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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