1 Streszczenie Wstęp Pomimo wielu badań etiologia neuropatii nerwu nadłopatkowego (NNN) nadal nie jest do końca wyjaśniona. Jako pierwszy zespół usidlenia nerwu nadłopatkowego opisany został w 1936r przez Andre Thomasa. Poza niepodważalnym związkiem rozwoju neuropatii z uciskiem rzez skostniałe więzadło łopatki, uszkodzeniem stożka rotatorów, rzadkimi urazami, powikłaniami chirurgicznymi, obecnością ganglionu okolicy grzebienia łopatki oraz znaczącą korelacją ze sportami rzutowymi nie udokumentowano dotychczas przyżyciowo jej związku z parametrami morfologicznymi łopatki. Sam nerw nadłopatkowy wywodzi się z pnia górnego splotu ramiennego korzeni C5-C6 okazjonalnie otrzymując włókna z korzenia C4 a czasami nawet z Th1. Leżąc za mięśniem łopatkowo-gnykowym, oddziela się od górnego pnia splotu ramiennego ok. 3 cm powyżej obojczyka przebiegając przez trójkąt tylny szyi. Nerw kontynuuje swój bieg przechodząc przez wcięcie górne łopatki pod więzadłem łopatki. Zazwyczaj w okolicy tej towarzyszy mu żyła nadłopatkowa, a odpowiadająca tętnica przebiega powyżej więzadła górnego łopatki. Na swoim przebiegu oddaje on gałęzie ruchowe unerwiając mięsień nadgrzebieniowy. Dalej zawija się wzdłuż bocznej krawędzi grzebienia łopatki, kontynuując swój przebieg do dołu podgrzebieniowego już jako boczna gałąź nerwu nadłopatkowego (BGNN), aby oddać 2-4 końcowe gałązki ruchowe do mięśnia podgrzebieniowego. W przypadku sportów rzutowych takich jak siatkówka czy tenis ziemny, częstość występowanej atrofii mięśnia podgrzebieniowego osiąga zaskakująco wysoki odsetek, bo odpowiednio 33 % i 52 %. Według licznych autorów rozwój neuropatii w tym przypadku jest skutkiem trakcji nerwu do której dochodzi podczas hyperabdukcji ramienia ponad głowę. Obecność zaników ograniczonych do mięśnia podgrzebieniowego sugeruje, iż w przypadku omawianych sportów przyczyna musi być zlokalizowana poniżej odejścia gałęzi
2 bocznej nerwu nadłopatkowego (BGNN) unerwiającej mięsień podgrzebieniowy. Gdyby było inaczej, neuropatią dotknięty byłby również mięsień nadgrzebieniowy. Dotychczasowe wytłumaczenie neuropatii na tym podłożu uwzględniało tylko powtarzalną trakcję nerwu wynikającą z ruchów barku ponad głową. Choć etiologia trakcyjna jest niepodważalna to jej patomechanizm pomija potencjalnie niezwykle ważny czynnik etiologiczny jakim jest anatomiczny przebieg nerwu, i siła z jaką działa na niego mięsień podgrzebieniowy w czasie aktywności w sportach rzutowych. Podczas wczesnego stadium rozwoju neuropatii, uciśnięte naczynia odżywcze prowadzą do czasowego niedokrwienia epineurium, które w przypadku siatkówki manifestuje się nieprawidłowym zapisem EMG. Długotrwale stan ten prowadzi do zwłóknienia, demielinizacji i degeneracji włókien BGNN. Z biomechanicznego punktu widzenia kąt natarcia gałęzi bocznej nerwu nadłopatkowego w stosunku do krawędzi wcięcia grzebienia łopatki KNG (kąt nadłopatkowo-grzebieniowy) wydaje się mieć kluczowy wpływ na rozkład siły skurczu mięśnia podgrzebieniowego z jaką działa on na nią na krawędzi grzebienia łopatki. Jednak w dostępnym piśmiennictwie brak jest prac poruszających ten aspekt patomechanizmu rozwoju neuropatii nerwu nadłopatkowego. Ponieważ funkcja i siła mięśnia podgrzebieniowego jest dobrze poznana próba oceny ilościowej jego oddziaływania na gałąź boczną nerwu nadłopatkowego może stanowić nową podstawę dla sformułowania zaleceń profilaktycznych przeciwdziałających rozwojowi neuropatii w sportach rzutowych. W związku z tym, celem zrozumienia roli biomechanicznej trakcji BGNN w rozwoju selektywnej atrofii mięśnia podgrzebieniowego w sportach rzutowych podjęto własne badania przyjmując następujące hipotezy badawcze: 1) Przebieg bocznej gałęzi nerwu nadłopatkowego w relacji do bocznego brzegu grzebienia łopatki definiowany jako kąt nadłopatkowo-grzebieniowy ma wpływ na wartość siły z jaką działa na niego mięsień podgrzebieniowy na bocznej krawędzi grzebienia łopatki. 2) Wartość kąta nadłopatkowo-grzebieniowego jest skorelowana z typem wcięcia oraz z wybranymi parametrami antropometrycznymi łopatki. 3) Parametry atropometryczne łopatki wykazują wzajemne złożone zależności.
3 4) Uzyskane wyniki badań mogą stanowić cenne wskazówki dla zaleceń profilaktycznoleczniczych izolowanej atrofii mięśnia podgrzebieniowego w sporcie oraz stanowią podstawę do prowadzenia dalszych badań w tym zakresie. 5) Neuropatię nerwu nadłopatkowego w odniesieniu do sportowców, których dotyka izolowany zanik mięśnia podgrzebieniowego precyzyjniej będzie opisywać proponowana nowa nazwa tej jednostki chorobowej - neuropatia gałęzi bocznej nerwu nadłopatkowego. Materiał i metody Materiał badań obejmował dwie grupy preparatów- 18 utrwalonych preparatów miękkich kończyn górnych oraz 101 preparatów suchych łopatek. Wszystkie badane preparaty były nieuszkodzone, nieznanej płci oraz wieku. Wszystkie badane preparaty należały do Katedry Anatomii i Histologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. Badania przeprowadzono zgodnie ze zgodą wydaną przez Komisję Bioetyczną przy Instytucie Centrum Zdrowia Matki Polki w Łodzi ( Zgoda Nr 11/2017). Wykonane badania obejmowały dwa etapy. W pierwszym etapie przeprowadzono badania na 18 utrwalonych preparatach miękkich kończyn górnych. Drugim etapem były pomiary wybranych parametrów antropometrycznych oraz kąta nadgrzebieniowo-łopatkowego (KNG) na 101 preparatach suchych łopatek. Przeprowadzona ocena anatomiczna preparatów miękkich umożliwiła ustalenie dokładnego przebiegu nerwu nadłopatkowego w stosunku do struktur kostnych i więzadłowych łopatki. Na preparatach przygotowanych w wystandaryzowany sposób, analizowano przebieg nerwu nadłopatkowego od wcięcia łopatki do bocznej krawędzi grzebienia łopatki. Dla normalizacji przeprowadzonych testów anatomicznych dokonywano dokumentacji fotograficznej w wystandaryzowanym wzajemnym położeniu preparatu i aparatu. Do wszystkich pomiarów
4 użyta została ta sama skala. Dokumentacja fotograficzna poddana została analizie przy użyciu MultiScanBase software v.18.03. (Computer Scanning system II, Warsaw, Poland). W serii 2 niezależnych pomiarów 101 suchych preparatów. zmierzono szereg wybranych parametrów anatomicznych. Wyniki pomiarów poddano analizie w poszukiwaniu wzajemnych korelacji przy pomocy programu WEKA przeznaczonego do eksploracji danych oraz wykrywania złożonych zależności między badanymi wartościami. Typ górnego wcięcia łopatki sklasyfikowano zgodnie z klasyfikacją wg Polguja i wsp.. W oparciu o ustalony na preparatach anatomicznych przebieg gałęzi bocznej nerwu nadłopatkowego zmierzono jego kąt natarcia na boczną krawędź grzebienia łopatki KNG. Ramiona autorskiego narzędzia pomiarowego opierano na przyjętych punktach kostnych jakimi są najniższy punkt wcięcia górnego łopatki i grzebień łopatki natomiast wierzchołek mierzonego kąta wyznaczała boczna krawędź grzebienia łopatki. Następnie ustawienie ramion narzędzia utrwalane było materiałem plastycznym, tak aby możliwy był precyzyjny odczyt zmierzonej wartości kątowej. Pomiarów kąta KNG dokonano czterokrotnie w niezależnych seriach pomiarowych. Do analiz statystycznych użyto wartości średniej dokonanych pomiarów. Zmierzono również wybrane parametry antropometryczne. Siła działająca na BGNN podczas aktywności mięśnia podgrzebieniowego (Fn) obliczona została na podstawie przyjętego modelu zależnego od zmierzonego kąta KNG. Za średnią wartość generowanej przez mięsień siły (F) przyjęto 205 N zgodnie z badaniami Escamilla i wsp.. Wyniki Badania przeprowadzone na utrwalonych preparatach kończyn górnych wykazały, że nerw nadłopatkowy zawsze obiera najkrótszą drogę od dolnej krawędzi wcięcia górnego łopatki do bocznej krawędzi grzebienia łopatki.
5 Wartość zmierzonego kąta KNG wyniosła średnio 44,57 stopni (min =28,5 stopni ; max=67,25 stopni, ±7.9). Klasyfikacji na typy wcięcia I-V dokonano zgodnie z podziałem zaproponowanym przez Polguj i wsp.. I tak odpowiednio dominował typ III, stanowiąc 58,41 %(59 preparatów). Drugimi co do częstości były typy I i V po 13,86 %(14 preparatów). Typ II stanowił 7,92 % a IV 5,94% (odpowiednio 8 i 6 preparatów). Średnia wartość wyliczonej siły działającej na boczną gałąź nerwu nadłopatkowego wynosiła 79N (40.43N - 104.81N ±13.1) i była odwrotnie proporcjonalna do zmierzonego kąta KNG. W przyjętym modelu badanej siły (Fn), jej wartość jest odwrotnie proporcjonalna do wartości zmierzonego kąta. Przyjmując za punkt odcięcia częstotliwość występowania neuropatii 34% na podstawie literatury zbadana siła Fn jest większa o 28.1%. Nie znaleziono istotnych statystycznie korelacji poszczególnych zbadanych wymiarów antropometrycznych łopatki, jednak przeprowadzona analiza wykazała istnienie zależności wybranych parametrów opisujących poszczególne parametry anatomiczne. Wnioski 1. Wartość kąta nadłopatkowo-grzebieniowego ma bezpośredni wpływ na wielkość sił działających na gałąź boczną nerwu nadłopatkowego na krawędzi bocznej grzebienia łopatki. Wyniki przeprowadzonych badań, wskazują na potencjalny związek pomiędzy anatomicznym przebiegiem bocznej gałęzi nerwu nadłopatkowego wyrażonym wartością kąta nadłopatkowo-grzebieniowy a etiologią izolowanej atrofii mięśnia podgrzebieniowego. 2. Przebieg bocznej gałęzi nerwu nadłopatkowego w stosunku do grzebienia łopatki zdefiniowany jako kąt nadłopatkowo-grzebieniowy, jest zróżnicowany osobniczo i
6 nie wykazuje korelacji z typem wcięcia łopatki oraz jej wybranymi parametrami morfologicznymi. 3. Anatomiczne wymiary łopatki ludzkiej nie wykazują wzajemnych korelacji i wykazują znaczną różnorodność osobniczą. Znalezione zależności anatomiczne wybranych parametrów morfologicznych łopatki świadczą o proporcjonalności jej poszczególnych wymiarów. 4. Uzyskane wyniki badań kąta nadłopatkowo-grzebieniowego stanowią podstawę do stworzenia przesiewowych protokołów badawczych obrazów CT i MR barku sportowców mających na celu wczesne rozpoznania zagrożenia neuropatią bocznej gałęzi nerwu nadłopatkowego i wdrożenie ewentualnego leczenia u pacjentów z grup ryzyka. 5. Analiza wyników badań wskazuje na zasadność zmiany nazewnictwa izolowanej atrofii mięśnia podgrzebieniowego na neuropatię bocznej gałęzi nerwu nadłopatkowego, ponieważ odnosi się ona do etiologii a nie opisu objawu klinicznego.
7 Abstract Introduction Despite the passage of time, the aetiology of isolated atrophy of the infraspinatus (ISA) in throwing sports remains poorly understood. For the first time was described in 1936 by Andre Thomas. Despite from the neuropathy relationship with the compression by ossified suprascapular ligament, the rotator cuff tear, rare injuries, surgical complications, the presence of ganglion near the scapular spine and a significant correlation with throwing sports, there has been no documented relationship with the morphological parameters of the scapula. The suprascapular nerve itself is derived from the trunk of the upper brachial plexus of the C5-C6 roots occasionally obtaining fibers from the C4 root and sometimes even from Th1. Lying behind the omohyoid muscle, it separates from the upper trunk of the brachial plexus, about 3 cm above the collarbone, running through the back triangle of the neck. The nerve continues its course going through the indentation of the upper shoulders under the shoulder ligament. Typically, this is accompanied by a suprascapular vein, and the corresponding artery runs above the ligament of the upper shoulder. In its course, it releases motor branches, innervating the supraspinous muscle. Next it wraps along the lateral edge of the vane crest, continuing its course to the dorsal lateral as the lateral branch of the suprascapular nerve to give the 2-4 motor branches to the infraspinatus muscle. The frequency of isolated atrophy of the infraspinatus muscle can be surprisingly high, reaching 34% in beach volleyball, with an average prevalence of 52% among elite female tennis players. It has been suggested that in these cases, its development occurs as a result of nerve traction during repeated overhead motion of the shoulder, however, it is unclear why only some players are affected. Therefore it seems the pathomechanism must be more
8 complex and associated with the key anatomical player, i.e. the lateral trunk of the suprascapular nerve innervating the infraspinatus. From a biomechanical point of view, the angle between the LTSN and the scapular spine, i.e. the suprascapular-scapular spine angle (SSSA), appears to have a key influence on the magnitude of the resultant compressive force (Fn) acting on the LTSN at the edge of the scapular spine by pulling force (F) exerted by contraction of the infraspinatus. Based on the acquired data, the study verifies the following hypotheses: 1) The course of the lateral branch of the suprascapular nerve, is directly related to the suprascapular-spine angle, is individually differentiated and has a bearing on the values of forces from supraspinatus muscle acting on the lateral branch of the suprascapular nerve at the lateral edge of scapular spine. 2) The suprascapular-spine angle is dependent of the morphological parameters of the spatula, including the type of vane notch, and correlates with its morphometry. 3) The anatropometric parameters of the human scapula exhibit mutual correlations, but their configuration unambiguously indicates a huge individual diversity. The anatomical relationships found prove some proportionality rules of individual anatomical dimensions that may be used in the anatomical orientation during surgical procedures. 4) The obtained test results may provide valuable guidance on the prevention and treatment of isolated atrophy of the supraspinatus muscle in sport and provide the basis for further research in this area. 5) The acquired test results represent a valuable step forward to understanding ISA aetiology and act as a basis for further clinical research. Analysis of collected material may suggest a change in the naming of isolated atrophy of the suprascapular muscle on the lateral branch of the suprascapular nerve, because it refers to etiology and not only describes the clinical symptom itself. Materials and methods
9 The tests were performed in two stages: The first using 18 formalin-fixed, cadaveric shoulders and the second using 101 dry scapulae. All tested preparations, obtained from the collection of the Department of Normal and Clinical Anatomy of Medical University of Lodz, were undamaged, and taken from cadavers of unknown sex and age. The research project was approved by the Bioethics Commission of the Polish Mother s Memorial Hospital Research Institute (protocol no. 11/2017). The upper limbs were examined to establish the bone landmarks of the lateral trunk of suprascapular nerve course. In all preparations, a horizontal cut was made along the clavicle, and the skin was dissected from the deltoid, trapezius and pectoralis major. The deltoid and the trapezius were then removed. The upper edge of the scapula and the area around its notch were revealed by dissecting the supraspinatus muscle. Next, based on the test results from the soft preparations of the upper limbs, the course of the lateral trunk of suprascapular nerve was determined on the dry scapulae and the suprascapular-spine angle was measured. The suprascapular-spine angle is the angle included between the line running through the lowest point at the base of the scapular notch and the distal point of the scapular spine edge and the line joining the most prominent medial and lateral points of superior aspect of scapular spine. The scapular spine arm of the tool used for suprascapular-spine angle measurement automatically positioned itself on the two most superior points (lateral and medial) of the scapular spine. The arm was set in fixed plastic material, allowing a precise reading to be taken of the angle between the arms of the tool. The arrangement of the measuring tool arms indicated the course of the lateral trunk of suprascapular nerve in the fixed preparation. In the second stage, the 101 dry scapular preparations were measured in a 2 series of independent measurements, a number of selected anatomical parameters were measured. The results of the measurements were analyzed in the search for mutual correlations using the WEKA program for data mining and detection of complex relationships between the studied values. The compressive force acting on the lateral trunk of suprascapular nerve (Fn) against the scapular spine edge is the resultant compressive component of the pulling force exerted by the contraction of the infraspinatus (F). In order to calculate the hypothetical magnitude of
10 Fn of pulling force F of infraspinatus the appropriate physical formula was used. The magnitude of the infraspinatus pulling force (F), i.e. 205 N, was taken from a study by Escamila et al. Results The tests performed on 18 formalin-fixed cadaveric preparations of upper limbs showed that the suprascapular nerve always takes the shortest path from the lower edge of the suprascapular notch to the lateral edge scapular spine. Classification for I-V suprascapular notch types was made in accordance with the classification proposed by Polguj et al. The type III of notch, was constituting 58.41% ( 59 preparations). The second most frequent types were I and V - 13.86% (14 preparations). Type II constituted 7.92% and IV 5.94% (8 and 6 preparations). No statistically significant correlations were found between the individual anthropometric dimensions of the scapula, but the analysis showed the dependence of selected parameters describing the individual anatomical elements. No statistically significant correlation was found between notch type and angle value (Weka 3 analysis). The 4 independent measurements of suprascapular-spine angle were obtained to the extended statistical analysis of comparison between these measurements (interclass correlation coefficient). The value of the suprascapular-spine angle measured on average was 44.57 degrees (min = 28.5 degrees, max = 67.25 degrees, ± 7.9). The mean value of the calculated force acting on the lateral branch of the suprascapular nerve (Fn) was 79N (40.43N- 104.81N ± 13.1) and was inversely proportional to the measured angle with a nearly linear graph. The marked cut-off force was 28,1% higher and corresponds to the 34% threshold of the incidence of neuropathy which has been accepted on the basis of the literature. Conclusions
11 1. The value of the suprascapular-spine angle has a direct influence on the magnitude of forces acting on the lateral branch of the suprascapular nerve on the lateral edge of the vane crest. The results of the conducted research indicate a potential relationship between the anatomical course of the lateral limb nerve branch expressed by the suprascapularapical angle and the aetiology of isolated atrophy of the supraspinatus muscle. 2. The course of the lateral branch of the suprascapular nerve in relation to the vane crest defined as the suprascapular-comb angle is individually differentiated and does not correlate with the type of the vena incision and its selected morphological parameters. 3. The anatomical dimensions of the human shoulder blade do not show mutual correlations and show a significant individual diversity. The anatomical relationships found in the selected morphological parameters of the shoulder blade testify to the proportionality of its individual dimensions. 4. The obtained results of supernatural-comb angle are the basis for the creation of screening protocols for CT and MR imaging of the athletes' shoulder aimed at early diagnosis of the threat of lateral branch neuropathy and the implementation of possible treatment in patients at risk. 5. Analysis of the results of the research indicates the justification for changing the naming of isolated atrophy of the suprascapular muscle on the lateral branch of the suprascapular nerve, because it refers to the aetiology and not the description of the clinical symptom.