肩关节功能解剖与诊查思路

肩关节的概念

“肩关节”或称“肩部复合体”,不是一个关节,而涉及了四个骨间连接:盂节/Glenohumeraljoint(即狭义的肩关节)、肩锁关节/acromioclavicularjoint(ACjoint)、胸锁关节/Sternoclavicularjoint(SCjoint)以及肩胛胸壁连接(又被称为肩胸关节/scapulothoracicjoint)。另外,还有文献称肱骨头与肩峰下的空间为“第二肩关节”。这些相连接的骨主要有四块:肱骨、锁骨、肩胛骨和胸骨,再加上部分肋骨和脊柱。在这些骨骼上有20块肌肉附着,涉及颈、肩胛、上肢以及肋骨的运动。这些骨骼之间还有许多韧带、关节囊等结缔组织,而众多重要的血管、神经也在此部位经过。

盂肱关节被称为人体活动幅度最大的关节,但其运动从来不是肱骨单一的运动,而是肱骨、肩胛骨与锁骨三者的协同运动,即肩部复合体的整体运动。盂肱关节将上肢连接到肩胛骨上,所以肩胛骨相当于上肢的“基座”,但观察肩胛骨不难发现,这个基座仅靠细而扭曲的锁骨与躯干发生骨性连接,其余大部分都是通过肌肉连接,所以在上肢活动时,这个基座是不固定的,而其下方的肋骨形态改变也会引起这个基座的位置变化。这与骨盆和下肢的关系有很大不同!但也因此造就了上肢巨大的活动范围。所以任何程度的上肢活动受限都应当检查全部肩关节,而不是某一处的骨连接,必要时还要扩大到脊柱和胸廓。

由于肩部的多条肌肉附着于脊柱,特别是颈椎,而且受来自颈椎的脊神经支配,所以肩关节的功能障碍往往还与颈椎相关,有时还会发生混淆。

肩部的骨骼

如上所述,构成肩部连结关系的共有胸骨柄/Manubriumofsternum、锁骨/Clavicle、肩胛骨/Scapula和肱骨/Humerus四块骨骼,由于胸骨被胸廓固定,所以参与肩部活动的仅三块。其中患者常常注意到的是肱骨即手臂的运动障碍,专业人士的注意力则多在肩胛骨,而锁骨的运动往往被忽视,即使在专业文献中对此的涉及也较少。

锁骨及其运动

一直以来,有关锁骨的运动缺乏详尽准确的研究资料,但随着技术手段的进步,这个问题逐步得到了重视。不应忽略的事实是:锁骨与胸骨柄间的关节是上肢与躯干之间唯一的真关节连接;胸锁关节的强度是如此之高,以至于外力作用下常常发生的是锁骨骨折而不是胸锁关节的脱位;与肩胛骨相比较,锁骨无论是其自身的体量还是附着其上的肌肉都要小很多,所以“锁骨的运动主要受肩胛骨带动”的说法不无道理,例如,当肩胛骨上回旋时,连接喙突与锁骨的锥状韧带会牵拉锁骨绕长轴旋转,其幅度可达50°。也因此,当锁骨运动障碍时,会限制肩胛骨乃至手臂的活动。研究表明,当锁骨长轴旋转被限制时,上臂外展最多只有°。

正是由于锁骨的运动是由肩胛骨带动,故其运动方式也与肩胛骨类似:上抬/elevation、下抑/depression;前伸/protraction、后缩/retraction;以及长轴旋转/longaxisrotation。这些运动都发生在胸锁关节,而在锁骨前伸后缩时,该关节还存在平移滑动。锁骨在任何方向进行上下运动时均会伴有轴向的旋转。可以说,任何影响胸锁关节自由度的因素都会因妨碍锁骨运动进而影响肩胛骨乃至上肢。所以,胸锁关节周围的软组织张力异常是在肩关节运动评估中需要引起重视的部位。这也是颈部与上肢运动发生联系的途径之一,例如长时间低头导致胸锁乳突肌紧张进而引起胸锁关节周围张力过高。

与胸锁关节关系到锁骨运动类似,肩锁关节主要关系着肩胛骨的运动。在这里主要发生的动作是肩胛骨的内旋/internalrotation与外旋/externalrotation。肩锁关节的关节面俯视呈弧形(锁骨与肩胛骨呈60°角),以满足肩峰(即肩胛骨)的前后滑动。这对保证关节盂在手臂活动时总是与肱骨头对正十分重要。在冠状面上,关节面呈斜行,使锁骨可以滑向肩峰上方。当手臂外展超过°后,胸锁关节的活动受限,肩胛骨的活动将取决于肩锁关节。

肩胛骨及其运动

很难将锁骨的运动独立于肩胛骨,同样在描述肩胛骨运动时,即使没有提及,锁骨也必然是一起运动的。以典型的肩胛骨运动——上回旋与下回旋为例,很难想象这组动作仅仅发生在肩胛骨或肩锁关节而不涉及胸锁关节。与锁骨不同,肩胛骨不仅有许多大肌肉附着,其活动范围也十分明显,乃至人们在评估肩胛骨运动时常常会忘记锁骨的存在。一个有趣的问题是,如果说盂肱关节是肱骨运动的支点,那么肩胛骨运动的支点在哪里?也许是胸锁关节。

上图展示了肩胛骨的六个运动方向(你可能会注意到,这里没有提及在讨论肩锁关节运动时提到的内外旋运动,但其实已经包括在里面了。这也反映了目前业内术语统一的困境):上抬/elevation、下抑/depression;外展/abduction或称前伸/protraction、内收/adduction或称后缩/retraction;上回旋/upwardrotation、下回旋/downwardrotation。另外,肩胛骨还有一对幅度极小的运动——前倾/anteriortilt和后倾/posteriortilt。不难看出,如果将锁骨与肩胛骨作为一体来讨论其运动,也许更为方便,特别是附着于锁骨的肌肉群,其运动锁骨的能力相对微弱。但一定不要忘记发生在胸锁关节的旋转与滑动,它们虽然没有与之一致的肩胛骨运动,但确实会对后者产生重要的影响!

肩胛骨与肱骨相连接的部位是关节盂,其表面是覆有滑膜的关节软骨,周围有一圈纤维软骨称为盂唇。关于盂唇的功能,文献中存在争议,有认为其加深了关节窝,也有认为仅是关节囊的附着处。盂唇的上部有肱二头肌的长头腱附着也易发生损伤(SLAPtears)。在盂唇之上的肩峰与喙突之间有一条韧带——喙肩韧带,与其它多数韧带连接两块活动的骨不同,此韧带位于一块骨的两个固定骨突之间,主要作用是保护肱骨头防止其撞击肩峰或肩锁关节。其下方是肩部的重要滑囊之一——肩峰下滑囊,再下方是冈上肌与关节囊上部。肩峰下滑囊的作用就是分隔与润滑,所以除非因特定反复运动而受刺激外,其发炎多与肱骨头运动轨迹异常相关。因此所谓肩峰下滑囊炎是否能作为一个独立的诊断,在具体病人身上是值得商榷的。

肱骨及其运动

肱骨通过盂肱关节及其周围软组织连接到肩胛骨上。从骨性结构上看,该关节不稳定,关节盂仅覆盖肱骨头表面的四分之一至三分之一。盂窝面的轻度上倾(虽然很容易被肩胛骨的位置改变抵消)、喙肱韧带与盂肱上韧带的向外下方斜行、以及关节囊上部的增厚均有助于拮抗上肢所受的重力。一般状态下,肩胛面与冠状面间存在约30°的前倾角,而盂窝相对肩胛面平均后倾7.4°,同时肱骨头存在约20-30°的后倾角(肱骨头长轴与肘关节矢状轴的夹角),这样既抵消了肩胛骨的前倾,又将手臂至于相对偏躯干前部的位置。但这种结构也导致了盂肱关节前部软组织张力有增高的趋向,也容易诱发肱骨头前移。

虽然我们常说肱骨连接到肩胛骨上,但如果考虑到肩肱节律,则不如说肱骨通过锁骨-肩胛骨复合体连接到躯干上!然而,如果被动固定锁骨-肩胛骨复合体,临床上仍然可以观察到肱骨在盂肱关节上的独立运动。肱骨的运动有六个方向:前屈/flexion、后伸/extension;外展/abduction、内收/adduction;内旋/internalrotation、外旋/externalrotation。对这六个方向的活动范围,不同文献有不同的提法,比如外展动作,在晚近的文献中多称可达?,但较早的骨科书籍明确指明那是上举,属于肱骨的复合运动(包括了外展与旋转),并认为单纯肱骨外展不超过90°(其实“单纯”的说法并不准确)。如果讨论上举运动,则有必要区别前屈上举与外展上举,因为两者的运动终末位置虽然可能一样,但肱骨头经历的运动轨迹却不尽相同。有研究表明,肱骨在矢状面的上抬过程中需要内旋,而在冠状面上抬时需要外旋。前者一般认为主要是由于有相同的肌肉导致肱骨屈曲与内旋,但也有说是由于喙肱韧带的张力增加所致。而后者则是由于大结节需要避让肩峰,否则其幅度仅能达到60°-90°。当肱骨在肩胛面外展时,则无需内旋或外旋,且只有此时冈上肌与三角肌的力线相对齐。因此可以合理地推断,手臂外展时肩胛骨的初始位置对整个外展过程有重要影响。无论是在三个平面中的那一个,对于正常肩关节,肱骨上举最终达到的位置都是一样的。在那个位置上,肱骨几乎无法再进行任何旋转。临床事实也是如此,肩部疾患的病人往往表现出前屈上举与外展上举的活动范围差异。

其实日常生活中绝难出现单纯的盂肱关节动作,也就是说,肱骨运动时必然伴随肩胛骨的运动。而这两者的运动范围均相当大,因此当早期盂肱关节活动障碍时,患者往往由于肩胛骨运动的代偿而无从察觉。但这种代偿可能将原本局限在盂肱关节附近的问题扩大到整个肩胛带,乃至脊柱。同理,在肩周炎患者的功能锻炼中,也可能过度地使用代偿。

肩部的肌肉

至少有一个附着点在锁骨、肩胛骨或肱骨近端的肌肉共20块,其中有17块附着在肩胛骨上,由此也可以看出肩胛骨在肩部的重要性。与其它所有关节部位的肌群一样,肩部的肌肉也可以划分为主要稳定肌群与主要运动肌群,只是与脊柱肌群的“深层主稳定、浅层主运动”相比,在肩部,这两种功能间的区别并不十分明显。例如,位于浅层的斜方肌,既是肩胛骨的主要运动肌肉,也是稳定肩胛骨的重要成分。(详细的肌肉情况见附表)

另一种分类方法是将这些肌肉分为主要运动肩胛骨与主要运动肱骨的两类。这仅是为了理解方便的需要。事实上,任何所谓肩胛运动肌群的微小变化都有可能引起肱骨运动的显著改变,反之亦然。这也是为什么许多文献将整个肩部称为“肩部复合体”而肌筋膜链理论又如此流行的原因。

锁骨-肩胛骨的运动及其相关肌肉

当我们将锁骨与肩胛骨的运动放在一起讨论时,其实是以肩胛骨的运动为主要描述方式。两者并列只是为了强调锁骨的运动障碍会对肩胛骨产生的影响。

有关肩胛骨的运动,目前可以确定的事实有:

·肩胛骨运动的形式是三维的,但目前常用的所有单一评估方法均局限于某一个平面;

·由于与躯干间缺乏骨性连接,肩胛骨的位置取决于其周围肌肉的张力状态,因此容易产生病理性运动;

·肩胛胸壁连接与盂肱关节不可分割,一方的变化必然影响另一方。这种肩胛骨与肱骨间相互协调的成对运动被称为“肩肱节律”。事实上,盂肱关节与肩胸关节间的运动比例在整个活动范围内的不同阶段间存在很大差异,个体间差异也很大。而早期发现的2:1之比,仅是一个总体平均值;

·正常情况下,当手臂在肩胛平面上举时(外展上举),整个过程中,肩胛骨存在持续的上回旋、后倾和外旋,同时还伴随锁骨的上抬与后缩。这中间最主要的是肩胛骨上回旋,而这个动作中重要的力偶来自前锯肌与下斜方肌,两者的正常保证了肩峰的上抬。另外,前锯肌涉及了肩胛骨3-D运动中的所有部分。在上举末段,肩胛骨发生的是内旋还是外旋,不同的文献尚存争议。

在评估肩胛骨状态时面临的主要困境是如何测量肩胛骨的位置变化。换句话说,治疗前后发生症状改善时是否也发生了肩胛骨位置变化?如果有,这种变化又扮演什么角色?引申出的临床问题是,治疗前如何确定肩胛骨的位置是否正常?由于机体强大的代偿能力以及肩部全部结构间的复杂相互作用,临床上即使伴有明显的肩胛骨位置变异也可以没有显著的肩部功能障碍。另外,据推测,肩胛骨的休息位会因颈、胸椎矢状面的异常排列而改变。通常,描述肩胛骨位置的参照点是关节盂。

肩胛胸壁连接,虽然有时被称作“肩胸关节”,但在不考虑锁骨时,可以被等同于肩胛周围肌肉中与躯干相连的那一群,即“肩胸关节=肌肉群”。因此,与其它真关节不同,肩胸关节的(动态与静态)稳定性几乎完全取决于其肌肉组织的协调运动。任何肩胛周围肌肉组织的变化都可能引起肩胛骨位置和运动机制的改变,这种改变又被称为“肩胛骨运动障碍/scapulardyskinesis”。由于这种改变又可引起肩部复合体的功能下降并进而引发盂肱关节的损伤,所以肩胛带发生的多数运动机制异常、过劳损伤均可追溯到肩胛稳定肌群的功能变化。

有研究表明,肩胛稳定肌群的削弱及其继发生物力学改变会导致:1)前部关节囊的异常应力。如当肩胛骨不能完全后缩时,投掷或手臂过头动作中肩前部会受到过度应力;2)增加肩袖受压的可能性。有报导,68%的肩袖问题中存在肩胛不稳定;3)肩部复合体的神经肌肉机能下降。

肩胛骨的主要稳定肌包括:前锯肌,大、小菱形肌、肩胛提肌和斜方肌。除了通过锁骨的连接,肩胛骨还通过前锯肌与肩胛下肌的肌肉附着提供吸附机制而与胸壁贴紧并在其上滑动。

肱骨的运动及其相关肌肉

肱骨的运动发生在盂肱关节,其正常需要同时满足至少两个条件:肩部的稳定,特别是动态稳定;及肩胛部与肱骨近端周围肌群的功能正常并相互协调。前者不仅包括了肩胛骨的稳定,还包括盂肱关节本身即肱骨头的稳定,这两种稳定又都与其周围软组织密切相关。

一般文献多认为盂肱关节属不负重关节,但实际测量发现,在运动过程中盂肱关节某些部位的受力可以达到上肢重量的数倍乃至体重的80-90%。考虑到这些力量主要来自周围肌肉,又不能总是被关节面分担,因此对关节囊及周围韧带的强度有着更高要求。

肱骨最主要的日常运动是前屈,但临床及研究中的重点却是外展。部分原因是由于手臂外展上举的幅度是如此之大(°),且涉及了肩胛骨、肱骨和锁骨的各种多轴运动,其有效完成既要求肩胛与肱骨头的动态稳定,又需要几乎肩部所有肌肉间的协调同步,任何一个细节处的微小变化都有可能在最终结果中被放大(当然,也可能因代偿而被暂时掩盖)。

在整个外展上举过程中,如果从侧面观察肩胛骨,可以看到其发生外旋与绕冠状轴的逆时针旋转(后倾),这种运动来自胸锁与肩锁关节,前者占40°,后者占20°。而肱骨头则需要相对肩胛骨外旋,以保证避让肩峰而不发生撞击。这种外旋有赖于冈下肌与小圆肌的功能正常,还可能有来自关节囊的扭转力量。同时,肱骨头的初始位置也至关重要,当肱骨头相对关节盂前移时(结构上存在此种倾向),其外旋阻力加大。

如前所述,肩肱节律的2:1之比仅属整体评估的均数。事实上肩胛骨与肱骨的移动幅度之比会因所处外展阶段、手臂负重、运动轨迹而不同。但基本上,在外展的前30°范围内,运动主要来自盂肱关节(肩肱之比为1:4.3),超过30°以后则需要肩胛骨与肱骨协同运动。

手臂外展的动力主要来自一对力偶:作用在运动轴上方的短肩袖肌(冈下、小圆和肩胛下肌),以及作用在轴下的三角肌。前者向内向下,而后者向外向上。在手臂外展的启动过程中,肩袖肌群还具有重要的稳定肱骨头作用,以保证关节窝与肱骨头相对。肱二头肌的长头腱也以类似滑车的方式参与其中,特别是在肱骨头发生外旋使结节间沟向外后。考虑到肩袖肌群的驱动与稳定双重作用,其发力方式与单纯驱动有所不同,有观察者报告,外展过程中在冈下肌向心收缩的同时,小圆肌发生的是离心收缩。根据肱骨头需要外旋这一现象推断,肩胛下肌也应当是离心收缩。

在外展开始时,冈上肌由于作用点高于三角肌,两者的协同收缩可以避免肱骨头过多的无谓向上滑动。当肩袖损伤时,由于这种稳定机制的减弱或丧失,外展初起时患者会首先表现出明显的耸肩动作(Shrugtest)。

当外展超过30°之后,肩胛骨会与锁骨一起绕着位于胸锁关节与肩胛冈内端的连线这一虚拟轴旋转。这个轴的稳定由前锯肌上部、肩袖肌以及菱形肌、肩胛提肌、斜方肌下部两组肌肉形成的相对力量维持。

外展超过°之后,则是前锯肌下部起主要作用,此时胸锁关节限制了锁骨的继续上抬,肩胛骨的活动主要发生在肩锁关节,从而独立于锁骨。当外展达到上举末段,即接近°时,由于肩胛骨后倾,经锥状韧带牵拉锁骨,使之发生围绕长轴的向后旋转,锁骨与肩胛骨再次一体移动并最终完成整个手臂的上举。如前所述,整个过程中前锯肌扮演了重要角色。研究证实,在受神经和软组织损伤影响的肩部复合体中都存在前锯肌功能的下降。

以上主要参考文献为:

PeatM.Functionalanatomyoftheshoulder







































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