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Anatomia della Mano Stefano Roccella [email protected] 21 Dicembre 2010 Tratto da “The Physiology of the joints” I. A. Kapandji – Volume One: Upper Limb L’Arto Superiore • L’arto superiore svolge una duplice funzione: • esplorativa • prensile • L’arto superiore è la struttura portante della mano che è sia un organo di presa sia un organo sensoriale L’Arto Superiore: spazio di lavoro • Grazie al supporto del braccio la mano può muoversi attraverso un settore sferico che ha il suo centro all’interno dell’articolazione della spalla • La mano agisce insieme e sotto il controllo della visione, questo spiega l’orientazione dello spazio di lavoro del braccio L’Arto Superiore: Segmenti e Articolazioni L’arto superiore è costituito da: • 2 segmenti: Spalla • braccio • avambraccio e • 3 articolazioni: Braccio Gomito • spalla • gomito • polso Polso • Il sistema è costituito da 7 Gradi di Libertà (G.d.L) Avambraccio Funzionalità Prestazioni della mano Gradi di libertà/Destrezza 23 Tipi di presa Di potenza e di precisione Forza tipica di battuta 1-4 N Massima presa di potenza >500 N (età 20-25); >300 N (età 70-75) Massima presa a due dita > 100 N Massima frequenza di battuta 4.5 al secondo Controllo proporzionale/Destrezza Risoluzione fine sulla forza e velocità secondo il tipo di presa Stabilità La presa può essere mantenuta in presenza di un peso esterno o di un disturbo Numero di flessioni possibili Limitata soltanto dalla fatica muscolare Volume totale 50 cc Mobilità del polso 2+1 gradi di libertà Peso 0.4 Kg La Mano Muscolatura Tendini Struttura Ossea Articolazioni La Struttura Ossea Falangi: 14 ossa Metacarpo: Carpo: 8 ossa 5 ossa La Struttura Ossea • Lo scheletro della mano è costituito da 27 segmenti ossei. • Questi segmenti sono suddivisi in 5 raggi, ciascun raggio forma una catena poliarticolata • Ogni catena poliarticolata è composta dal metacarpo e da tre falangi eccetto per il pollice che è costituito da due falangi • Le 5 catene poliarticolate sono in grado di deformarsi Le Articolazioni Articolazioni Le Articolazioni Interfalangea Metacarpo -Falangea Interfalangea Distale Interfalangea Prossimale MetacarpoFalangea CarpoMetacarpale TrapezioMetacarpale Le Articolazioni 1 G.d.L. • I Gradi di Libertà 1 G.d.L. 1 G.d.L. 2 G.d.L. 2 G.d.L. 1 G.d.L. 2 G.d.L. La Muscolatura La muscolatura che governa i 23 G.d.L. della mano è suddivisa in due parti: • Muscolatura INTRINSECA • Muscolatura ESTRINSECA I muscoli estrinseci risiedono nell’avambraccio, quelli intrinseci sono disposti all’interno della mano L’azione combinata dei muscoli estrinseci e dei muscoli intrinseci, sotto il controllo del sistema nervoso centrale, permette lo svolgimento dei compiti di presa e di manipolazione I Muscoli Flessori I muscoli flessori risiedono sul lato ventrale dell’avambraccio e sono disposti su più strati FDS Tra i muscoli più rilevanti, responsabili della flessione delle dita, abbiamo il Flexor Digitorum Superficialis (FDS) ed il Flexor Digitorum Profundus (FDP) • FDS si inserisce a livello della falange intermedia • FDP si inserisce a livello della falange distale FDP I Muscoli Estensori I muscoli estensori risiedono sul lato dorsale dell’avambraccio Tra i muscoli più rilevanti, responsabili della estensione delle dita, abbiamo il Extensor Digitorum Communis (EDC) • L’ EDC ha una tripla inserzione cioè si inserisce alla base di ciascuna falange I Muscoli Intrinseci I muscoli intrinseci sono a loro volta suddivisi in: • Interossei • Lombricali Tali muscoli garantiscono, insieme ai muscoli estrinseci, i movimenti di flessione ed estensione delle dita; sono inoltre responsabili dei movimenti di adduzione abduzione delle dita I Tendini La forza generata dai muscoli viene trasmessa ai segmenti ossei della mano per mezzo di strutture tendinee. I tendini scorrono parallelamente ai segmenti ossei e vengono mantenuti in posizione da guaine fibrose Le Dita: Articolazioni Le articolazioni di ciascun dito sono 3: • Metacarpo-Falangea (MP) • Interfalangea Prossimale (PIP) • Interfalangea Distale (DIP) PIP DIP MP L’Articolazione Metacarpo-Falangea Questo giunto appartiene alla classe dei giunti condiloidei ed è dotato di due G.d.L. La testa del metacarpo è una superficie biconvessa e si affaccia alla base della falange prossimale che è una superficie biconcava • A causa della variabilità del raggio di curvatura della testa del metacarpo il centro di istantanea rotazione si muove durante la flessione, a causa di questo movimento i legamenti collaterali risultano lassi in estensione e tesi in flessione. Questo comporta la possibilità di eseguire il movimento di adduzione-abduzione solamente in estensione Le Articolazioni: Range di Movimento Metacarpo-falangea: • Flessione: 90° Iper-estensione: 20° • Deviazione radiale: Indice: 13° Medio: 8° Anulare: 14° Mignolo: 19° Medio: 34° Anulare: 20° Mignolo: 33° • Deviazione ulnare: Indice: 42° Interfalangea Prossimale: • Flessione: 100° Iper-estensione: 0° Interfalangea Distale: • Flessione: 70° Iper-estensione: 5° Flessione delle Dita: Ripartizione della Forza 33.5% 25% 25% 16.5% Le Forze: Esempio • Consideriamo l’azione di FDP a partire dalla falange distale fino a MP • L’azione di flessione è causata dai momenti che i tendini generano a livello di ogni articolazione Le Forze: Esempio l3 l2 l1 r3 r1 r2 F T (tensione del tendine) F F M3 M3=F*l3 Mi generato dall’azione di trazione del tendine F F M3 M2 M2=F*(l2+l3) F F M2 M1 M1=F*(l2+l3+l1) M1=2*9,8*105=2058N*mm= = T*r1⇒ T=2058/10=205.8N I principali tipi di presa • Prese digitali con opposizione subterminale (Prehension by subterminal opposition) • Prese digitali con opposizione subterminale-laterale (Prehension by subtermino-lateral opposition) • Prese tridigitali (Tridigital grips) • Prese pentadigitali (Pentadigital grips) • Prese palmari diagonali (Diagonal volar grips) • Prese palmari trasversali (Transverse volar grips) • Prese palmari sferiche (Spherical volar grips) Prese digitali con opposizione subterminale (Prehension by subterminal opposition) • in queste modalità di presa il pollice e l’indice (o qualsiasi altro dito) sono in opposizione mediante i polpastrelli. Prese digitali con opposizione subterminalelaterale (Prehension by subtermino-lateral opposition) • il polpastrello del pollice preme sulla superficie laterale dell’indice. Prese tridigitali (Tridigital grips) • coinvolgono il pollice, l’indice ed il medio. Si può avere una presa tridigitale subterminale (ad esempio se si sostiene una piccola sfera con i polpastrelli delle prime tre dita) oppure, come nel caso della figura accanto, si può tenere l’oggetto tra i polpastrelli del pollice e dell’indice e la superficie laterale del medio. Prese pentadigitali (Pentadigital grips) • utilizzano tutte le dita con il pollice in diverse posizioni di opposizione. Può essere utilizzata per afferrare saldamente oggetti da molto piccoli a relativamente grandi (ad esempio una palla da tennis). Prese palmari diagonali (Diagonal volar grips) • l’oggetto è mantenuto fra il pollice e le altre quattro dita, è in contatto con il palmo della mano e il suo asse è diagonale rispetto a quello della mano Prese palmari trasversali (Transverse volar grips) • si avvicina al tipo di presa precedente ma l’asse della mano è trasversale rispetto a quello dell’oggetto afferrato. Prese palmari sferiche (Spherical volar grips) • possono coinvolgere tre, quattro o cinque dita (come nella figura accanto) ed il palmo della mano. Le specifiche per le protesi di arto superiore: forza di presa* • Forza massima di presa: • 103 N ±21 prensione laterale • 96 N ± 24 prensione palmare • Forza usata normalmente nei task di prensione: • Circa 20 N • Forza di manipolazione: • Minore di 8 N *P.J. Kyberd et al, MARCUS: A Two Degree of Freedom Hand Prosthesis with Hierarchical Grip Control, IEEE Transaction on Rehabilitation Engineering, Vol. 3 No. 1, March 1995 Motori: Muscoli Meccanismo: S. MuscoloScheletrico + Carico Esterno Sensori: Sistema Sensoriale Fisiologico Movimento Controllore: Sistema Nervoso Centrale e Periferico Forza Attivazione Intenzione Il modello naturale per l’architettura di sistema