Anatomia funzionale del carpo

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1 LO SCALPELLO (2010) 24:3-8 DOI /s Aggiornamenti Anatomia funzionale del carpo V. Potenza 1, M. Benedetti Valentini 2 1 Università degli Studi di Roma Tor Vergata ; 2 Area Funzionale Aggregata di Ortopedia e Traumatologia, Policlinico Tor Vergata, Roma ABSTRACT FUNCTIONAL CARPAL ANATOMY The analysis of the carpal mechanism requires detailed examination of the anatomy of the wrist. The multiple joints within the wrist form a complex structure capable of transmitting significant loads to the upper extremity while providing a mobile base for the precision movements of the hand. This duality is accomplished through a fine interplay between the carpal bones and an arrangement of highly specific ligamentous structures, a system loaded by balanced muscle forces. The carpal joint can be approached as a mechanism consisting of kinematic chains. In these chains, the proximal carpals function as intercalated segments. Intercarpal displacements are linked to one another and are based upon the mutual attuning of carpal bone geometry, joint contacts, and ligamentous interconnections. The study of these mechanisms is crucial for understanding the pathophysiology of carpal instability. Le ossa e le articolazioni Il carpo rappresenta la connessione fra l avambraccio e la mano e deve essere quindi descritto, in termini di anatomia funzionale, assieme alle altre strutture anatomiche del polso. Nel descrivere l anatomia del carpo non si può prescindere dai rapporti che esso contrae prossimalmente col radio e l ulna e distalmente con i metacarpi. Il polso comprende 15 ossa: l epifisi distale del radio e dell ulna, la filiera prossimale e quella distale del carpo e la base dei cinque metacarpi. La filiera prossimale del carpo è composta dallo scafoide, dal semilunare e dal piramidale, mentre la filiera distale comprende il trapezio, il trapezoide, il capitato e l uncinato. Il pisiforme, nonostante appartenga alle ossa proprie del carpo, è considerato da alcuni Autori un osso sesamoide poiché fornisce un braccio di leva al tendine del flessore ulnare del carpo. Ossa carpali accessorie sono presenti nella popolazione, con una prevalenza dell 1,6% circa. L articolazione radio-carpica consiste di due elementi: la glenoide antibrachiale, formata dalla superficie articolare del radio e dalla cartilagine triangolare, e il condilo carpale, formato dalle faccette articolari convesse delle ossa della filiera prossimale del carpo. La superficie articolare dell epifisi distale del radio è biconcava ed è inclinata di circa 10 in direzione volare nel piano sagittale e di circa 25 in direzione ulnare nel piano frontale. La superficie articolare prossimale dello scafoide è più convessa di quella del semilunare: per garantire la congruenza articolare il radio ha due faccette ar- 3

2 ticolari (fossa scafoidea e fossa lunata) separate da una cresta sagittale. La fossa scafoidea ha forma triangolare o ovale ed è più concava della fossa lunata: quest ultima è di forma grossolanamente rettangolare, biconcava ma meno profonda e meno inclinata in direzione ulnare rispetto alla fossa scafoidea. L articolazione medio-carpica è formata da tre parti. Lateralmente, la superficie distale convessa dello scafoide si articola con la concavità formata dal trapezio, dal trapezoide e dalla faccetta laterale del capitato. La parte centrale dell articolazione medio-carpica è concava prossimalmente (scafoide e semilunare) e convessa distalmente (testa del capitato). Medialmente, l articolazione fra piramidale e uncinato ha una configurazione elicoidale o a vite. Le varianti anatomiche dell articolazione mediocarpica sono numerose: tra queste la più frequente è un contatto articolare separato fra il semilunare e il polo prossimale dell uncinato. Nel piano trasversale, le ossa del carpo sono organizzate in maniera arciforme con concavità palmare; questo arco è chiuso volarmente dal legamento trasverso del carpo (retinacolo dei flessori) a formare il tunnel carpale, la cui porzione più stretta è situata a livello della filiera distale del carpo. I legamenti I legamenti del carpo (Fig. 1) sono tutti intracapsulari, fatta eccezione per il legamento trasverso del carpo (retinacolo dei flessori) e per i due legamenti che connettono il pisiforme all uncino dell uncinato (legamento piso-uncinato) e alla base del quinto metacarpo (legamento piso-metacarpale). Tutti i legamenti sono contenuti all interno della capsula, ricca di tessuto connettivo lasso e adiposo, che ne rende difficile il riconoscimento durante la dissezione chirurgica. Se osservati artroscopicamente, invece, i legamenti più profondi possono essere identificati chiaramente attraverso un sottile rivestimento sinoviale. I diversi complessi legamentosi del polso possono essere classificati in due tipi: estrinseci e intrinseci. I legamenti estrinseci connettono le ossa dell avambraccio con il carpo, mentre i legamenti intrinseci hanno nelle ossa carpali sia l origine sia l inserzione. Tra questi due tipi di legamenti esistono differenze non solo anatomiche ma anche istologiche: i legamenti estrinseci sono più rigidi e meno resistenti di quelli intrinseci, per via di un minore contenuto di fibre elastiche. La diversa struttura anatomica può spiegare perché i legamenti estrinseci tendono a lesionarsi nella porzione centrale, mentre quelli intrinseci sono più frequentemente avulsi che lacerati. Legamenti estrinseci I legamenti estrinseci palmari sono stati tradizionalmente descritti come due bande aventi origine nell epifisi distale del radio e dell ulna e convergenti distalmente a forma di V per inserirsi l uno sulla superficie palmare del semilunare e l altro sul collo del capitato. Tuttavia, studi anatomici recenti hanno dimostrato che per descrivere queste strutture in maniera appropriata è necessaria una ulteriore suddivisione in legamenti superficiali e profondi. Nel versante palmare del polso, il complesso legamentoso radio-carpico superficiale più laterale è formato dai legamenti radio-scafoideo (RS), radio-capitato (RC) e radio-lunato lungo (RL lungo). Essi originano dal terzo laterale della superficie volare dell epifisi distale del radio e decorrono obliquamente fino a inserirsi rispettivamente sulla tuberosità dello scafoide (RS), sulla superficie palmare del capitato (RC) e del semilunare (RL lungo). Per il suo decorso nella concavità palmare dello scafoide, il legamento radio-capitato (RC) forma un fulcro sul quale ruota lo scafoide stesso. I legamenti radio-carpico e radio-lunato lungo divergono distalmente formando il cosiddetto solco interlegamentoso. Inoltre, in molti casi il legamento radio-lunato lungo si presenta in continuità anatomica con il legamento intrinseco luno-piramidale interosseo palmare. L unico legamento estrinseco radio-carpico dorsale è il legamento radio-piramidale (RP) dorsale, un ampia banda legamentosa a forma di ventaglio che connette il margine dorsale dell epifisi distale del radio alla superficie dorsale del piramidale e, con alcune fibre profonde, alla superficie dorsale del semilunare. Il legamento ulno-capitato (UC) è l unico legamento ulno-carpico superficiale. Si origina dalla superficie palmare della fibrocartilagine triangolare e decorre obliquamente fino a inserirsi sul collo del capitato. Le inserzioni distali dei legamenti UC e RC formano il com- 4

3 plesso legamentoso a forma di V precedentemente descritto. Lo spazio triangolare compreso fra l apice di questi due legamenti convergenti e il margine distale del legamento RL lungo prende il nome di spazio di Poirier; quest area è un estensione del solco interlegamentoso e rappresenta una zona di debolezza relativa attraverso la quale si verificano frequentemente le lussazioni perilunari. I legamenti radio-carpici profondi sono due. Il legamento radio-lunato breve (RL breve) origina dalla porzione mediale della superficie volare dell epifisi distale del radio e decorre longitudinalmente fino a inserirsi sulla superficie palmare del semilunare. È un importante struttura di stabilizzazione che previene la lussazione dorsale del semilunare nei traumi in iperestensione del polso. Il legamento radio-scafo-lunato, sebbene considerato da molti come un legamento profondo intracapsulare, potrebbe non essere un vero e proprio legamento: infatti, studi anatomici recenti hanno dimostrato che questa struttura consiste di un fascio neurovascolare che rifornisce la membrana interossea scafo-lunata e le strutture ossee adiacenti. I legamenti ulno-carpici profondi sono due: il legamento ulno-lunato (UL) e quello ulno-piramidale (UP). Entrambi originano dalla superficie volare della fibrocartilagine triangolare e si inseriscono distalmente rispettivamente sulla superficie palmare del semilunare e del piramidale. Questi, insieme al legamento ulno-capitato, formano il cosiddetto complesso legamentoso ulno-carpico. a c Fig. 1 - a Legamento estrinseco dorsale del carpo: legamento radio-piramidale (RP). Trapezio (Tr), trapezoide (Td), capitato (C), uncinato (U), scafoide (S), piramidale (P).b Legamenti estrinseci volari del carpo: radio-scafoideo (RS),radio-capitato (RC),radio-lunato lungo (RLL),radio-lunato breve (RLB),ulno-carpico (UC) formato dai legamenti ulno-lunato (UL),ulno-capitato (UC) e ulno-piramidale (UP).Semilunare (SL),scafoide (S),pisiforme (P). c Legamenti intrinseci del carpo: scafo-lunato (SL),luno-piramidale (LP); scafo-trapezio-trapezoide (STT),scafocapitato (SC), piramido-unco-capitato (PUC), capito-uncinato (CU), capito-trapezoide (CT), trapezio-trapezoide (TT).Capitato (C), scafoide (S), semilunare (Sl).d Veduta assiale del polso dopo la rimozione delle ossa del carpo. Radio (R), legamento radio-piramidale (RP), ulna (U), legamento ulno-piramidale (UP), recesso prestiloideo (RP), fibrocartilagine triangolare (FCT), legamento ulno-lunato (UL), legamento radio-lunato breve (RLB), legamento radio-lunato lungo (RLL), legamento radio-scafo-capitato (RSC), solco interlegamentoso (SI) Legamenti intrinseci I legamenti intrinseci del carpo sono gruppi di fibre relativamente brevi che connettono trasversalmente le ossa della filiera prossimale e distale del carpo (legamenti interossei palmari e dorsali) o longitudinalmente una filiera del carpo all altra (legamenti intercarpici palmari e dorsali). Nella filiera prossimale del carpo, i legamenti interossei sono il complesso legamentoso scafo-lunato (SL) e i legamenti interossei lunopiramidali. Il complesso legamentoso interosseo scafo-lunato è formato da tre strutture distinte: i due legamenti SL interossei (palmare e dorsale) e la membrana fibrocartilaginea prossimale. Quest ultima segue la curvatura della superficie prossimale dello scafoide e del semilunare dal margine dorsale a quello palmare, impedendo la comunicazione fra le articolazioni radio-carpica e medio-carpica. Nell anziano questa membrana appare spesso perforata. Il legamento SL dorsale è situato profondamente alla porzione dorsale della capsula e connette la superficie dorsale dello scafoide a quella del semilunare; esso è formato da uno spesso e robusto gruppo di fibre orientate trasversalmente e svolge un ruolo chiave nella stabilità scafolunata. La sua controparte anteriore, il legamento SL palmare, è formato da fibre più lunghe e orientate più obliquamente e permette una sostanziale rotazione sagittale dello sca- b d 5

4 foide rispetto al semilunare, mentre svolge un ruolo minore nella stabilità del carpo. L articolazione luno-piramidale (LP) è stabilizzata direttamente da due legamenti interossei (dorsale e palmare) formati da robuste fibre trasversali che connettono le superfici dorsali e palmari delle due ossa. Una membrana fibrocartilaginea tesa fra le due ossa chiude l articolazione prossimalmente. Se non perforata da traumi o per l invecchiamento, questa membrana prossimale impedisce la comunicazione fra gli spazi articolari radio-carpico e mediocarpico. Le fibre dei due legamenti interossei luno-piramidali sono più tese durante tutto l arco di movimento del polso rispetto a quelle dei legamenti scafo-lunati, generando una più stretta relazione biomeccanica. Le fibre più distali del legamento luno-piramidale palmare e quelle del legamento scafo-lunato palmare sono spesso connesse. Questa struttura potrebbe contribuire alla stabilità dell articolazione luno-capitata aumentando la profondità della fossa medio-carpica. Le ossa della filiera distale del carpo sono invece connesse da numerosi legamenti interossei robusti e resistenti (dorsali, palmari e intra-articolari profondi), responsabili di una stretta relazione biomeccanica fra le singole ossa. Per quanto riguarda i legamenti intercarpici dorsali, l unico legamento (legamento intercarpico dorsale, LID) origina dalla superficie dorsale del piramidale, decorre trasversalmente lungo il margine distale del semilunare e si espande a ventaglio inserendosi sulla superficie dorsale dello scafoide, del trapezio e del trapezoide. Contribuendo ad aumentare la profondità della concavità medio-carpica, questo legamento potrebbe avere un ruolo di stabilizzazione simile a quello che ha il legamento scafo-piramidale sul versante palmare. Sul versante palmare, l articolazione mediocarpica è attraversata da numerosi legamenti. Medialmente vi è un gruppo di fibre a forma di ventaglio che connettono il piramidale all uncinato e al capitato: questo complesso legamentoso piramido-unco-capitato (PUC), in associazione con l estensione distale del legamento estrinseco ulno-capitato (UC), è essenziale a garantire l adeguata coordinazione del movimento dell articolazione medio-carpica. Lateralmente, la tuberosità dello scafoide è connessa alla filiera dorsale da due gruppi di fibre, il legamento scafo-capitato (SC) antero-medialmente e il legamento scafo-trapezio-trapezoide (STT) dorso-lateralmente; questi legamenti sono di notevole importanza per la stabilità dello scafoide. Tra il semilunare e il capitato non esistono legamenti, né palmari né dorsali, e poiché il polso non è un articolazione vincolata non esistono neanche veri e propri legamenti collaterali radiali o ulnari. L assenza di questi è sostituita funzionalmente dall azione dell estensore ulnare del carpo medialmente e dell abduttore lungo del pollice lateralmente. Cinematica del carpo e meccanismi di stabilizzazione Il polso può muoversi passivamente per l azione di forze esterne oppure attivamente sotto l azione di muscoli con tendini che attraversano l articolazione. Infatti al movimento del polso contribuiscono non solo i tendini attivatori del carpo, ma anche i flessori ed estensori estrinseci delle dita. L efficacia della loro azione dipende sia dal decorso anatomico sia dal braccio di leva relativo al centro di rotazione istantaneo del carpo in ogni posizione del polso. Eccetto il pisiforme, la filiera prossimale del carpo non riceve inserzioni tendinee. Di conseguenza, i momenti generati dalla contrazione muscolare generano un movimento di rotazione che inizia sempre nella filiera distale del carpo. Le ossa della filiera prossimale iniziano a muoversi secondariamente, quando si mettono in tensione i legamenti che attraversano l articolazione medio-carpica. Tra le ossa della filiera distale del carpo c è generalmente scarso movimento e per tale rigidità relativa si può considerare questa filiera come una singola unità funzionale. Durante la flessione del polso, le ossa della filiera distale ruotano consensualmente in direzione volare, con qualche grado di deviazione ulnare; al contrario, durante l estensione, la filiera distale del carpo ruota dorsalmente, con una lieve deviazione radiale. La sinergia delle ossa della filiera distale del carpo si verifica anche nei movimenti di deviazione medio-laterale del polso. Durante la deviazione radiale, si verifica un movimento di estensione, deviazione radiale e supinazione della filiera distale e di flessione, deviazione ulnare e pronazione durante la de- 6

5 viazione ulnare del polso. Mentre avvengono questi movimenti, le dimensioni trasversali e la concavità del canale del carpo non si modificano sostanzialmente. Le ossa della filiera prossimale del carpo sono vincolate l una con l altra in maniera meno rigida rispetto a quelle della filiera distale. Sebbene si muovano in modo sinergico, esistono differenze sostanziali nella direzione del movimento e nell entità della rotazione fra lo scafoide, il semilunare e il piramidale, tanto che la filiera prossimale non può essere considerata un unità funzionale singola. Nella flessoestensione completa del polso lo scafoide compie una rotazione più ampia del semilunare; l angolo scafo-lunato, infatti, è di circa 76 nella massima flessione, mentre si riduce a 35 nella massima estensione. Questa differenza potrebbe essere in parte dovuta al diverso raggio di curvatura della superficie prossimale di queste due ossa. Durante la deviazione radio-ulnare del polso, le tre ossa della filiera prossimale ruotano consensualmente da una posizione flessa nella deviazione radiale a una posizione estesa nella deviazione ulnare. Questi movimenti sono generalmente accompagnati da una terza componente di rotazione assiale, più o meno pronunciata a seconda di variabili individuali. I complessi movimenti di rotazione della filiera prossimale sono necessari a mantenere corretti rapporti anatomici e funzionali fra il radio e la filiera distale in tutte le posizioni del polso. La stabilità della filiera prossimale dipende da un adeguata interazione fra due movimenti opposti dello scafoide e del semilunare sotto carico: lo scafoide, per la sua obliquità rispetto all asse longitudinale della mano, tende a ruotare in flessione, movimento bilanciato dal semilunare che, per la sua forma, tende a sua volta a ruotare in estensione. La stabilità del carpo non dipende però da un singolo fattore, ma dalla combinazione di almeno quattro meccanismi stabilizzanti. Il primo meccanismo riguarda la filiera distale. Le ossa della filiera distale hanno infatti una tendenza divergente intrinseca (il trapezio in direzione radiale e l uncinato in direzione ulnare) quando non sono vincolati dai robusti legamenti trasversi intercarpici. La lesione di questi legamenti predispone a una instabilità assiale divergente. Il secondo meccanismo riguarda l articolazione medio-carpica. Sotto carico assiale le tre ossa della filiera prossimale tendono a ruotare in flessione e pronazione. La rotazione in estensione della filiera distale bilancia questa tendenza grazie all azione dei legamenti che attraversano l articolazione medio-carpica, in particolare i due bracci del legamento arcuato (scafo-capitato e piramido-unco-capitato). Se questi sono lesionati o divengono insufficienti, il carpo tende a collassare con atteggiamento in flessione della filiera prossimale. Il terzo meccanismo interessa la filiera prossimale. Quando viene applicato un carico assiale, le tre ossa della filiera prossimale non sono ugualmente vincolate dai legamenti che attraversano l articolazione medio-carpica. Lo scafoide ha un grado di libertà maggiore del semilunare e questo a sua volta è più mobile del piramidale, che è l osso più vincolato. Se i legamenti interossei sono integri, queste differenze nel grado di libertà rotazionale generano forze che comprimono le articolazioni scafolunata e luno-piramidale. Il quarto e ultimo meccanismo interessa l articolazione radio-carpica. Sotto carico assiale, l articolazione radio-carpica ha la tendenza a scivolare in direzione ulnare e volare lungo la superficie articolare dell epifisi distale del radio. Questa tendenza è contrastata principalmente dai legamenti radio-carpici dorsali e palmari, il cui decorso obliquo ha una componente vettoriale opposta al verso dello scivolamento. Se questi legamenti vengono lesionati il carpo tende a sublussarsi in direzione palmare e ulnare. I quattro meccanismi di stabilizzazione si basano sul principio secondo il quale, sotto carico, ogni osso tende a ruotare in una direzione specifica; tale movimento è inizialmente guidato e secondariamente neutralizzato da legamenti opportunamente orientati. Qualsiasi trauma o patologia che coinvolga uno di questi quattro meccanismi risulta in un quadro specifico di instabilità del carpo, tanto più grave quanto maggiore è la lesione del meccanismo. Biomeccanica Probabilmente la funzione più importante del polso è quella di assicurare un adeguato orientamento della mano, affinché le dita possano 7

6 manipolare oggetti, sollevare carichi o compiere attività specifiche della vita quotidiana in maniera corretta ed efficace. Per raggiungere questo obiettivo è necessaria un interazione perfetta fra i tendini motori del polso, le articolazioni e i tessuti molli vincolanti, in modo da ottenere una grande mobilità e contemporaneamente sostenere consistenti forze multidirezionali. Nei movimenti di presa e di pinza della mano, le articolazioni del carpo sostengono considerevoli forze di compressione e di taglio, che sono il risultato non solo dei carichi applicati ma anche della contrazione dei diversi muscoli necessari ad assicurare la stabilità delle dita. Il vincolo dei legamenti, inoltre, genera forze di reazione addizionali. Le forze di compressione a livello delle articolazioni carpo-metacarpali possono essere da 1,5 a 4,2 volte maggiori della forza applicata all estremità delle dita corrispondenti e le forze trasmesse dai metacarpi alla filiera distale del carpo possono raggiungere valori anche maggiori di 10 volte. All interno del polso questi carichi sono distribuiti secondo modalità specifiche che dipendono da alcuni fattori: intensità, direzione e punto di applicazione delle forze; orientamento e forma delle diverse superfici articolari e proprietà elastiche dei legamenti. A livello mediocarpico circa il 60% delle forze trasmesse alla filiera distale del carpo attraversa l articolazione fra capitato, scafoide e semilunare. Più prossimalmente, le forze si distribuiscono come segue: articolazione radio-scafoidea, 50%-56% del carico totale; articolazione radio-lunata, 29%-35%; articolazione ulno-lunata, 10%-21%. Queste percentuali variano in modo sostanziale con la posizione del polso: la fossa radio-lunata è maggiormente sovraccaricata nella deviazione ulnare, mentre la fossa radio-scafoidea è più sollecitata nella deviazione radiale. Letture consigliate Berger RA (2001) The anatomy of the ligaments of the wrist and distal radioulnar joints. Clin Orthop 383:32-40 Berger RA (1997) The ligaments of the wrist. A current overview of anatomy with considerations of their potential functions. Hand Clin 13:63-82 Berger RA, Landsmeer JM (1990) The palmar radiocarpal ligaments: a study of adult and fetal human wrist joints. J Hand Surg Am 15: Garcia-Elias M (1998) Carpal instabilities and dislocations. In: Green DP, Hotchkiss RN, Peterson WC (Eds.) Green s operative hand surgery, vol. 1 4th ed., Churchill-Livingstone, Philadelphia pp Kijima Y, Viegas SF (2009) Wrist anatomy and biomechanics. J Hand Surg Am 34: Nanno M, Patterson RM, Viegas SF (2006) Three-dimensional imaging of the carpal ligaments. Hand Clin 22: Katz DA, Green JK, Werner FW, Loftus JB (2003) Capsuloligamentous restraints to dorsal and palmar carpal translation. J Hand Surg Am 28: Dobyns JH, Linscheid RL (1984) Fractures and dislocations of the wrist. In: Rockwood CA, Green DP (Eds) Fractures in Adults, vol. 1 2nd ed. Lippincot Williams & Wilkins, Philadelphia pp Viegas SF, Yamaguchi S, Boyd NL, Patterson RM (1999) The dorsal ligaments of the wrist: anatomy, mechanical properties, and function. J Hand Surg Am 24: Viegas SF, Tencer AF, Cantrell J et al (1987) Load transfer characteristics of the wrist. Part I. The normal joint. J Hand Surg Am 12: