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Biomechanik der Scapula

Markus L. Schwarz

Zusammenfassung

Die Scapula hat drei Aufgaben, sie:

1. ermöglicht großen Bewegungsspielraum im Schultergelenk, 2. befestigt den Arm am Rumpf, bietet große Ansatz- und Ursprungsflächen für Muskeln, 3. überträgt den Gelenkdruck.

Sie ist bis auf das Articulatio sternoclavicularis an allen der vier anderen Gelenke des Schultergelenks beteiligt.

Die Rahmenkonstruktion der Scapula wird durch starke Knochenzüge wie den Margo superior, Margo lateralis und die Spina scapulae gebildet, die alle in Richtung Collum scapulae verlaufen. Als Verbindungselement zwischen Rumpf und Arm besitzt die Scapula zahlreiche Ansatzflächen für Muskeln, die vom Rumpf zur Scapula (Schultergürtelmuskulatur) und von der Scapula zum Humerus (Schultergelenksmuskulatur) ziehen. Die Muskeln der Schulterregion werden durch den Plexus brachialis aus den Segmenten C5 bis T1 versorgt

Die Scapula stellt einen Knochen dar, der in allen 6 Freiheitsgraden (3 translatorische und 3 rotatorische) beweglich gelagert ist. Allerdings ist ihre Beweglichkeit in die verschiedenen Richtungen unterschiedlich eingeschränkt. Mit der Clavicula wird sie über eine kinematische Kette mit Verbindung am Rumpf (Sternum) geführt, sodass das Sternoklavikulargelenk die Funktion eines Drehzentrums für die Scapula erlangt, nachdem das dazwischengeschaltete Akromioklavikulargelenk kaum eine Beweglichkeit zulässt. Das Wechselspiel in der muskulären Führung der Scapula ist komplex und mag zu ihrer eigenwilligen Formbildung beitragen. Ihre Existenz und die koordinierte Muskelarbeit sind für eine ungestörte Funktion der oberen Extremitäten essenziell.

Stichworte:

Schulterblattarkade; Plexus brachialis; Periskapuläre Artikulationen; Skapulothorakaler Rhythmus; Biomechanik; Anatomie

3.1 Übersicht und Modelle 23

3.2 Position, Ausprägung und Beweglichkeit 24

3.2.1 Biomechanik des Akromioklavikulargelenks 25

3.2.2 Skapulothorakale Bewegung 25

3.3 Entwicklung des Schultergürtels 26

3.4 Form und Stabilität 28

3.4.1 Finite-Elemente-Analyse 28

3.4.2 Knöcherne Formgebung 29

3.4.3 Acromion 30

3.4.4 Die Scapula ist Basis des Schultergelenks 31

3.4.5 Das Lig. coracoacromiale 32

3.5 Zusammenfassung 33

3.1. Übersicht und Modelle

Die Scapula bildet Ansatz und Ursprung für die Muskulatur des Schultergürtels und bildet so ein knöchernes Interponat im Schultergürtel, das allerdings z. T. muskulär überbrückt wird (z. B. M. pectoralis major). Der Vergleich zu einem Sesambein liegt nahe und die Scapula wird auch von Levin [19] als solches interpretiert, indem er als mögliches Modell eine sog. "tensegrity"-Struktur hinterlegt, in der nur Druck und Zugspannungen herrschen [20]. Levin geht davon aus, dass ein Druck auf die Thoraxwand bei Bewegung des Armes nicht stattfinden würde; die Scapula ist wie in einem Spinnennetz von Muskeln und Faszien eingebettet, welche mit den Speichen eines Fahrradrades verglichen werden können, wo die Scapula der Nabe des Fahrradrades entspricht. Damit würde die Konstruktion einer "tensegrity"-Struktur entsprechen, die aus druckstabilen Stäben und zugstabilen Seilen besteht [19]. Van der Helm und Gupta [31] sehen in ihrem Finite-Elemente-Modell (FE-Modell) der Scapula [32] jedoch Biegebeanspruchungen der Scapula in verschiedenen Ebenen, abhängig davon, in welcher Ebene der Arm gehoben wird, sodass dieser in seiner Funktion adaptierte Knochen dem Anspruch eines Sesambeins nicht zu genügen scheint [31]. Dabei wirkt das Glenoid als Widerlager zu den Reaktionskräften, die aus der Funktion der Muskulatur der Armbewegungen im Schultergelenk resultieren. Eine mechanische Beanspruchung des Knochens ist in allen Raumrichtungen zu erwarten, sodass nach Anetzberger und Putz die Vereinigung sehr dünner Strukturen (Fossa supra- und infraspinata) mit kräftig ausgebildeten Regionen (Acromion, Processus coracoideus) und starken Pfeilern bzw. Leisten (Spinae) erklärbar sei [1]. Phylogenetisch betrachtet imponieren bei den Menschenaffen und beim Homo sapiens das Acromion und der Processus coracoideus als lang und breit, ebenso erscheint die Scapula als kurz und breit im Vergleich zu andern Primaten [7]. Der kräftig ausgebildete M. deltoideus findet einen entsprechend stabil gestalteten Ursprung am Acromion samt Pfeiler, sodass dessen kräftige Ausprägung damit erklärt werden kann. Nach Kummer [16] wird die Muskulatur des Schultergürtels in trunkozonale, trunkohumerale und Muskeln der Scapula eingeteilt. Die trunkozonalen Muskeln haben ihren Ursprung am Stamm (WS oder Thorax) und setzen an der Scapula oder der Clavicula an, sie bewegen somit den gesamten Schultergürtel. Die trunkohumeralen Muskeln entspringen ebenfalls am Stamm (WS oder Thorax) und setzen am Humerus an, sodass sie den gesamten Schultergürtel und den Arm im Schultergelenk bewegen. Die Muskeln der Scapula haben ihren Ursprung am Schulterblatt und setzen am proximalen Humerus an und bilden die Rotatorenmanschette. Der M. deltoideus besitzt neben den Anteilen, die am Acromion entspringen, Anteile, die an der Clavicula entspringen.

3.2. Position, Ausprägung und Beweglichkeit

Der gut bewegliche flache Knochen bedeckt mit seinen Muskelpaketen die hintere obere Thoraxwand auf beiden Seiten. Seine momentane Position kann über das Acromion und die Spina scapulae, eine prominente leistenförmige Verdickung der Struktur im oberen Drittel, abgeschätzt werden, da sie am Individuum gut tastbar ist [30]. Acromion und Spina sind für die Schulter konturbildend. Geschlechtsabhängig wird die Länge des Acromions bei Frauen als deutlich kürzer angegeben als bei Männern, ebenso wie die Scapulalänge, die Breite der Fossa supra- und infraspinata und die Ausprägung des Cavum glenoidale [1]. Für Primaten, einschließlich des Homo sapiens, wird eine starke Korrelation zwischen der Fläche der Scapula und dem Körpergewicht angegeben, sodass die Ursprungsflächen der schulterstabilisierenden Muskulatur ihrer Muskelkraft entsprechen sollten [7]. Etter gibt entsprechend seinen vergleichenden Messergebnissen an Scapulae von höheren Primaten eine hohe Variabilität der Ausprägung von Acromion und Coracoid bzw. des gesamten Schulterblatts beim Homo sapiens an [7]. Neben der flächigen "schwimmenden" Lagerung auf der Thoraxwand verbindet die Clavicula über das korakoakromiale Gelenk die Scapula mit dem Sternum und damit mit dem Rumpfskelett. Eine exakte "Ruhelage" der Scapula kann nicht angegeben werden; sie wird beeinflusst von den anatomischen (Thoraxform) und muskulären (Tonus) Gegebenheiten sowie der Haltung des Körpers. Dennoch liegt der mediale Rand der Scapula in der Neutral-0-Stellung parallel zur Wirbelsäule auf Höhe der Anguli costarum [30]. Die Scapula wird durch den Muskeltonus der an ihr ansetzenden Muskeln gehalten, wobei schon geringe Störungen der multidirektionalen Verspannung zum Abklappen der Margo medialis scapulae führen kann und klinisch zum Bild der Scapuladyskinesie führt [17], [24] (Kap. 8). Kummer vergleicht die Scapula in der Frontalebene als Wandkran, mit einer muskulären Befestigung entlang der Margo medialis und dem Lastangriffspunkt am Angulus lateralis in Form des Schultergelenks. Aus der Betrachtung der Anordnung der Muskeln und ihrer Zugrichtung wird die knöchern stärkere Ausprägung der Margines der Scapula als in den Bereichen dazwischen erklärt, da die innere Fläche der Scapula kaum beansprucht wird. Bestätigung findet die Annahme durch die gelegentlich zu findende Lochbildung im Bereich der Fossa infraspinata [16].

3.2.1. Biomechanik des Akromioklavikulargelenks

Die Scapula findet eine Abstützung im Akromioklavikulargelenk (AC-Gelenk) (? Teil VII). Nachdem die Clavicula selbst über das Sternoklavikulargelenk mit dem Sternum gelenkig verbunden ist, muss der Gelenkpunkt im AC-Gelenk als beweglich im Raum betrachtet werden. Für das Claviculaende wird ein translatorisches Bewegungsausmaß von ca. 10 cm nach oben und nach vorne sowie ca. 3 cm nach hinten und nach unten angegeben, welches aus dem sternoklavikularen Sattelgelenk entspringt. Eine Rotation der Clavicula um ihre Längsachse von 30° ist möglich [13]. Bei Morrey et al. [21] wird die Mitwirkung der Clavicula bei der Elevation und Vorwärtshebung des Armes nach Inman et al. [12] differenziert. Dabei hebt sich die Clavicula um 30° bei 130° Elevation und dreht sich um 10° während der ersten 40° der Elevation (Inman et al. 1944, zitiert in Morrey et al. [21]). Erst am Ende der Bewegung rotiert die Clavicula um 15-20°. Der Verbindungspunkt zwischen Scapula und Clavicula liegt beweglich am Ende eines Verbindungssystems, das die notwendige Rotation des Schulterblatts zur vollständigen Abduktion des Armes ermöglicht [21]. Offensichtlich ist die Drehbewegung über das AC-Gelenk hinweg wirksam, nachdem eine Ankylose dieses Gelenks die Elevation des Armes kaum beeinflusst, wohl aber eine des...