Posizioni di allungamento per il legamento coraco-omerale: Strain measurement during passive motion using fresh/frozen cadaver shoulders

Preparazione e campioni

Nine fresh/frozen shoulder specimens (6 maschi, 3 femmine) senza evidenza di rottura del tendine o osteoartrite sono stati usati in questo esperimento. In questo studio, abbiamo osservato la cartilagine articolare della testa omerale e della fossa glenoidea della scapola dopo lo studio, e gli esemplari con osteofiti o abrasioni della cartilagine articolare sono stati esclusi. L’età degli esemplari alla morte variava da 79 a 96 anni (media, 86,3 anni). Entro 24 ore dalla morte, i campioni sono stati trasferiti dagli ospedali regionali al 2° Dipartimento di Anatomia della nostra università. I campioni di spalla sono stati disarticolati dal torace e conservati in un congelatore a -20°C. Lo scongelamento dei campioni di spalla a temperatura ambiente (22°C) è iniziato 12 ore prima della preparazione.

La pelle, la fascia, i muscoli, i nervi e i vasi sono stati rimossi risparmiando la cuffia dei rotatori e il legamento coraco-omerale. Inoltre, il legamento coracoacromiale e la parte anteriore dell’acromion sono stati rimossi, e il legamento coraco-omerale e il tendine del sovraspinato sono stati esposti. Il terzo distale dell’omero è stato esposto, e un bastoncino acrilico è stato inserito perpendicolarmente all’asta dell’omero, indicando la direzione dell’avambraccio. Successivamente, l’omero è stato amputato sopra il gomito. Durante l’esperimento, i campioni sono stati mantenuti umidi spruzzando della soluzione salina ogni 5-10 minuti. La temperatura ambiente è stata mantenuta a 22°C.

Apparato di prova

Per questo esperimento è stata utilizzata una maschera di legno, composta da una tavola di legno e un palo/colonna quadrato (altezza 500 mm × larghezza 160 mm × spessore 24 mm). La superficie ventrale della scapola del campione è stata fissata al palo/colonna di legno in modo che il bordo mediale della scapola fosse perpendicolare al suolo per simulare la posizione scapolare a riposo (Figura 1). Due ancore (Fastin RC filettata ancoraggio sutura, Mitek, Massachusetts, USA) sono stati inseriti nella inserzione ossea del tendine sottoscapolare e tendine infraspinato per applicare una forza di compressione di 11N (totale 22N) tramite una sutura contro la fossa glenoidea. In precedenti studi cadaverici, questa forza di compressione è stata utilizzata come la forza minima necessaria per prevenire la sublussazione della testa omerale dalla fossa glenoidea durante il movimento passivo gleno-omerale. In questo studio, la sublussazione della testa omerale è stata attentamente osservata da tre ricercatori e nessuna sublussazione visibile e palpabile è stata rilevata durante l’esperimento. Una sottile asta di legno (400 mm di lunghezza) è stata poi inserita nel canale midollare dell’omero per aiutare a mantenere l’elevazione gleno-omerale, l’abduzione, la flessione e l’estensione all’angolo designato durante la rotazione esterna passiva dell’omero.

Impianto sperimentale. Un sensore di spostamento è stato attaccato alle fibre superficiali del legamento coraco-omerale. Un dispositivo di tracciamento elettromagnetico a sei gradi di libertà è stato utilizzato per monitorare gli angoli di rotazione gleno-omerale.

Dispositivo di misurazione

I dati di deformazione del legamento coraco-omerale sono stati ottenuti da un sensore di spostamento (Pulse Coder, LEVEX, Kyoto, Giappone). L’errore di linearità e la precisione ripetitiva del Pulse Coder sono inferiori all’1% e 2,5 μm, rispettivamente. La corsa del Pulse Coder a questa linearità è di 14 mm, e tutte le misurazioni di deformazione sono state eseguite entro questo intervallo di corsa. Il Pulse Coder consisteva in un sensore a bobina e un tubo di ottone, in cui si trovava l’asta del sensore a bobina. Nei precedenti studi meccanici, la deformazione del legamento e del tendine è stata misurata utilizzando DVRT (Differential Variable Reluctance Transducer, Microstrain, Williston, Vermont). L’effetto di massa del DVRT non è stato descritto nelle relazioni precedenti; tuttavia, può essere trascurato in quanto il peso del Pulse Corder è 10,16 g. I sensori sono stati attaccati al centro della fibra superficiale del legamento coraco-omerale, e sono stati posti parallelamente alle fibre del legamento (Figura 2).

Una fotografia del sensore di spostamento. Il sensore era attaccato al centro delle fibre superficiali del legamento coraco-omerale parallelamente alle fibre del legamento.

Un dispositivo di tracciamento elettromagnetico a sei gradi di libertà (3SPACE FASTRACK, Polhemus, Colchester, Vermont) è stato utilizzato per monitorare gli angoli gleno-omerali durante la misurazione. La lunghezza, la larghezza, l’altezza e il peso dei sensori Polhemus erano rispettivamente 2,3 cm, 2,8 cm, 1,5 cm e 17 g. I sensori Polhemus sono stati fissati sull’osso con viti titaniche. Questa forma di fissazione è rigida. La stabilità del sensore è stata osservata nel monitor. L’angolo dell’articolazione gleno-omerale è stato simulato dall’angolo tra il piano della fossa glenoidea e la linea longitudinale dell’omero. L’angolo di rotazione è stato simulato dalla rotazione dell’omero lungo il suo asse longitudinale. La fossa glenoidea si inclina 4 gradi superiormente verso il bordo mediale della scapola, e a 7 gradi di retroversione. Poiché la scapola dell’esemplare era fissata sulla dima di legno, la regolazione della superficie anteriore della scapola in modo da essere parallela al piano frontale, permette di determinare il piano della fossa glenoidea sulla base delle conoscenze anatomiche. Questo dispositivo ha permesso di misurare la posizione tridimensionale e l’orientamento dei sensori rispetto alle coordinate assolute generate dalla sorgente. Un sensore è stato posizionato sull’acromion e l’altro sulla porzione centrale dell’omero. In questo sistema, l’angolo di flessione, abduzione ed estensione del braccio è stato definito come l’angolo tra il piano della fossa glenoidea e l’asse longitudinale dell’omero. L’angolo di rotazione è stato definito come la rotazione dell’omero lungo il suo asse longitudinale. In un intervallo di 750 mm dalla sorgente, la precisione posizionale era di 0,8 mm radice media quadrata, e la precisione angolare era di 0,5° radice media quadrata.

Procedura sperimentale

Parte della misurazione

Il legamento coraco-omerale è riportato per correre dalla base del processo coracoideo alla tuberosità maggiore e minore dell’omero. Il legamento coraco-omerale è classificato in fibre superficiali e profonde, le prime si inseriscono nella tuberosità maggiore e le seconde nella tuberosità minore. In questo esperimento, è stato misurato lo sforzo sulle fibre superficiali, ma non sulle fibre profonde, del legamento coraco-omerale, perché le fibre superficiali sono considerate la parte principale di questo legamento. In questo studio, la deformazione è stata misurata sulle fibre superficiali centrali del legamento coraco-omerale come Bigliani et al hanno riferito che le proprietà di trazione sono state misurate al centro del legamento gleno-omerale inferiore, e Noyes et al hanno riferito che le proprietà di trazione erano le più alte al centro del tendine rotuleo, e questi valori sono stati utilizzati per rappresentare l’intero tendine della rotula. (Figura 2)

Posizioni di misurazione

Per misurare lo sforzo sul legamento coraco-omerale, le posizioni di misurazione sono state designate da una combinazione di posizioni che sono state precedentemente riportate in letteratura e quelle ottenute dai nostri esperimenti preliminari. Sulla base della posizione anatomica del legamento coraco-omerale, che si trova sull’aspetto antero-superiore dell’articolazione gleno-omerale, lo stiramento passivo con rotazione esterna è stato applicato ai campioni in ciascuna delle posizioni designate. La gamma di rotazione esterna passiva dei campioni usati in questo studio era da -10° alla rotazione massima. In ogni posizione della spalla, è stata applicata una rotazione esterna passiva con incrementi di 10° (Figura 3: Globo-grafico del posizionamento clinico).

Posizioni di misurazione dell’articolazione gleno-omerale in vitro. Rotazione esterna a 0°, 30° e 60° elevazione nel piano della scapola (Figura 3-A), rotazione esterna a 30° e 60° flessione (Figura 3-B), rotazione esterna a 30° e 60° abduzione (Figura 3-C), rotazione esterna a 30° estensione (Figura 3-D), rotazione esterna e adduzione a 30° estensione (Figura 3-E). Nel sistema del globo, il piano della scapola era coerente con 0 gradi di longitudine. Quindi, la latitudine del sistema del globo indica l’angolo di elevazione dell’articolazione gleno-omerale. La longitudine del sistema del globo indica l’angolo di adduzione o abduzione orizzontale dell’articolazione gleno-omerale. Le frecce indicano la direzione del movimento dell’articolazione gleno-omerale come rotazione esterna. ER: Rotazione esterna dell’articolazione gleno-omerale.

In questo studio, abbiamo definito ogni movimento articolare utilizzando il sistema Globe. Il piano della scapola è stato fissato ad una longitudine di 0 gradi nel sistema Globe. Gli aspetti ventrali e dorsali della scapola sono stati definiti come valori positivi e negativi, rispettivamente, come mostrato nella Figura 3. Inoltre, l’elevazione di 0 gradi dell’omero è stata fissata a 0 gradi di latitudine, con elevazione massima a 180 gradi di latitudine. La scapola è protratta di 30 gradi nel piano frontale verso la gabbia toracica in vivo. In questo studio, abbiamo simulato il movimento dell’articolazione gleno-omerale fissando l’aspetto ventrale della scapola con una maschera. Flessione e abduzione ed estensione sono state simulate da 60, -30 e -90 gradi di longitudine nel sistema Globe.

Per mantenere le proprietà di trazione del legamento coraco-omerale e il range di movimento dell’articolazione gleno-omerale, il range di movimento passivo dell’articolazione gleno-omerale è stato applicato 10 volte al range finale in ogni posizione di allungamento prima dell’esperimento.

La tensione sul legamento in ogni posizione della spalla è stata misurata fino a quando il movimento passivo ha raggiunto il range terminale dell’articolazione gleno-omerale, che è stato determinato dalla mobilizzazione di grado III dopo la procedura di Kaltenborn. In quel sistema di classificazione, la mobilizzazione di grado III comprende l’applicazione manuale della forza in un punto in cui il terapista ha percepito la sensazione di fine dell’articolazione e non ha osservato ulteriori stiramenti del legamento.

Posizione di base

Posizione di base: La posizione di base dell’articolazione gleno-omerale è stata determinata come 0° di elevazione con 30° di rotazione esterna sul piano scapolare.

In questo studio, la scapola disarticolata dal torace era fissata sulla maschera nel piano frontale. Pertanto, l’elevazione è stata designata come abduzione gleno-omerale nel piano scapolare, l’abduzione è stata designata come abduzione gleno-omerale con 30 gradi di abduzione orizzontale, e la flessione è stata designata come abduzione gleno-omerale con 60 gradi di adduzione orizzontale.

Rotazione esterna con elevazione

L’articolazione gleno-omerale è stata elevata a 0°, 30° o 60° sul piano scapolare . In ogni posizione della spalla, la rotazione esterna passiva è stata applicata da -10° alla rotazione massima in incrementi di 10° (Figura 3-A).

Rotazione esterna con flessione

L’articolazione gleno-omerale è stata elevata a 30° o 60° sul piano scapolare con un ulteriore 60° di adduzione orizzontale. In ogni posizione della spalla, la rotazione esterna passiva è stata applicata da -10° alla rotazione massima in incrementi di 10° (Figura 3-B).

Rotazione esterna con abduzione

L’articolazione gleno-omerale è stata elevata a 30° o 60° sul piano scapolare con un ulteriore 30° di abduzione orizzontale. In ogni posizione della spalla, la rotazione esterna passiva è stata applicata da -10° alla rotazione massima in incrementi di 10° (Figura 3-C).

Rotazione esterna con estensione

L’articolazione gleno-omerale è stata elevata a 30° sul piano della scapola con un ulteriore 90° di abduzione orizzontale. In questa posizione della spalla, la rotazione esterna passiva è stata applicata da -10° a 50° in rotazione massima con incrementi di 10° (Figura 3-D).

Rotazione esterna e adduzione con estensione

L’articolazione gleno-omerale è stata elevata a 30° sul piano della scapola con un ulteriore 90° di abduzione orizzontale e massima adduzione. In questa posizione della spalla, la rotazione esterna passiva è stata applicata da -10° alla rotazione massima in incrementi di 10° (Figura 3-E).

Differenze tra in vivo e cadaveri

L’angolo gleno-omerale differisce nell’angolo di elevazione rispetto al torace. In vivo, la scapola non ruota da 0 a 30 gradi di elevazione dell’estremità superiore, e dopo i 30 gradi di elevazione dell’estremità superiore, il rapporto è 1:1. La scapola è quindi ruotata lateralmente di 30 gradi quando il braccio è elevato a 90 gradi. Per questo motivo, 60 gradi di elevazione in questo esperimento corrispondono a 90 gradi di elevazione del braccio in vivo. Pertanto, la rotazione, l’adduzione e l’abduzione a 60 gradi di elevazione in questo esperimento corrispondono alla rotazione a 90 gradi di elevazione e all’adduzione e abduzione orizzontale in vivo, rispettivamente.

Identificazione della lunghezza di riferimento (L0) e analisi dei dati

Sulla base del metodo nelle relazioni precedenti utilizzando spalle di cadaveri, la lunghezza di riferimento (L0) è stata determinata per il legamento. La lunghezza di riferimento era la lunghezza alla quale la curva angolo-deformazione del legamento ha iniziato a indicare una diminuzione improvvisa della deformazione. Lo spostamento del legamento è stato quindi definito come la variazione di lunghezza da quella a L0. Sulla base dei dati ottenuti da esperimenti preliminari, il L0 è stato determinato le posizioni designate del legamento per eliminare il lasco nel legamento. Per misurare lo sforzo sul legamento e sulla capsula, è possibile che il vero sforzo su questi tessuti possa essere ottenuto sottraendo l’allentamento nei tessuti.(Figura 4).

Identificazione della lunghezza di riferimento (L0) per il legamento coraco-omerale. La lunghezza di riferimento era la lunghezza alla quale la curva angolo-deformazione del legamento ha iniziato a indicare una diminuzione improvvisa della deformazione. Le fotografie (a), (b), (c) indicano il legamento coraco-omerale durante la rotazione esterna a 0° di elevazione nel piano della scapola dell’articolazione gleno-omerale; (a) il legamento allentato, (b) il legamento a L0, e (c) il legamento teso. Questa freccia è il punto di cambiamento del rapporto di deformazione da allentato a teso nella Figura 4. La vera deformazione della capsula articolare può essere ottenuta da questo punto.

Poiché la procedura di stretching descritta in Muscle Stretching in Manual Therapy dovrebbe essere applicata all’articolazione per 10-12 secondi dopo che il movimento passivo dell’articolazione gleno-omerale ha raggiunto la fine del range di movimento, ogni posizione nel nostro studio è stata mantenuta per più di 10 secondi fino a quando non è stato osservato alcun aumento o diminuzione del valore della deformazione. Le misurazioni sono state eseguite 3 volte durante ogni procedura di allungamento, e un valore rappresentativo è stato calcolato facendo la media dei valori ottenuti per ogni procedura di allungamento.

Analisi statistica

L’analisi statistica è stata eseguita utilizzando SPSS per Windows ver. 11.5 J (SPSS Japan Inc., Tokyo, Giappone). I valori di misurazione sono stati analizzati mediante ANOVA ripetuta a una via utilizzando i valori di misurazione grezzi per ogni posizione di stiramento. Pertanto, la lunghezza di riferimento 0 è stata confermata utilizzando i valori di misurazione grezzi della distanza tra gli aghi nel punto in cui è stato determinato un cambiamento acuto della deformazione. Un aumento graduale della rotazione esterna dell’articolazione gleno-omerale è stato poi applicato per misurare lo sforzo del legamento. Il test post hoc di Dunnett è stato utilizzato per i confronti multipli con la lunghezza grezza di riferimento. Il livello alfa è stato fissato a 0,05.

Lo sforzo positivo su ogni legamento è stato calcolato utilizzando la seguente formula:

dove L è la lunghezza tra i punti a L0, e ΔL è lo spostamento da L0. I valori di deformazione superiori allo 0% indicano uno stiramento positivo del legamento da L0. Valori inferiori allo 0% indicano nessun allungamento e sono indicati come 0% di deformazione.