Haags Tijdschrift voor Fysiotherapie,6e jrg 1988, no. 1 (pp. 7 28)

Transcriptie

1 Auteur(s): Titel: J.P. van de Leur Een model van een vinger (Een biomechanisch model ter ondersteuning van de praktijk) Jaargang: 6 Jaartal: 1988 Nummer: 1 Oorspronkelijke paginanummers: Dit artikel is oorspronkelijk verschenen in Haags Tijdschrift voor Fysiotherapie, van 1983 tot 1988 de voorloper van Versus, Tijdschrift voor Fysiotherapie. Deze online uitgave mag, onder duidelijke bronvermelding, vrij gebruikt worden voor (para-) medische, informatieve en educatieve doeleinden en ander niet-commercieel gebruik. Zonder kosten te downloaden van:

2 Een model van een vinger Een biomechanisch model ter ondersteuning van de praktijk J.P. van de Leur Samenvatting Dit artikel bevat een beschrijving van een twee-dimensionaal model van een poly-articulaire keten zoals de vinger. In het dagelijks gebruik zijn handen "handige" instrumenten: bijna iedereen gebruikt in zijn beroep zijn handen. Een onderdeel van de hand is een vinger, bestaande uit vier articulerende bot-elementen en drie gewrichten. Deze tri-articulaire keten wordt gestabiliseerd en bewogen door meerdere spieren. In dit artikel wordt een schematische benadering gegeven van de vingers. Door van een vereenvoudiging uit te gaan is het mogelijk een model te maken waarbij de schematische benadering centraal staat. Na vele tussenvormen ontstond het hier gepresenteerde model (11). Enkele voorbeelden van de toepassing bij onderzoek en behandeling van bewegingsstoringen van de hand zijn in dit artikel beschreven. Het model Het vingermodel is een nabootsing van de menselijke vinger in het sagittale vlak en heeft over vier articulerende botstukken drie gewrichten met vaste rotatie-assen: parallel aan elkaar en loodrecht op het vlak van beweging. Het model gaat qua anatomie uit van een gemiddelde van alle vingers van de mens, met uitzondering van de duim (5, 6, 7, 8, 9, 15). In figuur 1a en 1b is de "vinger" te zien in bovenaanzicht en in zijaanzicht. De "botstukken" zijn in een schematische vorm gezaagd, dat wil zeggen, ze zijn in het model vereenvoudigd tot rechte botstukken (6, 7, 27). In de menselijke vinger hebben de botstukken een kromming om de krachten, die op de botstukken inwerken, op te vangen. Tussen ieder caput van het meer proximale botstuk en de basis van het meer distale botstuk zit een ruimte die de gewrichtsspleet voorstelt (figuur 2). Om het gewicht van het model op te heffen zijn in ieder botstuk drie kogelpotten gemonteerd. Door deze constructie is het mogelijk de vinger te laten rollen in flexie en extensierichting. Een kogelpot is een solide kogel omgeven door kleinere kogels, waardoor een kracht van 55 N vrijwel wrijvingloos kan worden gedragen (figuur 3). Dit is belangrijk voor de validiteit van het model. Als vast rotatiepunt wordt een draaiplateau gebruikt. Hierdoor is het overbodig om het over de functie en nevenfunctie van het gewrichtskapsel te hebben. Om de botstukken in vivo te laten bewegen zijn onder andere pezen en spieren nodig; in het model is dit gerealiseerd door middel van nylonkoorden die, bij een trekbelasting van 500 N, een vervormingspercentage van ongeveer 8 % hebben. Figuur 1 a. Bovenaanzicht van het model b. Zijaanzicht van het model.

3 Figuur r 2. De botelementen van het model in bovenaanzicht. Het verloop van de pezen is in de descriptief anatomische leerboeken te vinden (1,4, 5, 8, 9, 10, 15, 16, 18, 27). In het model is het verloop van de intrinsieke musculatuur (Mm. lumbricales en interossei) als een spier weergegeven. Hiermee wordt direkt een beperking van het model aangegeven. Verder is het verloop volgens de geschematiseerde anatomie. Ook is het extensorapparaat in het model schematisch uitgebeeld door middel van een kruissysteem (9, Figuur 3. 14,13)..Hierdoor insereren de Mm.interossei en lumbricales niet Kogelpot om het model wrijvingsloos in de M.extensor digitorum, maar lopen zij gezamelijk verder naar ten opzichte van de onderlaag te kun- de volgende botstukken: phalanx media en phalanx distalis. De o- nen bewegen rigo's kunnen niet worden aangeduid in het model, omdat het model dan te omvangrijk zou worden. Om de spieren te laten contraheren kan in het model aan nylonkoorden getrokken worden (figuur 4). Figuur 4. Principe van de plaatsing van pezen. Omdat het model een "plat" model is, (een model in twee dimensies) is er om de pezen op hun plaats te houden een rail op het draaipunt gelijmd, waarop een messingblokje met een ingesoldeerd uitstekend oogje is bevestigd, waar de pees doorheen geleid wordt. Hiermee kan tevens de momentsarm bepaald worden ten opzichte van het draaipunt van het gewricht (figuur 5). Naast de rail ligt een maataanduiding op schaal 8:1. De maataanduiding op schaal biedt de mogelijkheid de pees in verhouding te verplaatsen zoals bijvoorbeeld bij een hydrops in het m.c.p. gewricht. Om eenvoudig na te kunnen gaan in welke stand de vinger staat, is er een gradenboog met een gradenwijzer aangebracht (figuur 6). Voor de geleiding van de koorden is er aan de metacarpus een katrol gemaakt (figuur 4 en 6) om de koorden in de juiste richting en zonder wrijving te laten "verkorten" en "verlengen". In het model is ook het diagonale ligament van Landsmeer verwerkt. Dit is voor de duidelijkheid zo veel mogelijk naar palmair geplaatst. Tevens is er een mogelijkheid om peesletsel na te bootsen en de gevolgen ervan te demonstreren. Hiervoor zijn haakjes gebruikt. In het model zijn de volgende bewegingsuitslagen haalbaar: Gewricht Beweging Uitslag a* Uitslag b* m.c.p gewricht flexie 82 (90-82)=8 extensie 23 (90+23)=113 p.i.p gewricht flexie 65 (90-65)=25 extensie 5 (90+5)=95 d.i.p gewricht flexie 65 (90-65)=25 extensie 25 (90+25)=115 (* a is het aantal graden in het model zoals dit bij orthopaedisch onderzoek zou worden weergegeven.

4 b is het op de gradenboog af te lezen aantal graden in het model). Figuur 5. Geleiderails ter bepaling van de momentsarm. Figuur 6. Gradenbogen en gradenwijzers voor het aflezen van de hoekstandsverandering. Tevens zijn aangegeven de posities van de katrollen voor de pezen. In het model is ook een vorm van remming ingebouwd in extensie richting door middel van een stuiknok. De remming van de beweging in flexierichting gebeurt doordat het moment nul wordt, omdat de kracht in het verlengde van de rotatie-as ligt. Hierdoor wordt de arm nul (figuur 7). Dit zal echter nooit in de menselijke vinger voorkomen, omdat het volaire ligament ervoor zorgt dat het moment hetzelfde blijft en in sommige gevallen groter wordt. Hierdoor blijft de kracht relatief hetzelfde ten opzichte van de grootte van de momentsarm. Het gehele model wordt nog eens getoond in de figuren 8 en 9.

5 Figuur 7. Flexorpeesverloop in de menselijke vinger en in het model. Figuur 8 Figuur 9 Het model in een licht gestrekte stand Het model in flexie De mogelijkheden van het model In het model is het mogelijk om met 31 variabele factoren te werken. Hieronder volgen vijf toepassingsvoorbeelden van onderzoek zoals dit aan het model verricht zou kunnen worden. Met nadruk wordt erop gewezen dat het hier niet de bedoeling is de hieronder te beschrijven voorbeelden uit te werken. Er wordt slechts gepoogd te demonstreren welke soorten vragen met betrekking tot vorm en

6 funktie van de hand met behulp van het beschreven model bestudeerd kunnen worden. Meer mogelijkheden zijn elders beschreven (11). Voorbeeld 1: Berekenen van de functionele peeslengten. Hiervoor is het mogelijk om een wiskundige formule te gebruiken. (Deze formule is een benadering van de werkelijkheid, daar de doorsnede van het gewrichtsoppervlak in werkelijkheid geen cirkelbaan beschrijft. Indien de bewegingsrange tot 45 graden beperkt blijft, is de formule een redelijke benadering). Voor de peeslengte-verandering van de extensorpees tijdens bewegen van het p.i.p gewricht in figuur l0b geldt: L= ( P 180) π b waarin: )L = lengteverandering van de extensorpees )P = hoekverdraaiing in graden (flexie is positief extensie is negatief) b = momentsarm B = 3,14159 Voor de lengteveranderingen van de flexorpees ligt de zaak iets ingewikkelder. We beschouwen hiervoor het p.i.p. gewricht in figuur l0a. Figuur 10. Momentsarm van de flexorpezen (a en c) en de extensorpezen (b en d) Hierbij is de plaats van het geleidingsoog heel belangrijk. Hiermee wordt namelijk de formule voor een heel groot deel bepaald. Het vaste punt van de pees ligt distaal van het punt waarvan er gerekend wordt. Bij een beweging naar flexie verplaatst het gewricht zich over een hoek )P. Een gegeven punt op de basis van de distale phalanx maakt een beweging even-redig met de sinus van die hoek. De formule wordt nu: L= a sin( P) Ook deze formule is een benadering tot een bewegingrange van 45 graden. Voor hoeken groter dan 45 graden is het verschil met de menselijke vinger niet meer te verwaarlozen. Deze twee formules zijn voor een mono-articulaire keten. Voor een polyarticulaire keten kan volstaan worden met een aaneenschakeling van de formules. Voorbeeld 2: Contractieverhoudingen van spieren bij een beweging Om deze proef te doen dient eerst een aantal voorbereidingen te zijn getroffen, zoals aan ieder koord een gewichtje hangen, de beginstand van de beweging innemen, bepalen van de afstand tussen het gewichtje en de bodem (A). Hierna wordt de gewenste beweging gesimuleerd. Daarna wordt opnieuw de afstand gemeten van het gewichtje tot de bodem (B). De benodigde spierverkorting (c.q. verlenging) )L wordt dan gegeven door (B-A). De berekende waarden (zoals hierboven is beschreven) en de gemeten waarden kunnen dan met elkaar vergeleken worden. Voorbeeld 3: Momentsarmen en hun uitwerking op gewrichten Door de momentsarmen te varieren is het mogelijk te onderzoeken welke uitwerking een moment heeft op een gewricht. Als de momentsarmen gelijk zijn, zal de bewegingssnelheid gelijk zijn naar flexie en extensie. Maar hoe zal de snelheid van bewegen zijn, indien de momenten aan elkaar ongelijk zijn? Als in plaats van een mono-articulaire keten een bi-articulaire keten getest moet worden, in hoeverre is de keten dan stabiel? Indien de vinger in evenwicht is, moet onder andere de som der momenten nul zijn. Dit betekent dat de kracht in flexoren en extensoren omgekeerd evenredig moet zijn aan

7 de lengte van de momentsarmen (a,c en b,d in figuur 10). In het model kan worden nagegaan bij welke waarden er stabiliteit bestaat. De gevonden waarden kunnen worden vergeleken met de in werkelijkheid gevonden lengten van de momentsarmen (tabel 1). Uit deze analyse blijkt dat bij een bi-articulaire keten waarin alleen sprake is van aktiviteit in een flexor en een extensor (een bimusculair systeem) er een neiging is tot zigzaggen van de keten. Er zijn dan twee mogelijkheden; een swanneck of een boutonniere. Spier Gewricht Momentsarm (mm) Flexoren m.c.p. 12 extensor m.c.p. 11 flexoren p.i.p. 9 extensor p.i.p. 5 interosseus p.i.p. 3,5 interosseus m.c.p. 9,5 flexor d.i.p 6 extensor d.i.p 4 interosseus d.i.p 4 Tabel 1. Enkele gemiddelde waarden van werkelijk gemeten momentsarmen. Voor interosseus dient ook lumbricales gele- zen te worden. Voorbeeld 4: Peesletsel en de gevolgen daarvan voor bewegen van de vinger In het model zijn haakjes in de nylon koorden geplaatst. Hiermee is het mogelijk de gevolgen van peesletsel te simuleren. In het model is de mogelijkheid ingebouwd om de meest voorkomende peesletsels na te bootsen, zoals bijvoorbeeld een malletfinger. Er zijn op de volgende plaatsen haakjes bevestigd (figuur 11): in de extensorpees ter hoogte van het d.i.p. gewricht; in de extensorpees ter hoogte van het p.i.p. gewricht en in het diagonaal ligament van Landsmeer ter hoogte van het corpus van de mediale phalanx. (Alhoewel de laatste een ligament is en geen pees, speelt dit ligament een grote rol in de passieve stabiliteit en de aktieve bewegingsrange van de vinger). Door het "loshaken" van de genoemde strukturen kan de invloed hiervan op de bewegingen van de vinger gesimuleerd worden. Ook is het mogelijk een pees te verkorten. Indien bijvoorbeeld de extensorpees ter hoogte van het d.i.p. gewricht verkort wordt, is het mogelijk een situatie te simuleren zoals er in werkelijkheid ontstaat bij een "intrinsic-plus finger". Hierbij ontstaat er veel eerder een strekking van de interphalangeale gewrichten als in de niet-pathologische situatie. Voor peesletsel aan de flexorpezen is geen haakverbinding in het model gemaakt. Deze kunnen gesimuleerd worden door simpelweg de nylonkoorden niet te gebruiken. Figuur 11. Positie van haakjes ter simulering van peesletsels Voorbeeld 5: Verhoogde spanning van een spier en het effekt op de gewrichtsketen De verhoogde spanning van een spier kan door vele oorzaken plaatsvinden. Het is niet de bedoeling hierop in te gaan. In het model is het mogelijk om het effekt van verhoogde spierspanning te demonstreren door aan de desbetreffende spier meerdere gewichten te hangen. Na deze voorbereiding is het mogelijk het effekt te onderzoeken van de tonusverhoging op de bewegingsomvang en coördinatie. Door het model "passief" te bewegen of door aan de koorden te trekken, is het mogelijk het verschil te bestuderen tussen bewegingen met en zonder tonusverhoging. Indien een spier uitvalt, door pathologie van neurologische en/of orthopaedische structuren, treden er veranderingen op in stabiliteit en actieve mobiliteit van de articulaire keten waaraan die spier deelneemt. Dit is eigenlijk een alom bekende stelling, maar desondanks is het wijselijk om deze stelling nader te verklaren. Dit zal getracht worden

8 aan de hand van een laesie van de n. ulnaris. Bij uitval van de n. ulnaris ontstaat een typische handhouding (die overigens aktief wel in een andere stand gebracht kan worden). De karakteristieke houding van de hand is als volgt: de ringvinger en pink zijn geextendeerd in het m.c.p.-gewricht en geflecteerd in de interfalangeale gewrichten. De pink is tevens geabduceerd in het m.c. p.-gewricht. De middelvinger is soms ook een deel van de deformiteit, echter in veel lichtere vorm (2,6,8,9,17,19, 20,22,24,25,26) Een laesie van een zenuw is op vele plaatsen in de bovenste extremiteit mogelijk. Laesies van een kombinatie van zenuwen komen veelvuldig voor. Hierdoor is het duidelijk dat vele vormen van paresen kunnen optreden. Het is bijvoorbeeld mogelijk dat er een combinatie bestaat van een medianus en ulnaris parese. Door de mogelijkheid van gecombineerde zenuwlaesies wordt het ingewikkeld een duidelijke diagnose te stellen. Dit wordt temeer bemoeilijkt door de interindividuele variatie in de innervatiegebieden van de verschillende perifere zenuwen. Enig inzicht hierin kan worden verkregen door het onderzoeken van de sensibiliteit van de hand van patienten met een zenuwlaesie. Voor de duidelijkheid beschouwen we hier een "geisoleerde" n. ulnaris laesie. Aanzienlijke A.D.L. stoornissen treden op wanneer er funktie van de hand gevraagd wordt. Dit komt niet alleen door de uitval van spieren, maar natuurlijk ook door de uitval van de sensibiliteit van het desbetreffende gebied. Om te beginnen moeten we weten welke spieren er uitgevallen zijn, en welke konsekwenties dit heeft voor de A.D.L. en voor het morfologisch beeld. Hiervoor dient er eerst een aantal termen te worden verklaard. "Interosseus-minus fingers" zijn vingers waarbij de Mm. interossei niet meer voldoende aktief zijn om een effekt op de gewrichten te leveren (22). "Intrinsic-minus fingers" zijn vingers waarbij de Mm. interossei en Mm. lumbricales niet meer voldoende aktief zijn om een effekt op de gewrichten te leveren (21). Bij "interosseus-minus fingers" hoeft er geen morfologische afwijking te zijn, maar de vinger is niet meer in staat om een ingenomen stand, bijvoorbeeld een pincetgreep, te handhaven. Bij "intrinsic-minus fingers" kan er een klauwstand ontstaan, omdat de intrinsieke spieren de keten niet aktief kunnen stabiliseren (12, 13, 18, 25). In de praktijk zijn de 3e, 4e, en 5e vinger "intrinsic-minus fingers" en is de wijsvinger een "interosseus-minus finger". De duim wordt in dit artikel buiten beschouwing gelaten. Om nu de klauwdeformiteit nader te verklaren keren we terug naar het model. Dit heeft echter wel zijn beperkingen. In het model is het alleen maar mogelijk om per vinger de situatie te bekijken. Dit geeft natuurlijk nooit een duidelijk beeld van een aandoening van de gehele hand. De simulatie van de klauwstand verloopt als volgt. In het model worden de intrinsieke spieren op non-aktief gesteld. Vanuit een gebogen stand van de vinger wordt de vinger gestrekt door aan de extensor-koorden te trekken. Nu blijkt dat de vinger niet geheel gestrekt wordt. Er blijft in de interfalangeale gewrichten een lichte flexie bestaan, identiek aan de werkelijke situatie. In de praktijk is het gevolg dan, dat een groot object niet omvat kan worden, maar dat het wordt weggeduwd door de sluitende vingers (figuur 12). In het model komt de vinger, die in een klauwstand staat, niet meer terug in de geextendeerde stand,, ook niet bij harder trekken aan de extensor (figuur 13). Wel komt de vinger terug in de gestrekte stand indien we aan het koord van de intrinsieke spieren trekken (11). De intrinsieke spieren hebben dus onder andere de functie van strekking van de interfalangeale gewrichten, ongeacht in welke stand het m.c.p.-gewricht staat (23). Een model is een onderzoekmiddel dat vele beperkingen kent. Toch is het maken van een model en het experimenteren ermee een doeltreffende manier om achter de mogelijke oorzaak te komen van een verschijnsel. Figuur 12. Boven: een drietal fasen van het omvatten van een voorwerp met een normale hand. Onder: een drietal fasen van het omvatten van een voor- verp met een hand, waarin de intrinsieke musculatuur door een gekombineer- de laesie van de n. ulnaris en n.medianus uitgevallen is.

9 Figuur 13. Klauwstand van een vinger. Literatuur 1. American Society for Surgery of the Hand. The Hand, examination and diagnosis, hoofdstuk "acquired deformities". 2. Brand P.W. Paralytic Claw Hand. J. Bone and Joint Surg. Vol. 40-B no. 4, pp (1958). 3. Burkhalter W.E./Strait J.L. Metacarpophalangeal Flexor Replacement for Intrinsic Muscle Paralysis. 4. Calliet R. Handpijn. De Tijdstroom, Lochem (1981). 5. Carpentier Alting M.P. Enige functioneel anatomische aspecten van vingers. Dissertatie, Groningen (1978). 6. Flatt E.A. Mosby Company, London ect. (1979). Care of minor hand injuries. 7. Flatt E.A. Care of the arthitic hand. Mosby Company, London ect. (1983). 8. Kapandji I.A. The physiology of the joints, Vol I. Churchill Livingstone, ingstone, New York (1970). 9. Kaplan E.B. Functional and Surgical Anatomy of the Hand. Lippincott Co., Philadelphia (1965). 10. Kendall H.O./Kendall F.P./Wadsworth G.E. Spieren, test en functies. Bohn, Scheltema & Holkema, Utrecht ect. (1982). 11. Leur J.P. van de Een Model van een Vinger, een biomechanisch model. Haagse Academie voor Fysiotherapie, Delft (1987). 12. Landsmeer J.M.F. Studies in the anatomy of articulation; II patterns of movement bimusculair biarticulair system. Acta Morpho. Neerl. Scand. 3: pp (1961).

10 13. Landsmeer J.M.F. A report on the coordination of the interphalangeal joints of the human finger and it's disturbances. Acta Morpho. Neerl. Scand. 2: pp (1959). 14. Landsmeer J.M.F. Anatomical and functional investigations on the articulations of the human fingers. Acta Anat. (Basel) 25 (supp. 24): pp (1955). 15. Landsmeer J.M.F. Anatomy of the Hand. Churchill Livingstone, New York (1976). 16. Lohman A.H.M. Vorm en beweging. Bohn, Scheltema & Holkema. Utrecht U (1980). 17. Mumentaler M. Neurologie. Thieme Verlag, Stuttgart (1982). 18. Spoor C.W. Het verplaatsingsmodel en het krachtmodel voor de keten van vingergewrichten. Boerhaave cursus, Leiden. 19. Srinivasan H. Clinical Features of Paralytic Claw Fingers. J. Bone and Joint Surg. Vol. 61-A no. 7, pp (1979). 20. Srinivasan H. Patterns of Movement of Totally Intrinsic-Minus Fingers. J. Bone and Joint Surg. Vol no. 6, pp (1976). 21. Scrinivasan H. Movement Pattern of Intrinsic nsic-minus Fingers. Annals of the Royal College of Surgeons of England, pp (1979). Vol Scrinivasan H. Movement Patters of Interosseus-Minus Fingers. J. Bone and Joint Surg. Vol. 61-A no 4, pp (1979). 23. Stack H.G. A study of muscle function of the fingers. Annals of the Royal College of Surgeons of England, (1963). 24. Sunderland S. Nerve and Nerves Injuries, hoofdstuk 57. Churchill Livingstone, New York (1978). 25. Tubiana R./Malek R. Paralysis of the intrinsic muscles of the fingers. S.C. North America 48, pp (1968). 26. Tubiana R. Examination of the Hand and Upper Limb. Saunders Com. London ect. (1982). 27. Wolf-Heidegger G. Atlas of Systematic Human Anatomy, Vol. I en III. Karger, Basel ect. (1972).