس نیروی اکستانسوری در مفصل متاکارپوفلنجیال اعمال کند. برخلاف سایر انگشتان، برای هر مفصل شست یک تاندون اکستنسور مجزا وجود دارد. ابداکتور پولیسیس لانگوس به قاعده متاکارپال، اکستنسور پولیسیس برویس به قاعده بند پروگزیمال و اکستنور پولیسیس لانگوس به قاعده بند دیستال اتصال دارد. به دلیل این که عضلات اکسترینسیک شست بر روی چند مفصل گستره دارند، باید با یکدیگر هماهنگ باشند تا پوزیشن و فانکشن شست را به صورت گروهی تحت تأثیر قرار دهند. همانند دیگر عضلات اکسترینسیک دست، وضعیت مچ یک فاکتور بسیار مهم برای ایجاد رابطه طول-تانسیون بهینه برای عضلات اکسترینسیک شست است. عضله فلکسور پولیسیس لانگوس به عنوان فلکسور مفصل اینترفلنجیال، تأثیر کمتری در فلکشن مچ دارد. عضله اکستنسور پولیسیس لانگوس زمانی که مفاصل مچ، کارپومتاکارپال و متاکارپوفلنجیال به طور همزمان در اکستنشن هستند، نمی تواند  اکستنشن مفصل اینترفلجیال را کامل کند. عضلات ابداکتور پولیسیس لانگوس و اکستنسور پولیسیس برویس به یک سینرجی از ulnar deviator ها نیاز دارند تا مچ به radial deviation نرود، که بر قابلیت آنها در تولید تاسیون در مفاصل شست تأثیر می گذارد.

عضلات اینترینسیک

پنج عضله تینار (اینترینسیک) از استخوان های کارپال و  فلکسور رتیناکولوم (یا لیگامان عرضی) مبدأ می گیرند. عضله اپوننس پولیسیس  (OP)، تنها عضله اینترینسیک شست است که اتصال دیستال آن بر روی متاکارپال اول است. خط عمل این عضله تقریبا عمود بر محور بلند اولین مفصل متاکارپال است و در کنار خارجی این استخوان قرار دارد. به همین دلیل، عضله اپوننس پولیسیس در تعیین پوزیشن اولین متاکارپال در پوزیشن های ابداکشن، فلکشن و روتیشن بسیار تأثیرگزار است. عضلات ابداکتور پولیسیس برویس، فلکسور پولیسیس برویس، اداکتور پولیسیس و اولین بین استخوانی ولار به بند پروگزیمال اتصال دارند. عضله فلکسور پولیسیس برویس دو سر اتصالی دارد. سر بزرگتر خارجی به همراه عضله ابداکتور پولیسیس برویس اتصال دیستال تر دارد و به همین دلیل کمی نیروی ابداکتوری تولید می کند. عضله فلکسور پولیسیس برویس از استخوان های سساموید مفصل متاکارپوفلنجیال عبور می کند که موجب می شود تا بازوی گشتاوری فلکشن در این مفصل افزایش یابد. سر داخلی این عضله به همراه عضله اداکتور پولیسیس به قسمت دیستال تر اتصال دارد و در اداکشن کمک می کند. اولین عضله بین استخوانی ولار از اولین متاکارپال شروع می شود و به استخوان سساموید النار و سپس به بند پروگزیمال اتصال می یابد. اولین عضله بین استخوانی  دورسال در  راستای فلکشن متاکارپوفلنجیال و اکستنشن اینترفلنجیال انگشت index (اشاره) عمل می کند. این عضله یک عضله bipennate است که از هردو متاکارپال اول و دوم و لیگامان intercarpal بر می خیزد.  Brand و Hollister این گونه پیشنهاد کردند که اولین عضله بین استخوانی دورسال بیشتر به عنوان distractor مفصل متاکارپوفلنجیال تا compressor آن عمل می کند؛ زیرا این عضله قسمت دیستال اولین متاکارپال را به سمت محل اتصال خود در قاعده بند پروگزیمال انگشت ایندکس می کشد (شکل7).

 شکل7: Brand  و Hollister پیشنهاد کردند که اولین عضله بین استخوانی دورسال distractor اولین مفصل متاکارپوفلنجیال است، که کمک می کند تا نیروهای کمپرسیو در این مفصل جبران شود.

این محقیقین همچنین بیان کردند که اتصالات این عضله بر روی شست توانایی حرکت دادن شست را ندارد اما در جبران نیروهای کمپرسیو و نیروهای dorsoradial حاصل از عضلات فلکسور/اداکتور در lateral pinch  و power grip بسیار با اهمیت است. وقتی این نیروها در نمونه های آزمایشگاهی بدون تانسیون در اولین بین استخوانی دورسال ایجاد شدند، مفصل کارپومتاکارپال دچار دررفتگی ناقص شد. Belanger و Noel پیشنهاد کردند که این عضله در اداکشن شست نیز می تواند کمک کننده باشد.

عضلات تینار در اغلب فعالیت های grasping صرف نظر از وضعیت شست فعال هستند. عضله اپوننس پولیسیس اغلب اوقات با ابداکتور پولیسیس برویس و فلکسور پولیسیس برویس همکاری می کند، البته مقدار این همکاری متفاوت است. زمانی که شست به آرامی در تماس با سایر انگشتان قرار می گیرد، عضله اپوننس پولیسیس غالب است و فعالیت عضله ابداکتور پولیسیس برویس از فلکسور پولیسیس برویس فراتر می رود. زمانی که اپوزیشن با انگشت ایندکس و انگشت میانی با شدت بیشتری صورت گیرد، فعالیت عضله فلکسور پولیسیس برویس از اپوننس پولیسیس فراتر می رود. البته در زمان اپوزیشن سریع با انگشت حلقه و انگشت کوچک، این نسبت تغییر می کند؛ به طوری که فعالیت اپوننس پولیسیس در زمان اپوزیشن سریع به سمت انگشت حلقه و به سمت انگشت کوچک به ترتیب بیشتر و مساوی نسبت به فلکسور پولیسیس برویس است.  این تغییرات در بالانس فعالیت های عضلانی در زمان اپوزیشن سریع و اپوزیشن النار با افزایش نیاز به ابداکشن و روتیشن متاکارپال همراه است.  به علاوه افزایش فشار در اپوزیشن در هنگام فعالیت عضله اداکتور پولیسیس مشاهده می شود. این عضله ثبات شست را در برابر انگشت اپوز شده فراهم می کند.  در اپوزیشن سریع به سمت انگشت ایندکس و انگشت میانی فعالیت عضله اداکتور پولیسیس از فعالیت بسیار کم ابداکتور پولیسیس برویس فراتر می رود. با افزایش پوزیشن حالت النار، افزایش نیاز به ابداکشن منجر به فعالیت همزمان اداکتورها و ابداکتورها می گردد. فعالیت عضلات اکسترینسیک شست در grasp به نظر می رسد که یک کمک برای جاگیری مفاصل متاکارپوفلنجیال و اینترفلجیال باشد. البته فانکشن اصلی عضلات اکسترینسیک برگرداندن شست به اکستنشن در کف دست می باشد. گرچه رها کردن یک شئ از وظایف ضروری عضلات اکسترینسیک است، فعالیت کم عضلات اپوننس پولیسیس و ابداکتور برویس نیز در این حرکت مشاهده شده است. این فعالیت های عضلانی به نگه داشتن شست در ابداکشن و متاکارپال در روتیشن کمک می کند که حرکت بعدی شست به سمت عقب از حالت اپوزیشن را تسهیل می کند.