Мышцы плеч: Как накачать плечи: классический набор упражнений

Владелец одной страницы — Винни Лу в рамках проекта One Page

Плечевой комплекс, состоящий из ключицы, лопатки и плечевой кости, представляет собой сложную комбинацию четырех суставов: плечевого (GH) сустава, акромиально-ключичного сустава (AC) и грудинно-ключичного сустава (SC), а также «плавающего сустава». «, известный как скапулоторакальный (ST) сустав.

Суставы GH, AC и SC соединяют верхнюю конечность с осевым скелетом грудной клетки. Сустав ST позволяет лопатке скользить по контуру задней грудной стенки. Все четыре сустава работают вместе, чтобы обеспечить нормальные движения плечевого пояса. ^[1] Движения плечевого комплекса представляют собой сложную динамическую взаимосвязь между мышечными силами, связками и костными суставами. Суставные структуры плечевого комплекса, в частности GH Joint, разработаны в первую очередь для обеспечения мобильности, что позволяет нам перемещать и позиционировать руку в широком диапазоне пространства, обеспечивая наибольший диапазон движений любого сустава тела. ^{[1] [2]}

Свобода передвижения была разработана за счет стабильности (широко известной как компромисс между мобильностью и стабильностью), и именно эти конкурирующие требования мобильности и стабильности в сочетании с сложная структурная и функциональная конструкция, которая делает плечевой комплекс очень восприимчивым к дисфункции и нестабильности (в конечном итоге к травмам). Плечо демонстрирует уникальный функциональный баланс между подвижностью и стабильностью за счет активных сил, известный как динамическая стабилизация, которая основана на активных силах или динамическом мышечном контроле, а не на пассивной стабилизации за счет пассивных сил, таких как конфигурация суставной поверхности, капсула или связки.Таким образом, в плечевом комплексе именно мышечные силы служат основным механизмом для крепления плечевого пояса к грудной клетке и обеспечения стабильной опоры для движений верхних конечностей. ^{[1] [2]}

^[3]

Остеология [править | править источник]

Костные сегменты плечевого комплекса включают ключицу, лопатку (лопатку), плечевую кость и грудину (связь с грудной клеткой).

Ключица [править | править источник]

Ключица расположена между грудиной и лопаткой и соединяется с телом через плечевую кость. ^[4] Ключица — первая кость в организме человека, которая начинает внутримембранозное окостенение непосредственно из мезенхимы на пятой неделе жизни плода. Как и все длинные кости, ключица имеет медиальный и латеральный эпифиз. Пластинки роста медиального и латерального ключичных эпифизов не срастаются до 25 лет.Особенностью длинных костей является S-образный двойной изгиб ключицы, который выпуклый медиально и вогнутый сбоку. Такой контур позволяет ключице служить опорой для верхней конечности, одновременно защищая и позволяя прохождение подмышечных сосудов и плечевого сплетения кнутри. ^{[1] [5]}

Лопатка [править | править источник]

Лопатка, обычно называемая лопаткой, представляет собой очень подвижную, тонкую, плоскую кость треугольной формы, размещенную на заднебоковой стороне грудной клетки.У него две поверхности, три границы, три угла и три отростка. ^{[1] [7]}

• Слегка вогнутая передняя часть кости называется подлопаточной ямкой , что позволяет лопатке плавно скользить по выпуклой задней части грудной клетки.
• Гленоидная ямка — это слегка вогнутая поверхность овальной формы, которая принимает головку плечевой кости, составляя плечевой сустав.
• Верхний и нижний суставные бугорки граничат с верхней и нижней сторонами суставной ямки и служат проксимальными прикреплениями длинной головки двуглавой мышцы и длинной головки трицепса соответственно.
• Лопаточная ость разделяет заднюю часть лопатки на надостную ямку (вверху) и подостную ямку (внизу).
• Акромионный отросток — это широкий уплощенный выступ кости из самой верхней латеральной части лопатки. Акромион образует функциональную «крышу» над головкой плечевой кости, помогающую защитить хрупкие структуры в этой области.
• Коракоидный отросток — это пальподобный выступ кости на передней поверхности лопатки, пальпируемый примерно на 1 дюйм ниже самой вогнутой части дистального отдела ключицы.Коракоидный отросток — это место прикрепления нескольких мышц и связок плечевого комплекса.
• Медиальная и латеральная границы лопатки пересекаются в нижнем углу или на кончике лопатки. Клинически нижний угол важен для отслеживания движения лопатки. Подробнее …

Плечевая кость [редактировать | править источник]

Плечевая кость является самой большой костью руки и единственной костью плеча. Располагается между плечом и локтевым суставом.В плече плечевая кость соединяется с осевым телом через суставную ямку лопатки. В локтевом суставе он соединяется в первую очередь с локтевым суставом, так как лучевая кость предплечья соединяется с запястьем. Проксимальный отдел плечевой кости является местом прикрепления многих связок и мышц плечевого комплекса.

• Головка плечевой кости составляет почти половину полной сферы, которая сочленяется с суставной ямкой, образующей плечевой сустав.
• Малый бугорок — это острый передний выступ кости чуть ниже головки плечевой кости.
• Большой бугорок образует более округлый латеральный выступ кости.
• Межтуберкулезная борозда, часто называемая икипитальной бороздой B , потому что в ней располагается сухожилие длинной головки двуглавой мышцы, разделяет большие и малые бугорки.
• Дельтовидный бугорок, который является дистальным местом прикрепления всех трех головок дельтовидной мышцы, лежит более дистально, на латеральной стороне верхней трети диафиза плечевой кости.
• Радиальная или спиральная бороздка, которая помогает определить дистальное прикрепление латеральной и медиальной головок трицепса, проходит под углом по задней поверхности плечевой кости.Лучевой нерв следует за этой бороздкой. Подробнее …

Грудина [редактировать | править источник]

Грудина — это плоская кость, расположенная в середине передней части грудной клетки, состоит из рукоятки, тела и мечевидного отростка.

• Рукоятка — это самая верхняя часть грудины, которая сочленяется с первым ребром с обеих сторон, верхней частью второго реберного хряща и ключицей, образующими грудинно-ключичный сустав. Рукоять четырехугольная, лежит на уровне 3-го и 4-го грудных позвонков.Яремная вырезка — самая толстая часть кости, она выпуклая по передней и вогнутая по задней. ^{[1] [7]}
• Тело грудины длиннее и тоньше. У него есть края, которые сочленяются с первыми хрящами ребер 2-7. ^{[1] [7]}
• Мечевидный отросток, что означает «в форме меча», является нижним концом грудины, а также самой маленькой частью. Он не сочленяется с ребрами. Мечевидный отросток закрепляет несколько важных мышц, таких как прямая мышца живота и поперечная мышца грудной клетки. , включая брюшную диафрагму, мышцу, необходимую для нормального дыхания. ^{[1] [7]}

В целом, с плечевым комплексом связаны четыре основных сочленения, включающие грудину, ключицу, ребра, лопатку и плечевую кость, которые работают вместе, обеспечивая широкий диапазон движений верхней конечности во всех трех плоскостях движения. Движение плечевого комплекса происходит в результате движения каждого из этих четырех суставов. Взаимодействие 4 суставов (плечевого сустава, акромиально-ключичного сустава, грудино-ключичного сустава и лопаточно-грудного сустава) плечевого комплекса приводит к скоординированному движению руки вверх.Вовлеченные движения в каждом суставе непрерывны, хотя и происходят с разной скоростью и на разных фазах подъема руки.

Плечевой сустав [править | править источник]

Плечевой сустав (GH Joint) — это настоящий синовиальный диартродиальный сустав шарообразной формы, который отвечает за соединение верхней конечности с туловищем. Этот сустав образован сочетанием головки плечевой кости и суставной ямки лопатки. Напомним, что суставная ямка относительно плоская, а головка плечевой кости — это большое округлое полушарие.Эта костная форма в сочетании с очень подвижной лопаткой позволяет совершать обильные движения во всех трех плоскостях, но не способствует высокой степени стабильности. Интересно отметить, что связки и капсула GH Joint относительно тонкие и обеспечивают только вторичную стабильность сустава, в то время как основная стабилизирующая сила этого сустава достигается за счет окружающей мускулатуры, в частности, мышц вращающей манжеты. Этот сустав считается наиболее подвижным и наименее стабильным суставом в организме и наиболее часто вывихнутым диартродиальным суставом. ^{[1] [12]} Шарнир GH — это шарнирно-гнездовой шарнир, обеспечивающий 3 степени свободы. Основными движениями этого сустава являются отведение и приведение, сгибание и разгибание, а также внутреннее и внешнее вращение, но также допускается горизонтальное отведение и горизонтальное приведение. Подробнее…

Акромиально-ключичный сустав [править | править источник]

Акромиально-ключичный сустав (АК-сустав) — это скользящий синовиальный сустав, который образован стыком латеральной ключицы и акромиального отростка лопатки.Он прикрепляет лопатку к ключице и служит основным сочленением, отделяющим верхнюю конечность от туловища. ^[1] По сути, этот сустав связывает движение лопатки (и прикрепленной к ней плечевой кости) с боковым концом ключицы. Поскольку сильные силы часто передаются через соединение переменного тока, требуется несколько важных стабилизирующих структур для поддержания его структурной целостности. Сустав переменного тока позволяет движение во всех трех плоскостях: вращение вверх и вниз, вращение в горизонтальной плоскости (внутреннее и внешнее вращение) и вращение в сагиттальной плоскости (передний и задний наклон).Эти относительно небольшие, но важные корректирующие движения помогают точно настроить движения между лопаткой и плечевой костью. Не менее важно, что эти движения позволяют лопатке поддерживать прочный контакт с задней частью грудной клетки. Подробнее…

Грудно-ключичный сустав [править | править источник]

Грудинно-ключичный сустав (SC-сустав) образуется из сочленения медиальной части ключицы и рукоятки грудины. Этот сустав обеспечивает единственное прямое костное прикрепление верхней конечности к осевому каркасу, соответственно, сустав должен быть стабильным, а также обеспечивать большую подвижность.Он имеет фиброзно-хрящевой суставной диск с сетью прочных, толстых связок, что часто приводит к перелому ключицы до того, как происходит вывих SC-сустава. ^[1] Конструкция сустава SC представляет собой седловидный сустав с вогнутой и выпуклой поверхностями на каждой из суставных поверхностей сустава. Такое строение позволяет ключице двигаться во всех трех плоскостях. Движения включают подъем и опускание, вытягивание и втягивание, а также осевое вращение. Подробнее…

Лопаточно-грудной сустав [править | править источник]

Хотя это и называется лопатко-грудным суставом, сочленение между лопаткой и грудной клеткой не является «истинным» суставом, поскольку оно не имеет характеристик фиброзного, хрящевого или синовиального сустава.Это сочленение передней части лопатки на задней части грудной клетки. Обычно это относится к движению лопатки относительно задней грудной клетки. SC-сустав и AC-сустав взаимозависимы с лопатко-грудным суставом, поскольку лопатка прикрепляется через акромионный отросток к латеральному концу ключицы и через AC-сустав; ключица, в свою очередь, прикрепляется к осевому каркасу в области рукоятки грудины через SC сустав. Таким образом, любое движение лопатки на грудной клетке приводит к движению либо AC-сустава, либо SC-сустава, либо обоих.Нормальные движения и положение плечевого сустава необходимы для нормальной функции плеча. ^[1] Движения в лопатко-грудном суставе включают подъем и вдавливание, растяжение и втягивание, а также вращение вверх и вниз. Все движения функционально связаны с движениями, которые происходят в трех других суставах плечевого комплекса.

Бурсы [править | править источник]

Бурса — это мешок, заполненный синовиальной жидкостью, который действует как амортизатор между сухожилиями и другими суставными структурами.В плечевой области у нас 8 бурс, больше, чем у любого отдельного сустава нашего тела. Сумки имеют как нервную систему, так и механорецепторы, которые помогают проприоцептивной информации о положении плечевого сустава. ^[15] Это показывает, что бурса не выполняет строго функцию лубрикатора между тканями. Верхние границы сумки — коракоакромиальная связка, акромионная кость и дельтовидная мышца. Нижние пределы — головка плечевой кости, плечевой сустав и надостная мышца. ^[16]

• Подлопаточная бурса или лопаточно-грудная бурса: между сухожилием подлопаточной мышцы и капсулой плечевого сустава.
• Субдельтовидная бурса: между дельтовидной мышцей и полостью плечевого сустава.
• Субакромиальная бурса: ниже акромиального отростка и выше большого бугорка плечевой кости.
• Subcoracoid Bursa: между клювовидным отростком лопатки и капсулой плечевого сустава.
• Infraspinatus Bursa: между сухожилием подостной мышцы и капсулой сустава.
• Подкожная акромиальная бурса: расположена над акромионом прямо под кожей.

Субакромиальную и субдельтовидную бурсы часто принимают за одну сумку, субакромиальную дельтовидную бурсу. ^[17]

Мягкая ткань (статическая и динамическая) [редактировать | править источник]

Плечевой комплекс состоит из впечатляющего количества мягких тканей. Включая суставные капсулы, верхнюю губу, связки, сумки, сухожилия и мышцы. Из-за высокой подвижности плечевого комплекса для его устойчивости используется координация как статических (несокращающихся, например, связок), так и динамических (сократительных, например, сухожилий и мышц) тканей.

Стабильность плеча достигается за счет взаимодействия как статических стабилизаторов , , так и динамических стабилизаторов , которые работают синхронно для поддержания устойчивости плеча во время движений плеча. Понимание сложного взаимодействия между этими статическими и динамическими компонентами является ключом к эффективной оценке и лечению состояний плеча.

Суставные поверхности и костная геометрия [править | править источник]

Костная геометрия плечевого сустава способствует чрезмерной подвижности сустава, но жертвует костной стабильностью.Он толще на периферии и обеспечивает основу для эффекта сжатия вогнутости мышц вращающей манжеты.

Гленоид верхней губы [править | править источник]

Гленоидная губа представляет собой фиброзно-хрящевую, гребневидную соединительную ткань, которая увеличивает площадь суставной поверхности головки плечевой кости за счет углубления суставной ямки. Он обеспечивает первичное прикрепление плечевых связок и дает начало сухожилию, капсуле и шейке лопатки длинной двуглавой мышцы головы. Он соответствует кривизне головки плечевой кости и, как таковой, составляет примерно 50% глубины плечевого сустава.Растягивается вперед при внешнем вращении, вытягивается назад при внутреннем вращении. Было показано, что потеря целостности верхней губы снижает сопротивление трансляции на 20%.

Совместная капсула [править | править источник]

Суставная капсула, окружающая плечевой сустав, также является важным пассивным стабилизатором плечевого сустава. Капсула плечевого сустава утолщена в передней части капсулы и в два раза больше головки плечевой кости. Он обеспечивает большую часть своей растяжимости кпереди и снизу и «закручивается» во время отведения и внешнего вращения.Суставная капсула и плечевые связки тесно связаны анатомически и в основном функционируют как стабилизаторы при экстремальных движениях. Эта статическая стабилизация конечного диапазона очень важна, когда все другие стабилизирующие механизмы не работают. Суставная капсула имеет внутреннее отрицательное внутрисуставное давление, которое скрепляет сустав.

Связки [править | править источник]

Плечевые связки [редактировать | править источник]

В плечевом суставе 3 основных связки:

1. Верхняя связка ограничивает ER и нижнюю трансляцию головки плечевой кости и параллельна ходу клювовидно-плечевой связки.
2. Средняя связка ограничивает ER и переднюю трансляцию при 45 ° отведения.
3. Нижняя связка — самая толстая из связок и состоит из 3-х различных частей: передняя связка, задняя связка и подмышечный мешок.

Коракоплечевая связка

Покрывает передне-верхний верхний плечевой сустав и заполняет пространство между сухожилиями надостной и подлопаточной мышц, объединяя эти сухожилия. Ограничивает переднюю и нижнюю трансляцию на более низких уровнях возвышения, разгибания и разгибания с приведением (Izumi et al 2011)

Коракоакромиальная связка

Состоит из прочной треугольной полосы, проходящей между клювовидным отростком и акромионом, которая вместе с этими структурами образует свод для защиты головки плечевой кости.

Динамическая мускулатура (сократительная) [править | править источник]

К динамическим стабилизаторам плечевого комплекса относятся активные сократительные ткани. Сюда входят мышцы вращающей манжеты, дельтовидные мышцы, лопатные мышцы, которые контролируют лопатно-плечевой ритм и связанную с ним сенсомоторную систему, участвующую в проприоцепции (чувство положения сустава, кинестезия (чувство движения), чувство силы, чувство вибрации и чувство движения). скорость). Для оптимальной стабилизации плеча динамические стабилизаторы должны работать эффективно синергетически.Эти динамические стабилизаторы помогают поддерживать центральное положение головки плечевой кости в суставной ямке во время движения. ^[18] Дельтовидная мышца — мощный отводящий и подъемник плечевого сустава. Однако это изолированная линия притяжения означает, что она тянет головку плечевой кости вверх по направлению к коракоакромиальной дуге. Важно, чтобы мышцы вращающей манжеты (подостная, малая круглая, надостная и подлопаточная) активировались в синергии с дельтовидной мышцей во время упражнений над головой, чтобы тянуть головку плечевой кости вниз или вниз и вверх смещением плечевой кости.Динамическая стабилизация обеспечивает широкий диапазон подвижности плечевого комплекса и обеспечивает адекватную стабильность, когда комплекс функционирует нормально.

Динамическая устойчивость возникает в результате трех ключевых факторов : ^[19]

1. Сопротивление трансляции с противоположной стороны на растяжение мышц;
2. Поддержка тех же боковых структур за счет жесткости мышц / напряжения капсулы;
3. Синергетическая силовая муфта для эффективного управления осью вращения / движения.

Есть впечатляющий набор мышц, которые прикрепляются к четырем суставам плечевого комплекса и действуют на них. Они включают:

1. Инфраспинатус
2. Надостной мышцы
3. Терес минор
4. Подлопаточная мышца
5. Большая круглая труба
6. Дельтовидная мышца (передняя / средняя / задняя)
7. Зубчатая мышца передняя
8. Подключичная
9. Малая грудная мышца
10. Большая грудная мышца
11. Грудино-ключично-сосцевидный отросток
12. Леватор лопатки
13. Трицепс (3 головы)
14. Двуглавая мышца плеча (длинная голова / короткая голова)
15. Coracobrachialis
16. Ромбовидный мажор
17. Ромбовидный минор
18. Трапеции (верх / средний / нижний)
19. Latissimus dorsi

Внутренние мышцы: Известная как лопаточно-плечевая мышечная группа, это более глубокие мышцы, которые берут начало от лопатки и / или ключицы и прикрепляются к плечевой кости.

Внешние мышцы крупнее, более поверхностные мышцы берут начало на грудной клетке и прикрепляются к костям плечевого комплекса (плечевая кость, ключица и лопатка).

Есть также другие мышцы плечевого сустава, которые действуют как вторичные двигатели. Обычно они находятся в грудной области тела или плеча.

^[20]

Основные динамические стабилизаторы [править | править источник]

• Мышцы вращательной манжеты (надостной, надостной, малой круглой, подлопаточной).Хотя эти мышцы имеют довольно маленькую площадь поперечного сечения и размер, они расположены ближе к центру вращения, на который они действуют, с коротким плечом рычага и генерируют небольшие силы, они играют важную роль в динамической стабилизации плеча. Они также сочетаются с суставной капсулой, что также способствует укреплению суставной капсулы.
• Длинная головка бицепса
• Функция дельтовидной мышцы включает предотвращение подвывиха или вывиха головки плечевой кости, особенно при переносе груза, и является основным двигателем при отведении плеча.

Вторичные динамические стабилизаторы [редактировать | править источник]

• Большая большая круглая мышца — это небольшая мышца, которая проходит по латеральному краю лопатки. Он образует нижнюю границу как треугольного, так и четырехугольного пространства. Его иногда называют «маленьким помощником лат» из-за его синергетического действия с широчайшей мышцей спины. ^[21]
• Широчайшая мышца спины, название которой означает «широчайшая мышца спины», является одной из самых широких мышц человеческого тела.Это очень тонкая треугольная мышца, также известная как «широчайший», которая не используется интенсивно в повседневных делах, но является важной мышцей во многих упражнениях, таких как подтягивания, подтягивания, тяги вниз и плавание. ^[22]
• Большая грудная мышца — это толстая веерообразная мышца, расположенная на груди, составляющая основную часть грудных мышц и лежащая под грудью.

Лопаточно-плечевой ритм [править | править источник]

Действия плеча сочетаются с действиями лопатки.Это служит как для увеличения доступного диапазона движений верхней конечности, так и для обеспечения более стабильного положения суставной ямки по отношению к головке плечевой кости. Лопатно-плечевой ритм — это кинематическое взаимодействие между лопаткой и плечевой костью, впервые опубликованное Кодманом в 1930-х годах. ^[23] Это взаимодействие важно для оптимальной функции плеча. ^[24] Лопатно-плечевой ритм или соотношение значительно больше (меньше движений лопатки и больше движений плечевой кости) в сагиттальной плоскости, чем в других плоскостях.В соответствии с результатами, доминирующая сторона демонстрирует значительно более высокие значения ритма SH, чем недоминантная сторона, но только в коронарной и лопаточной плоскостях. ^[25]

Таким образом, плечевой ритм определяется как соотношение плечевого и плечевого движений во время подъема руки. Чаще всего это вычисляется путем деления общей величины подъема плеча (плечевого отдела) на ротацию лопатки вверх (лопаточно-грудной). ^[26] В литературе плечево-лопаточный ритм описывается как соотношение подъема плечевой кости и вращения лопатки.Обычно используется общее соотношение 2: 1 во время подъема руки. Согласно каркасу с соотношением 2: 1, сгибание или отведение на 90 ° по отношению к грудной клетке будет достигаться примерно за 60 ° GH и 30 ° ST-движения. ^[27]

Лопаточно-плечевой ритм — это общий показатель для оценки функции мышц и движения плечевого сустава. ^[28] Существует трехмерная кинематическая картина лопатки во время нормального подъема руки, которая включает в себя вращение вверх, наклон кзади и переменное внутреннее / внешнее вращение в зависимости от плоскости и угла подъема. ^{[23] [24]} Когда происходит изменение нормального положения лопатки относительно плечевой кости, это может вызвать дисфункцию лопатно-плечевого ритма, часто называемую дискинезией лопатки.

• Правила клинического прогнозирования (СЛР) шейно-грудной манипуляции

• Стабилизация акромиально-ключичного сустава (Weaver Dunn)
• Передний нижний капсульный сдвиг
• Артроскопическое капсульное высвобождение
• Задняя артроскопическая стабилизация
• Артроскопическая субакромиальная декомпрессия
• Открытый ремонт банка
• Артроскопический ремонт Bankart
• Тенодез двуглавой мышцы
• Тенотомия двуглавой мышцы
• Биполярная гемиартропластика
• Усадка капсулы
• Артроскопическое иссечение акромиально-ключичного сустава
• Иссечение бокового конца ключицы
• Гемиартропластика
• Выпуск длинного грудного нерва
• Манипуляции под наркозом
• Артроскопическое освобождение клювовидно-плечевой связки
• Дебридмент поворотной манжеты
• Ремонт манжеты ротатора
• Фиксация перелома плеча
• Шлифовка плеча артропластика
• SLAP Ремонт Артроскопический
• Открытая субакромиальная декомпрессия
• Полная замена вращательной манжеты плеча целая
• Полная замена плеча Ремонт манжеты ротатора

1. ↑ ^{1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11} Levangie CC Совместная структура и функции: всесторонний анализ.
2. ↑ ^{2.0 2.1} Veeger HE, Van Der Helm FC. Функция плеча: идеальный компромисс между мобильностью и стабильностью. Журнал биомеханики. 2007, 1 января; 40 (10): 2119-29.
3. ↑ Randale Sechrest.Анимированный учебник по анатомии плеча. Доступно по адресу: https://www.youtube.com/watch?v=D3GVKjeY1FM [последний доступ 13.01.2021]
4. ↑ Американская академия хирургов-ортопедов. Перелом ключицы (перелом ключицы). www.orthoinfo.aaos.org/topic.cfm?topic=a00072
5. ↑ Paladini P, Pellegrini A, Merolla G, Campi F, Porcellini G. Лечение переломов ключицы. Перевод [защищен по электронной почте] UniSa. 2012 Янв; 2:47.
6. ↑ Генри Вандайк Картер — Генри Грей (1918) Анатомия человеческого тела.Bartleby.com: Анатомия Грея, пластина 202, общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/wiki/Scapula#/media/File:Gray202.png
7. ↑ ^{7,0 7,1 7,2 7,3} Standring S, редактор. Электронная книга по анатомии Грея: анатомические основы клинической практики. Elsevier Health Sciences; 2015 г. 7 августа. Уровень доказательности: 5.
8. ↑ Генри Вандайк Картер — Генри Грей (1918) Анатомия человеческого тела. Bartleby.com: Анатомия Грея, таблица 203, общественное достояние, https: // commons.wikimedia.org/wiki/Scapula#/media/File:Gray203.png
9. ↑ Генри Вандайк Картер — Генри Грей (1918) Анатомия человеческого тела. Bartleby.com: Анатомия Грея, пластина 207, общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gray207.png
10. ↑ Генри Вандайк Картер — Генри Грей (1918) Анатомия человеческого тела. Bartleby.com: Анатомия Грея, таблица 116, общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7
11. ↑ Генри Вандайк Картер — Генри Грей (1918) Анатомия человеческого тела.Bartleby.com: Анатомия Грея, пластина 202, общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/wiki/Scapula#/media/File:Gray202.png
12. ↑ Додсон, К. и Кордаско, Ф.А. (2008). Вывих переднего плечевого сустава. Ортопедические клиники Северной Америки, 39 (4), 507-518.
13. ↑ BodyParts. 3D сделано DBCLS. — Данные полигонов взяты из BodyParts3D, CC BY-SA 2.1 jp, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27936938
14. ↑ Д-р Йоханнес Соботта [общественное достояние], через Wikimedia Commons.Д-р Йоханнес Соботта — Атлас и учебник по анатомии человека Соботты 1909. https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Sternoclavicular_joint#/media/File:Sobo_1909_192.png
15. ↑ Се Л.Ф., Сюй В.К., Линь Ю.Дж., Ву Ш., Чанг К.С., Чанг Х.Л. Является ли инъекция под контролем УЗИ более эффективной при хроническом субакромиальном бурсите? Медицина и наука в спорте и физических упражнениях. 2013 декабрь; 45 (12): 2205-13.
16. ↑ Conduah AH, Baker III CL, Baker Jr CL. Клиническое лечение лопатко-грудного бурсита и ломкой лопатки.Спортивное здоровье. 2010 Март; 2 (2): 147-55.
17. ↑ Hitzrot JM. Хирургические заболевания плечевой сумки. Летопись хирургии. 1933 Август; 98 (2): 273.
18. ↑ Герреро П., Бускони Б., Деанджелис Н., Пауэрс Г. Врожденная нестабильность плечевого сустава: оценка и варианты лечения. журнал ортопедической и спортивной физиотерапии. 2009 Февраль; 39 (2): 124-34.
19. ↑ Wilk KE, Arrigo CA, Andrews JR. Современные концепции: стабилизирующие структуры плечевого сустава. Журнал ортопедии и спортивной физиотерапии.1997 июн; 25 (6): 364-79.
20. ↑ Kenhub — Изучите анатомию человека. Плечевой сустав: движения, кости и мышцы — анатомия человека. Доступно по адресу: https://www.youtube.com/watch?v=SfQzA6W5xA0&t=27s [последнее обращение 14.01.2021]
21. ↑ Биль А (2005). Путеводитель по телу (2-е изд.). Боулдер, Колорадо: Книги открытий.
22. ↑ Хейдеманн А. Тяжелая мышечная дистрофия поясничного отдела конечностей у мышей типа 2C уменьшается с помощью лечения FTY720. Мышцы и нервы. 2017 сентябрь; 56 (3): 486-94.
23. ↑ ^{23.0 23,1} Codman EA: The Shoulder, Бостон: G.Miller & amp Company, 1934 г.
24. ↑ ^{24,0 24,1} Бен Киблер В. Роль лопатки в спортивной функции плеча. Американский журнал спортивной медицины. 1998 Март; 26 (2): 325-37.
25. ↑ Barnes CJ, Van Steyn SJ, Fischer RA. Влияние возраста, пола и доминирования плеча на диапазон движений плеча. Журнал хирургии плеча и локтя. 2001 1 мая; 10 (3): 242-6.
26. ↑ Струйф Ф., Нийс Дж., Байенс Дж. П., Моттрам С., Мееузен Р.Положение лопатки и движение при здоровых плечах, синдроме соударения плеча и нестабильности плечевого сустава. Скандинавский журнал медицины и науки о спорте. 2011 июн; 21 (3): 352-8.
27. ↑ Inman B, Saunders J, Abbott L: Наблюдения за функцией плечевого сустава. J Bone Joint Surg Br 2004; 26: 1. Уровень доказательности: 4 .
28. ↑ McQuade KJ, Smidt GL. Динамический лопаточно-плечевой ритм: эффекты внешнего сопротивления во время подъема руки в лопаточной плоскости.Журнал ортопедии и спортивной физиотерапии. 1998 Февраль; 27 (2): 125-33.

границ | Вклад мышц в движение и работу верхних конечностей на основе скелетно-мышечной модели плеча человека

Введение

Аномальное движение лопатки указывает на дисфункцию плеча, такую ​​как субакромиальный удар, разрывы вращающей манжеты и другие травмы (Struyf et al., 2011). Симптомом дисфункции плеча является дискинезия лопатки (Kibler et al., 2013), в том числе крыло лопатки (Martin and Fish, 2008), при котором медиальный край лопатки отрывается от поверхности грудной клетки.Прежде чем исследователи смогут исследовать дисфункцию плеча, нам потребуются биомеханические модели со степенями свободы и мускулатурой, прикрепленными к лопатке, что в настоящее время недоступно.

Модели, разработанные для понимания травмы плечевого сустава и реабилитации (Garner and Pandy, 2001; Holzbaur et al., 2005; Dickerson et al., 2007; Chadwick et al., 2009; Bolsterlee et al., 2013; Saul et al., 2015) ) игнорируют мышечные действия крупнейших грудно-лопаточных мышц: трапециевидных, ромбовидных и передних зубчатых мышц (Rockwood, 2009).Эти мышцы, вероятно, играют важную роль в движениях верхних конечностей человека, учитывая их размер и способность генерировать силу. Хотя Odle et al. (2019) включили в свою модель ромбовидные и зубчато-передние мышцы, они сохранили лопаточно-плечевое сцепление из модели, описанной Saul et al. (2015), которому для движения не нужны грудно-лопаточные мышцы. Мы можем только предположить, что связь кинематики лопатки с вращением плечевой кости дает ошеломляющие результаты: мышцы вращающей манжеты генерируют наибольшие силы во время фазы восстановления движения кресла-коляски, в то время как более крупные верхние трапециевидные, ромбовидные, передние дельтовидные и большие грудные мышцы практически не создавал силы во время движения (Odle et al., 2019).

Модель van der Helm (1994a) была первой, которая включала грудно-лопаточные мышцы и обеспечивала реалистичную кинематику лопатки, включая контакт лопатки с грудной поверхностью. В то время как многочисленные модели (van der Helm, 1994b; Garner and Pandy, 2001; Dickerson et al., 2007; Dubowsky et al., 2008; Odle et al., 2019) вычисляли силы грудно-лопаточных мышц для различных задач, связанных с верхними конечностями. не сообщалось о работе, выполняемой этими мышцами во время выполнения этих заданий.

Мы разработали скелетно-мышечную модель плеча, которая включает в себя большие грудно-лопаточные мышцы и кинематически несвязанное движение лопатки, чтобы мы могли ответить на два фундаментальных вопроса о функции мышц верхних конечностей.Во-первых, сколько работы выполняют грудно-лопаточные и плечевые мышцы во время пожимания плечами и подъема рук? Во-вторых, какие движения лопатки контролируются большими грудно-лопаточными мышцами, такими как передняя трапеция и зубчатая мышца, во время выполнения этих задач на плече?

Методы

Модель плеча человека

Мы разработали модель плеча человека в OpenSim (Delp et al., 2007; Seth et al., 2018) (рис.1), которая объединяет быструю и точную скелетную модель кинематики лопатко-грудного отдела (Seth et al., 2016) с мышечными путями и архитектурой на основе (Klein Breteler et al., 1999). Чтобы уменьшить сложность и улучшить вычислительную производительность модели, мышечные пучки из van der Helm (1994a) были агрегированы, а их параметры объединены (таблица 1). Мышечные траектории, включая обертывающие поверхности, и их геометрия были скорректированы для получения моментных плеч, ограниченных измерениями в экспериментах с трупами (Ackland et al., 2008). Непрерывность мышечного момента рук была проверена во всем диапазоне движений модели.

Рисунок 1 . Модель опорно-двигательного аппарата с (A), степенями свободы лопатки и (B) плечевых мышц, которые контролируют лопатку.

Масштабирование модели и обратная кинематика были выполнены в OpenSim для вычисления углов соединения модели на основе экспериментальных данных маркеров (см. Ниже). Кости и соответствующие местоположения суставов и места прикрепления мышц были линейно масштабированы на основе маркерных расстояний между субъектом и базовой (общей) моделью.Оптимальные длины мышечных волокон и провисания сухожилий были масштабированы, чтобы сохранить их соотношение по длине мышечного пути в масштабированной модели. Поверхность эллипсоида грудной клетки в лопаточно-грудном суставе была масштабирована за счет оптимизации наклона и радиусов эллипсоида, что минимизировало ошибки отслеживания маркеров. Объект обертывания мышцы грудной клетки первоначально был масштабирован в соответствии с масштабными факторами грудной клетки, однако это привело к тому, что передние зубчатые вставки на передней лопатке попали на поверхность обертывания, в результате чего путь обертывания стал неопределенным.Поверхность оборачивающего эллипсоида затем регулировалась вручную путем наклона вершины эллипсоида к грудины до тех пор, пока траектория передней зубчатой ​​мышцы не была четко определена для полного диапазона движений лопатки при выполнении всех задач. Большая свобода лопатки также привела к тому, что некоторые мышцы превышали 150% оптимальной длины волокна и / или были слишком короткими (<50%), что приводило к их неспособности создавать активную силу во время диапазона движения ожидаемых задач. . В этих ситуациях оптимальная длина мышечных волокон постепенно увеличивалась (на 2%), а длина провисания сухожилий уменьшалась на ту же длину до тех пор, пока одних мышечных сил не было достаточно для отслеживания желаемой кинематики задачи.См. Таблицу 1 для полного набора параметров мышц, реализованных в модели плеча.

Компьютерный контроль мышц (CMC) (Thelen et al., 2003) использовался для создания управляемых мышцами симуляций, которые отслеживали углы суставов на основе обратной кинематики. Все симуляции были выполнены с использованием OpenSim 4.0 (Seth et al., 2018) на настольном компьютере с процессором Intel i7 3930K 3,2 ГГц и 32 ГБ оперативной памяти. Все вычисления проводились на одном ядре ЦП.

Методы сбора и сравнения экспериментальных данных

Для тестирования модели плеча мы собрали кинематику верхних конечностей с помощью Ascension 3D trakSTAR (Ascension Technology Corp, США) и программного обеспечения Motion Monitor (Innovative Sports Training, Чикаго, Иллинойс), чтобы одновременно и непрерывно отслеживать четыре миниатюрных датчика (модель 800) на частота дискретизации 120 Гц.Три датчика были прикреплены к грудной клетке, лопатке и плечевой кости соответственно. Перед непрерывным сбором четвертый датчик был жестко прикреплен к стилусу и использовался для оцифровки местоположения костных ориентиров по отношению к соответствующим датчикам, когда субъект находился в нейтральной позе. Датчик грудной клетки был размещен на остистом отростке T1; датчик лопатки помещали над плоской поверхностью на верхнем акромионе. Оба датчика удерживались на месте двусторонней липкой лентой, обернутой лентой EnduraSports (Endura-Tape).Датчик на руке был закреплен на ремне, который плотно прилегал к боковой поверхности самой дистальной части плечевой кости. Протокол плеча ISB (Wu et al., 2005), реализованный в программном обеспечении MotionMonitor, использовался для сбора данных на основе записанного датчика и оцифрованных местоположений ориентиров (Ludewig et al., 2009) и идентифицирован как маркеры в OpenSim.

Электроды для поверхностной электромиографии (ЭМГ) помещали на кожу после препарирования (Basmajian and de Luca, 1985) согласно Cram (2010) с межэлектродным расстоянием 20 мм над: верхней, средней и нижней трапециями; передняя зубчатая мышца; передние, средние и задние дельты; инфраоспинатус; teres major; большая грудная (ключичная) и широчайшая мышцы спины.Контрольный электрод помещали на контралатеральный акромион. Мы собрали три испытания пожимания плечами, сгибания вперед и отведения без и с ручным грузом весом 2 кг, в общей сложности 18 испытаний с доминирующим плечом (справа) 26-летней здоровой женщины (рост: 162). см, вес: 52 кг). Протокол эксперимента был одобрен этическим комитетом Политехнического института Сетубала.

Мы обработали необработанную ЭМГ фильтрацией верхних частот с частотой 100 Гц, двухполупериодным выпрямлением результирующего сигнала и затем фильтрацией нижних частот с частотой 4 Гц для получения огибающих ЭМГ в соответствии с ISEK (Merletti, 1999).Обработанные конверты ЭМГ были нормализованы по максимальным произвольным сокращениям, полученным согласно (Kendall et al., 2005).

Мы сравнили активацию, вычисленную мышцами, с обработанными формами волны ЭМГ, вычислив среднюю абсолютную ошибку (MAE) для интервала выполнения задачи на плечо (de Zee et al., 2007; Dubowsky et al., 2008; Odle et al., 2019) для каждого мышцы для решения всех задач. Для передней зубчатой ​​мышцы при сравнении использовалась средняя активация трех мышечных пучков в модели.

Чтобы понять вклад отдельных мышц в движение плеча у нашего испытуемого, мы рассчитали работу, выполняемую мышцами, путем интеграции положительной силы мышц во время подъема лопатки и плечевой кости.Сила мышц рассчитывалась как произведение силы единицы мышцы-сухожилия (из CMC) и скорости сокращения, где концентрические сокращения дают положительную силу. Общая положительная работа мышц во время фазы подъема задач сравнивалась с внешней работой, рассчитанной как изменение потенциальной энергии модели из-за подъема руки (и добавленной массы) против силы тяжести. Мы ожидали, что положительная мышечная работа будет больше, чем внешняя работа из-за отрицательной работы удлиненных мышц и ускорения сегментов конечностей относительно центра масс.

Результаты

Мы создали моделирование, управляемое мышцами, для всех (18) экспериментальных испытаний. Точность обратной кинематики для каждого испытания была в пределах 1 см RMSE относительно экспериментальных местоположений маркеров и рассчитывалась в пределах 1,3 × реального времени. Среднее отношение вычислений к реальному времени для всех симуляций CMC, управляемых мышцами, было ниже 400 вычислений / реальное время. В таблице 2 представлено соотношение вычислений и реального времени для моделирования нашей модели для каждой задачи. Для сравнения, мы получили ускорение в 4–17 раз при выполнении CMC с нашей моделью vs.модель (Saul et al., 2015) для задач на сгибание и отведение.

Таблица 2 . Соотношение вычислений модели и реального времени (вычисленное / реальное) по задачам.

Мышечных активаций из управляемой мышцами модели плеча сравнивали с ЭМГ для тех же задач, что дало среднее значение MAE 0,06, с подавляющим большинством измеренных мышц ниже 0,1 (Таблица 3). Большая грудная мышца показала худшее согласие во время упражнения на пожимание плечами (без переносного веса), где ЭМГ была относительно тихой в фазе депрессии, в то время как модель оценила низкую, но постоянную активацию во время движения (рис. 2В).

Таблица 3 . Средняя абсолютная ошибка между субъектной ЭМГ и модельной активацией мышц в разных задачах.

Рисунок 2 . Мышечная симуляция пожимания плечами. (A), кинематика лопаточно-грудного сустава и (B) моделировали активацию мышц (красный, жирный шрифт, среднее значение ± 1 SD заштриховано) по сравнению с ЭМГ (± 1 SD заштриховано).

Смоделированное пожатие плеча демонстрирует, что модель может поднимать и вращать лопатку независимо от вращения плечевой кости (рис. 2A).Имитация мышечной активности во время пожатия плечами указывает на то, что levator scapulae поднимает лопатку, в то время как верхняя трапеция может как поднимать, так и поднимать вверх лопатку во время пожатия плечами (Рисунок 2B).

Значения MAE для активации верхней трапециевидной, дельтовидной и передней зубчатой ​​мышцы по сравнению с ЭМГ во время сгибания и отведения плеча (Рисунок 3), где 0,1 или ниже (Таблица 2) указывает на высокую количественную корреляцию (Morrow et al., 2010; Odle et al., 2019) между моделируемой и испытуемой мышечной активностью.

Рисунок 3 . Мышечная активация модели плеча для основных мышц, используемых для подъема плечевой кости во время упражнений на сгибание (A) и отведение (B) с ручной массой 2 кг. Смоделированные мышечные активации (красный, заштрихованный ± 1 SD) по сравнению с ЭМГ (заштрихованный серым).

Верхняя трапециевидная мышца, передняя зубчатая мышца и дельтовидные мышцы продемонстрировали наибольшую мышечную активность и дали наиболее положительную работу во время фазы подъема каждой задачи (рис. 4). Как и ожидалось, общая положительная мышечная работа всегда была больше, чем внешняя.Например, общая положительная мышечная работа 61,6 Дж превысила общую внешнюю работу (49,5 Дж ), необходимую для поднятия руки во время отведения с ручным весом 2 кг.

Рисунок 4 . Положительная работа ( J ), выполняемая главными задействованными мышцами плеча во время фазы подъема каждой задачи. Заштрихованные столбцы — это работа, усредненная по трем испытаниям, а тонкие столбцы ошибок — ± SD. Семь основных участников сгруппированы в грудно-лопаточные (черные) и плечевые (красные) мышцы.Исключенные мышцы выполняли <3% от общей мышечной работы.

Обсуждение

Мы разработали модель опорно-двигательного аппарата плеча, которая воспроизводит наблюдаемую кинематику скелета и мышечную активность во время пожимания плечами и поднятия руки. Модель позволила нам рассчитать работу, выполняемую мышцами верхних конечностей, которые приводят в движение лопатку и плечевой сустав. До этого исследования лопаточно-грудное взаимодействие моделировалось либо силами деформации с использованием конечных элементов (van der Helm, 1994a), либо ограничениями точки контакта (Garner and Pandy, 1999), что затрудняло использование этих моделей.Присущая модели жесткость из-за больших (мышечный и лопатко-грудной контакт) сил и малой массы тела лопатки потребовала нестандартной динамики системы и формулировок контактов, а также использования неявной интеграции (Chadwick et al., 2014), которые не являются широко доступными для клинической практики. и реабилитационные сообщества. Доступные модели, сочетающие подъем плечевой кости с вращением лопатки (Saul et al., 2015; Odle et al., 2019), не могут точно учесть работу мышц, необходимую для перемещения лопатки и последующей верхней конечности.Мы показываем, что модель может отражать кинематику лопатки и учитывать мышцы, которые управляют лопаткой, без ущерба для производительности вычислений. Фактически, модель без этих возможностей вычисляет в 4-17 раз быстрее, чем сопоставимая модель (Saul et al., 2015), позволяя исследователям изучать функцию грудно-лопаточных мышц.

Мы смоделировали упражнения на пожимание плечами, сгибание и отведение с / без веса 2 кг, используя нашу модель плеча. Мы обнаружили соответствие между смоделированной моделью и измерениями субъекта с отслеживанием маркера в пределах 1 см RMSE и активацией модели по сравнению с EMG субъекта со средней MAE ниже 0.1 для наиболее активных мышц во время рассмотренных нами заданий. Хотя мы не измеряли напрямую мышечные силы или скорости, соответствие кинематики модели и мышечной активности дает нам уверенность в том, что мышечная работа, вычисленная моделью, является репрезентативной для относительной работы, выполняемой мышцами плеча испытуемого. Одним из основных преимуществ дополнения экспериментальных показателей вычислительной моделью является то, что мы можем оценивать величины, которые трудно измерить, такие как мышечная сила и работа.

Наша первая цель состояла в том, чтобы оценить, какой объем работы выполняется грудно-лопаточными и плечевыми мышцами во время пожимания плечами и подъема рук? Для решения этой задачи мы вычислили работу, выполняемую отдельными мышцами плеча во время имитации пожимания плечами, сгибания и отведения (рис. 4), используя модель плеча. Мы обнаружили (верхнюю) трапециевидную, переднюю зубчатую мышцу и ромбовидные мышцы (т.э., плечевые мышцы). В то время как дельтовидные мышцы вносили наибольший вклад в подъем плечевой кости во время выполнения задач на сгибание, трапециевидная и передняя зубчатая мышца в совокупности выполняли больше работы, чем дельтовидные мышцы, для каждой задачи, включая сгибание.

Наша вторая цель состояла в том, чтобы ответить, какие движения лопатки контролируются большими грудно-лопаточными мышцами, такими как трапециевидная и передняя зубчатая мышца во время выполнения этих задач для плеча? Мы рассмотрели этот вопрос, проанализировав, какие грудно-лопаточные мышцы работают с лопаткой при выполнении упражнений на плечо.Наши результаты показывают, что levator scapulae поднимает лопатку, в то время как передняя трапециевидная и зубчатая мышца поворачивают лопатку во время пожатия плечами. Поскольку требования к работе увеличиваются из-за переносного веса, мы обнаружили, что верхняя трапециевидная и передняя зубчатая мышца работают вместе, образуя мощную силовую пару для вращения лопатки вверх во время подъема руки. Эти результаты подтверждают функцию передних трапециевидных и зубчатых мышц, описанную в учебниках по анатомии (Stranding, 2016).

Эти результаты имеют большое значение для реабилитации людей и нейрореабилитационной робототехники.Изучение функциональных ролей основных мышц верхних конечностей является ключом к пониманию того, каким мышцам следует оказывать помощь, а когда -.

Модель плеча предоставляет уникальные возможности для разработки и тестирования реабилитационных стратегий непосредственно физически и физиологически последовательным образом. Точно так же, как это моделирование использовалось для проверки идеальной помощи при беге человека (Uchida et al., 2016), его можно применить для изучения стратегий помощи верхним конечностям, которые позволяют ослабленной модели достигать целевых местоположений, что минимизирует вес и мощность устройства. использовать.Мы можем использовать эту модель, чтобы обнаружить принципы оказания помощи верхним конечностям, которые позволяют пациентам действовать независимо и эффективно.

У пациентов с патологиями плеча, например, параличом плечевого нерва, модель позволяет нам проверять гипотезы о причинах и способах лечения дискинезии лопатки. Появляется все больше свидетельств того, что изменение кинематики лопатки свидетельствует о патологии плеча (Ludewig and Reynolds, 2009; Kibler et al., 2013), а лечение, ориентированное на лопатку, улучшает результаты у пациентов с заболеваниями плеча (Struyf et al., 2013; Хотта и др., 2018). Однако биомеханика, лежащая в основе этих улучшений, плохо изучена. Поэтому клиницистам требуются как надежные измерения, так и точные модели, чтобы изучить, как мышцы вызывают как здоровые, так и патологические движения. Мы показали, что грудно-лопаточные мышцы играют важную роль в здоровых движениях верхних конечностей.

Хотя эти результаты обнадеживают, модель плеча имеет свои ограничения. Во-первых, мы представили сравнения задач, выполняемых одним здоровым испытуемым.Врожденная изменчивость среди людей и особенно пациентов с различными патологиями требует гораздо более всестороннего тестирования. Во-вторых, масштабирование модели и, в частности, траекторий грудных мышц было сложной и трудоемкой задачей. В некоторых мышцах, таких как ромбовидные, диапазон движений лопатки приводил к тому, что волокна были либо слишком короткими, либо слишком длинными для создания достаточной активной силы. В этих случаях нам приходилось увеличивать оптимальную длину волокон и уменьшать длину провисания сухожилий, чтобы мышцы создавали силу во всем диапазоне движений.Предстоит проделать значительную работу по автоматизации масштабирования лопатно-грудного сустава и связанных с ним мышечных путей и параметров. В-третьих, плечевой сустав был смоделирован как шаровидный сустав, что обеспечило стабильность сустава и снизило потребность в мышцах вращающей манжеты и манжете. Тем не менее, не ожидается, что силы вращающих мышц манжеты, необходимые для стабильности сустава (Cain et al., 1987; Lippitt and Matsen, 1993), не будут вносить значительный вклад в общую мышечную работу, о которой сообщается в этом исследовании, потому что: i) их вклад в силы реакции увеличивается , но реакции не выполняют работы, и ii) их руки-моменты подъема / отведения небольшие (Yanagawa et al., 2008). Мы понимаем, что стабильность плечевого сустава по-прежнему необходима для точной оценки силы ротатор-манжета и силы реакции плечевого сустава (Ameln et al., 2019).

Выводы

Диагностика, лечение и повышение работоспособности человека требует глубокого понимания функции мышечных и скелетных структур, которые производят здоровые и патологические движения. Активность и работа отдельных мышц дает представление о действиях мышц. Со времени появления новаторской модели и анализа плечевого механизма (van der Helm, 1994b) было мало сообщений о силах плечевых мышц и их работе по перемещению лопатки и руки.Мы разработали модель, которая включает в себя как мускулатуру, так и степени свободы человеческого плеча, которую мы объединили с экспериментальными данными для расчета работы, выполняемой большими грудно-лопаточными мышцами. Мы показали, что из этих мышц трапециевидные и передние зубчатые мышцы вместе выполняют большую часть работы по вращению лопатки вверх и поднятию руки.

Модель плеча и среда моделирования (OpenSim) бесплатно предоставляются с SimTK.org (https://simtk.org/projects/thoracoscapular).Модель изначально работает в OpenSim без сторонних зависимостей. Клиницисты, исследователи и студенты могут исследовать модель сил реакции мышц и суставов на основе анализа данных захвата движений субъекта и пациента, как мы продемонстрировали. Возможность запуска модели в чисто прямом динамическом моделировании также делает модель удобной для ответа на вопрос «а что, если?» вопросов. Например, если передняя зубчатая мышца ослаблена, может ли внешнее крепление предотвратить крыло? Если да, то почему результаты фиксации могут сильно различаться (например,г., Вастамаки и др., 2015)? Или может ли модель поднять руку, если передняя зубчатая мышца недееспособна? Если нет, то какая стратегия реабилитации или вспомогательное устройство могут поддерживать роль передней зубчатой ​​мышцы, позволяя поднимать руку? Эти и другие вопросы теперь можно изучить с помощью нашей модели.

Заявление о доступности данных

Среда моделирования и моделирования (OpenSim) является свободно доступной, развертываемой и изменяемой для любого исследования или коммерческого использования без ограничений со стороны SimTK.org по адресу https://simtk.org/projects/thoracoscapular и https://simtk.org/projects/opensim соответственно. Модель плеча не требует дополнительных сторонних сред или программного обеспечения. Сценарии для пакетной обработки анализов в этом исследовании предоставляются в виде файлов MATLAB.

Заявление об этике

Это исследование было проведено в соответствии с рекомендациями Этического комитета Политехнического института Сетубала с письменного информированного согласия всех субъектов. Все субъекты дали письменное информированное согласие в соответствии с Хельсинкской декларацией.Протокол был одобрен этическим комитетом Политехнического института Сетубала.

Авторские взносы

AS и RM разработали модель плеча и цели исследования. А.С. контролировал и проводил анализ данных и написал первый черновик рукописи. Доктор медицины тщательно уточнил мышечные траектории, провел анализ и получил отчетные результаты. RM инициировал добавление грудно-лопаточных мышц и возглавил сбор данных. SD поддержала исследование, способствовала достижению целей исследования и отредактировала рукопись.

Финансирование

Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения (https://www.nih.gov/) через гранты P2C HD065690, U54 EB020405.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим Дэвида Делпа и Томаса Учиду за предоставленную фигуру лопаточно-грудного сустава и Апурву Раджагопала за дополнительные правки рисунка.

Список литературы

Экленд, Д. К., Пак, П., Ричардсон, М., и Пенди, М. Г. (2008). Момент мышц рук, пересекающих анатомическое плечо. J. Anat. 213, 383–390. DOI: 10.1111 / j.1469-7580.2008.00965.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Амельн Д. Дж. Д., Чедвик Э. К., Блана Д. и Мурджа А. (2019). Стабилизирующая функция поверхностных мышц плеча меняется между подъемом в одной плоскости и выполнением задач. IEEE Trans. Биомед. Eng . 66, 564–572. DOI: 10.1109 / TBME.2018.2850522

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Басмаджян, Дж. В., и де Лука, К. Дж. (1985). Мышцы живы: их функции раскрыты с помощью электромиографии . Балтимор Мэриленд: Уильямс и Уилкинс.

Google Scholar

Болстерли Б., Вигер Д. Х. и Чедвик Э. К. (2013). Клинические применения моделирования опорно-двигательного аппарата плеча и верхней конечности. Med. Биол. Англ. Comput. 51, 953–963. DOI: 10.1007 / s11517-013-1099-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Каин П. Р., Мучлер Т. А., Фу Ф. Х. и Ли С. К. (1987). Передняя стабильность плечевого сустава: динамическая модель. Am. J. Sports Med. 15, 144–148. DOI: 10.1177 / 036354658701500209

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чедвик, Э. К., Блана, Д., Кирш, Р. Ф., и ван ден Богерт, А.J. (2014). Моделирование в реальном времени трехмерной динамики плечевого пояса и рук. IEEE Trans. Биомед. Англ. 61, 1947–1956. DOI: 10.1109 / TBME.2014.2309727

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чедвик, Э. К., Блана, Д., ван ден Богерт, А. Дж., И Кирш, Р. Ф. (2009). Трехмерная модель опорно-двигательного аппарата в реальном времени для динамического моделирования движений рук. IEEE Trans. Биомед. Англ. 56, 941–948. DOI: 10.1109 / TBME.2008.2005946

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крам, Дж.Р. (2010). Введение в поверхностную электромиографию . Элеонора: Издательство «Джонс и Бартлетт».

Google Scholar

де Зи, М., Далстра, М., Каттанео, П. М., Расмуссен, Дж., Свенссон, П., и Мелсен, Б. (2007). Валидация скелетно-мышечной модели нижней челюсти и ее применение для дистракционного остеогенеза нижней челюсти. J. Biomech. 40, 1192–1201. DOI: 10.1016 / j.jbiomech.2006.06.024

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Делп, С.Л., Андерсон, Ф. К., Арнольд, А. С., Лоан, П., Хабиб, А., Джон, К. Т. и др. (2007). OpenSim: программное обеспечение с открытым исходным кодом для создания и анализа динамических симуляций движения. IEEE Trans. Биомед. Англ. 54, 1940–1950. DOI: 10.1109 / TBME.2007.4