Biomechanik des Handgelenks und Mechanismus von Handgelenksverletzungen

Handgelenksbiomechanik und -funktion des menschlichen Handgelenks sind einzigartig.

Das Handgelenk ist ein Diarthrodialgelenk, das aus zwei Reihen von Handwurzelknochen besteht. Die proximale Reihe artikuliert mit der distalen Gelenkfläche des Radius, der aus der Fossa scaphoidea und der Fossa lunatum besteht.

Die distale Oberfläche von Kahnbein, Mondbein und Triquetrum artikuliert mit der distalen Karpalreihe, die aus Trapezium, Trapezoid, Capitates und Hamatum besteht. Das proximale Gelenk des Handgelenks ist das Radiokarpalgelenk, das distale Gelenk ist das Mittelkarpalgelenk. Sechs Hauptartikulationen sind

• Radiokarpal
• Mittelkarpal
• Pisotriquetral
• Trapeziometakarpal
• Gemeinsame Karpometakarpale
• Distale Radioulnargelenke. Jeder hat mehrere Subartikulationen.

Die intrinsischen Bänder halten die Knochen der proximalen und distalen Handwurzelreihe zusammen.

Jeder der Handwurzelknochen ist einzigartig in seiner Mechanik und besitzt ein einzigartiges Rotationszentrum. Die Gesamtbewegung im Handgelenk ist im Wesentlichen die Summe der Handwurzelknochen, die sich aufeinander zu bewegen, beeinflusst durch ihre Artikulationen, Bandansätze und indirekten Aktionen benachbarter Sehnen.

Ein Verständnis der normalen Biomechanik hilft dabei, die Mechanismen von Handgelenksverletzungen besser einzuschätzen und die geeignete Behandlung festzulegen.

Normale Handwurzel-Biomechanik

Die Bewegung des Handgelenks erfolgt an den Radiokarpal- und Interkarpal- oder Mittelkarpalgelenken.

Es gibt drei Bewegungsachsen

• Flexion-Extension
• Radial-ulnare Abweichung
• Prono-Supination

Verschiedene Bewegungen des Handgelenks sind

• Die Flexion beträgt etwa 65-75 Grad. 40 % der Bewegung findet am Radiokarpalgelenk und 60 % am Mittelkarpalgelenk statt.
• Die Dehnung ist auch etwa gleich stark und die Höhe des Bewegungsbeitrags ist unterschiedlich. 66 % sind radiokarpal und 33 % mittelkarpal
• Die normale radiale Abweichung beträgt etwa 15–25 Grad, und 90 % der Bewegungen erfolgen in der Mitte der Handwurzel
• Die Ulnarabweichung beträgt etwa 35-50 Grad und ist gleichmäßig in Radiokarpal- und Mittelkarpalgelenke unterteilt.

Die Handwurzel ist von Natur aus zweiachsig und behält während der radialen und ulnaren Abweichung ein konstantes Handwurzelhöhenverhältnis bei.

[Dieses Verhältnis ist der Abstand von der Basis des dritten Mittelhandknochens zur distalen subchondralen Platte des Radius, dividiert durch die Länge des dritten Mittelhandknochens. Dieses normale Karpalhöhenverhältnis beträgt 0,54 +_ 0,03.]

Die proximale Handwurzelreihe ist ein interkaliertes Segment ohne Sehnenansätze. Alle Sehnen, die die Bewegung des Handgelenks beeinflussen, setzen auch distal an

• Basis der Mittelhandknochen
  • Flexor carpi radialis
  • M. extensor carpi radialis longus und brevis
  • Musculus extensor carpi ulnaris
• Auf das Pisiforme
  • Flexor carpi ulnaris

Daher muss die Bewegung des Handgelenks in jeder Ebene an der distalen Handwurzelreihe eingeleitet werden. Die Bewegung in der proximalen Handwurzelreihe beginnt erst, wenn die äußeren Bänder, die das Mittelkarpalgelenk kreuzen, straff werden und die auf die proximale Handwurzelreihe ausgeübte Kraft größer wird als die Reibungskräfte der dazwischenliegenden Gelenksegmente und der Widerstand der antagonistischen Muskelkräfte.

Trotz einer gewissen Bewegung zwischen den einzelnen Knochen der distalen Handwurzelreihe funktionieren diese Knochen als eine Einheit mit dem Zeigefinger und den mittleren Mittelhandknochen.

Die Bewegung des Handgelenks erzeugt aufgrund der Geometrie eine multiplanare Bewegung der distalen Handwurzelreihe.

Bei Beugung des Handgelenks

• Die distale Karpalreihe biegt sich und weicht leicht nach Ulnar ab.

Während der Verlängerung

• die distale Handwurzelreihe verlängert und weicht radial ab.

Mit radialer Abweichung

• die distale Handwurzelreihe weicht radial ab, verlängert und supiniert.

Mit Ulnarabweichung

• Die distale Handwurzelreihe weicht nach ulnar ab, beugt sich und proniert.

Somit wird die Beziehung zwischen der distalen Handwurzelreihe und dem Zeigefinger und den mittleren Mittelhandknochen in allen Richtungen und Ausmaßen der Bewegung aufrechterhalten.

Die proximale Handwurzelreihe kann jedoch nicht als einzelne funktionelle Einheit betrachtet werden, da eine signifikante Bewegung zwischen den Knochen stattfindet.

Es gibt eine koordinierte Bewegung zwischen den distalen und proximalen Handwurzelreihen.

Wenn sich die distale Handwurzelreihe beugt, beugt sich auch die proximale Handwurzelreihe. In ähnlicher Weise verlängert sich die proximale Handwurzelreihe, wenn sich die distale Handwurzelreihe ausdehnt.

Eine radiale oder ulnare Abweichung beinhaltet eine komplexe Hin- und Herbewegung der proximalen und distalen Karpalreihe.

Die distale Handwurzelreihe neigt sich radial und dehnt sich aus und supiniert, während die proximalen Handwurzelknochen hauptsächlich beugen und ulnar verschieben.

Bei der Ulnarabweichung tritt das Gegenteil ein. Die distale Handwurzelreihe neigt sich nach ulnar und beugt und proniert, während die proximalen Handwurzelknochen sich radial ausdehnen und verschieben. Diese komplexen Bewegungen sind erforderlich, um die karpale Kongruenz und räumliche Konsistenz in allen Handgelenkspositionen aufrechtzuerhalten.

Das Kahnbein hat aufgrund seiner Position die potenzielle Energie für die Beugung, während das Triquetrum aufgrund seiner Artikulation mit dem Hamatum die potenzielle Energie für die Streckung hat. Diese potentielle Energie, die in der proximalen Handwurzelreihe erzeugt wird, wird durch ein scapholunales interossäres Ligament erleichtert, das das Scaphoideum und das Lunatum stabilisiert, und das lunotriquetrale interosseale Ligament, das das Lunatum und das Triquetrum stabilisiert.

Das Ergebnis ist ein dynamisches, ausgewogenes Lunatum innerhalb der proximalen Handwurzelreihe. Während der radialen Abweichung verschiebt sich die proximale Handwurzelreihe in Richtung Ulna, während die distale Handwurzelreihe sich in Richtung Radius neigt. Außerdem muss sich das Kahnbein beugen, um ein Auftreffen auf das radiale Griffel zu vermeiden, und die gesamte proximale Reihe wird in Beugung gezogen, solange eine Integrität des skapholunären Ligamentum interossea besteht.

Bei ulnarer Abweichung der Handwurzel wird das Triquetrum durch seine helikoide Artikulation mit dem Hamatum in Extension gezwungen. Dadurch wird der Rest der proximalen Handwurzelreihe aufgrund der Kraftübertragung durch die LTIL in Streckung gedrückt. Im Gegensatz dazu weist die distale Karpalreihe eine vernachlässigbare intrakarpale Bewegung auf, da sie im Allgemeinen durch sehr kurze, kräftige Bänder mit breiten Ansätzen zusammengehalten wird. ³⁴

Bänder bestehen im Allgemeinen zu 90 % aus Typ-I-Kollagen und zu 10 % aus Typ-III-Kollagen und fungieren hauptsächlich als viskoelastische Strukturen

Die relativ größere Festigkeit und viskoelastische Natur der interossären Bänder spiegelt ihre funktionellen Eigenschaften und Anatomie wider. Die komplexen, interkalierten Bewegungen der proximalen Handwurzelreihe werden durch die starken und besonders scherkraftfreundlichen interossären Bänder ermöglicht. Im Gegensatz dazu sind die äußeren Bänder des Handgelenks viel schwächer und steifer, da diese Strukturen kaum dynamische Fähigkeiten haben müssen.

Trotz Kenntnis der Bewegungen ist das Prinzip oder die Theorie der Handwurzelbewegung nicht vollständig aufgeklärt.

Folgende Theorien wurden in Umlauf gebracht.

Säulentheorie der Karpalkinematik

Die Säulentheorie wurde erstmals 1935 von Navarro vorgeschlagen. Sie unterteilt das Handgelenk in die folgenden drei Säulen:

• Radiale Säule, bestehend aus Kahnbein, Trapez und Trapez. Das Kahnbein ist das Bewegungszentrum und es ist beweglich
• Zentrale Säule, einschließlich Lunatum und Capitatum, und nehmen an der Flexion-Extension-Bewegung teil
• Ulnarsäule oder mediale Säule, bestehend aus Triquetrum und Hamat, und die Bewegung ist Rotation.

Reihentheorie der Handwurzelkinematik [Link Theory]

• Umfasst proximale und distale Reihen
• Scaphoid ist eine Brücke zwischen Reihen
• Bewegung tritt innerhalb und zwischen Reihen auf
• Muskelkontraktionen übertragen Rotationsmomente auf die proximale Reihe durch die distale Reihe, und die Handwurzelbewegung wird durch eine Kombination von Band- und Gelenkbeschränkungen bestimmt.
• Kahnbein, Mondbein und Triquetrum drehen sich bei jeder Bewegung der Hand in die gleiche Hauptrichtung, wenn auch in unterschiedlicher Stärke.

Kombinierte Spalten-Zeilen-Theorie der Karpalkinematik

Einige haben die Theorie aufgestellt, dass das karpale kinematische Verhalten eines Individuums durch eine Kombination der Säulentheorie mit der Reihentheorie erklärt werden kann.

Es zeigt sich, dass das Ausmaß der Kahnbeinverkürzung und der ulnaren Translation des Kahnbeins in einer Normalverteilung variiert.

Auch wenn sich das Kahnbein stärker verkürzt, verschiebt es sich weniger. Einige Autoren führen dies auf den Unterschied in der individuellen Nachlässigkeit zurück.

Bei der radial-ulnaren Deviation bewegte sich das Kahnbein bei sehr lockeren Handgelenken bevorzugt in der Sagittalebene (Flexion-Extension), während sich das Kahnbein bei starreren Handgelenken bevorzugt in der Frontalebene bewegte (Radioulnar-Deviation).

Ovalring-Theorie der Handwurzelkinematik

Die Theorie der ovalen Ringe stellt die Handwurzel funktionell als einen Querring dar, der aus proximalen und distalen Reihen besteht und durch zwei physiologische Glieder verbunden ist, eines radial und das andere ulnar.

Das radiale Glied ist das mobile Scaphotrapezialgelenk, und das ulnare Glied ist das rotatorische Triquetrohamatgelenk.

Mechanismus der Handgelenksverletzungen

Radialseitige Karpalinstabilitäten

Diese treten nach einer Verletzung auf, die durch eine Druckkraft auf ein hyperdorsiflexiertes Handgelenk verursacht wird.

Das Spektrum der Verletzungen hat einen gemeinsamen Mechanismus

• Hyperdorsale Flexion des Handgelenks
• Pronation des Unterarms
• Ulnarabweichung der Hand
• Axiale Belastung des Handgelenks durch die radiale Handfläche und den Daumenballen

Vier unterschiedliche Verletzungsmuster werden gemeinsam als fortschreitende perilunate Instabilität bezeichnet.

Dieser Fortschritt erfolgt in vier Stufen.

Stufe I.

Ruptur des skapholunären und des radioscaphocapitaten Bandes

Stadion II

Die Capitates und das Scaphoid trennen sich vom Lunatum und dem Triquetrum.

Stadion III

Die Verletzung setzt sich ulnar fort und trennt das Triquetrum vom Lunatum. Carpus ist vollständig vom Lunatum getrennt, was zu einer perilunaten Luxation führt.

Stadion IV

Vollständige wahnsinnige Luxation. Die perilunate und die lunatale Luxation können in dorsaler oder palmarer Richtung auftreten.

Eine reine perilunate Luxation ohne Frakturen wird als Verletzung des kleineren Bogens bezeichnet.

Perilunate Luxationen mit Frakturen werden t-Bogenverletzungen genannt und haben das Präfix trans. Die reine Verletzung des großen Bogens breitet sich transscaphiod, transcapitate und transtriquetral aus. Typischerweise treten diese Verletzungen nach einem hochenergetischen Trauma auf, und die Position des Handgelenks zum Zeitpunkt der Verletzung bestimmt das Fraktur-Luxations-Muster

Es wird angenommen, dass sie aus einer hochenergetischen dreidimensionalen Belastung des Handgelenks mit Axial- und Torsionskräften resultieren, die auf jede Kombination von Hyperextension, Hyperflexion und radialer oder ulnarer Abweichung ausgeübt werden.

Verletzungen des ulnarseitigen Handgelenkbandes

Einige perilunate Handgelenksverletzungen beginnen auf der ulnaren Seite des Handgelenks.

Dies sind lunotriquetrale Bandverletzungen zusammen mit einem Spektrum, beginnend mit einfachen Bandrissen und fortschreitend zu einer statischen ventralen interkalierten Segmentinstabilität. 

Progressive perilunate Disruption ist ein dreistufiger Verletzungsmechanismus.

Stufe I.

Riss des Lig. lunotriquetral

Stadion II

• Störung des palmar-ulnaren Leash-Komplexes
• Dorsales radiotriquetrales und dorsales scaphotriquetrales Ligament

Stadion III

• Riss des skapholunären Bandes

Axiale Störungen

[Auch Längsstörung, Capitohamat-Diastase und säulenförmige Luxation.]

Axiale Disruptionen des Handgelenks sind und treten in der Regel sekundär nach hochenergetischen Quetsch- oder Druckverletzungen als Störung der Handwurzel auf, die parallel zur Längsachse des Unterarms ausgerichtet ist.

Bei einer axialen Handwurzelstörung ist die normale Konvexität des Mittelhandbogens abgeflacht, es kommt zu Rotationsdeformitäten der Finger und der Karpometakarpalübergang ist verbreitert.

Der typische Mechanismus der Verletzung von axialen Handwurzelverletzungen ist eine Quetschung [am häufigsten], eine Verdrehung oder eine Explosionsverletzung.

Das Spektrum reicht von akuten traumatischen Luxationsfrakturen mit schwerem Weichteiltrauma bis hin zu chronischer dynamischer Instabilität zwischen den axialen Komponenten.

Entsprechend der Richtung der Instabilität wurden drei Gruppen definiert

• Axial-ulnare Störungen
• Axial-radiale Störungen
• Kombinierte axial-radial-ulnare Störungen.

Bei axial-ulnaren Disruptionen teilt sich die Handwurzel in zwei Säulen auf, wobei die radiale Säule radiusstabil und die ulnare Säule mit den Mittelhandknochen nach ulnar und proximal verschoben ist.

Bei axialen Radiusstörungen ist die Säule ulnaris bezüglich des Radius stabil und die radiale Säule einschließlich der Mittelhandknochen verschiebt sich nach proximal und radial.

Eine Kombination aus ulnarer und radialer Verschiebung der Säule wird als axial-radial-ulnare Disruption klassifiziert.