腕和手的功能解剖

上海文庙 2024-09-21 16:22 2次浏览 0 条评论 taohigo.com

腕和手在人的身體中雖然隻占據著一小部分的空間,卻具有非常關鍵的作用。人類使用工具的能力絕大部分來源於對於腕和手的精細掌控。換句話來說,如果沒有手部的結構以及復雜詳細的肌肉控制,我們生活中的很多必要動作是無法執行的。至於手部到底有多復雜,我們可以通過手部神經控制的比例來呈現。

上圖是大腦皮層運動神經部分對於身體不同部位的分佈情況。可以發現手部的神經控制幾乎和軀幹加上腿部的控制占據同樣的面積。這足以說明其肌肉功能以及骨骼結構的復雜性。

因此,在剛接到這個文章的任務的時候,我的內心其實是很忐忑的。畢竟我自己的解剖知識也比較薄弱,對於如此精細的解剖結構瞭解也並不深。更重要的一點是,這篇文章要講的不僅僅是解剖學,而是功能解剖學。“功能”這看似簡單的兩個字,所涵蓋的內容量是非常可怕的。接下來我通過腕關節運動的例子來進行簡單的解釋。

當我們在學習解剖學的時候,一般隻需要記住骨骼上的各個凸起凹陷,以及肌肉的起止點、動作和神經源頭。然而,當涉及到功能解剖的領域時,就要開始考慮各個肌肉之間的聯動,力與力、扭力與扭力之間的抵消和增幅。更重要的是,功能解剖在很多情況下是脫離標準解剖位的。當身體處在不同的位置以及不同的運動狀態下,不同肌肉的作用方向以及力的大小都會有變化。這樣多重的變化方式,再加上腕與手這樣復雜的解剖結構,使其信息量變得非常的大。

如上圖,右側是腕關節橫切面的示意圖。其中每一塊紅色的四邊形代表某塊肌肉的大概位置,其中的黑點為施力點。黑色的橫軸和紅色的縱軸分別為手腕向兩個位面移動(旋轉)時的軸。由此我們可以看到,小臂穿過手腕的每一塊肌肉都會有相應的橫軸和縱軸的兩個扭矩,而這兩個扭矩會和其他所有肌肉的作用進行抵消或者增幅,最後對腕關節形成合力。而扭力不但取決於扭矩,還取決於肌肉的橫切面積,也就是紅色四邊形的大小。而這其中的很多肌肉,例如兩塊指屈肌,橫跨的關節甚至可以達到3-4個。也就是說,這些肌肉一旦收縮,就會分別在多個關節上同時產生作用。而假如你的運動目的隻是一個關節的活動的話,那麼另外三個關節的活動都需要由其他肌肉的收縮來進行抵消。以上所說的所有作用,還都是以在人體處於標準解剖位的狀態下為前提的。當手腕向左右或前後任意方向移動後,腕部肌肉的扭矩就會改變,縮短的肌肉發力會下降,被拉伸的肌肉會產生被動的抗阻力。而以上的這一切,都還沒有考慮腕關節復雜的韌帶組織,以及關節的活動方向及活動度。而上述一切的一切,都還僅僅是針對橫跨腕關節的肌肉。在手掌內部,不橫跨腕關節的肌肉還有很多,其結構和發力狀態甚至更為復雜。

說瞭這麼多,我的目的是什麼呢?其實我想說的是,腕和手的功能解剖絕對不是可以一口吃個胖子的知識領域。想要對其有充分的瞭解,需要不斷重復地學習和積累,一點點地把知識的量和深度堆積上去,再慢慢內化。以下的內容,僅總結一些我在學習的過程中吸收的知識。

腕關節的骨骼、韌帶結構

在基礎解剖學中,我們會學到腕關節有八塊腕骨。而對於這八塊骨頭的具體位置,我在基礎解剖學中隻學瞭如下圖所示的概念。

八個方塊分別代表瞭八塊骨頭,具體名字就不提瞭。如果你背過的話不提你也知道,如果你沒背過的話提瞭你也記不住。

但實際上,當我們看到解剖圖片或者人體骨骼模型的時候會發現,腕部八塊骨頭的排列情況並不是這麼簡單的。

我一直都知道腕骨排列並不是簡單的4對4,但每次看到像上面這種讓人頭大的圖片就放棄進一步思考瞭。但其實對於腕骨的排列,有一種更好的簡化方式,即如下圖。

圖中所采用的是右手掌心面。右下角是手舟骨,所對應的是大多角骨和小多角骨。左下角的豌豆骨重疊在三角骨的上方。而與其所對應的勾骨的上方也有一個勾狀的凸起,類似於一個接在勾骨上的豌豆骨。所以,與其說是四對四的結構,不如說是三對三的結構。手舟骨和勾骨分別對應瞭對側的兩塊骨頭。而腕關節遠端的四塊骨頭分別對應瞭五塊掌骨。大多角骨、小多角骨和頭骨分別對應大拇指、食指和中指的掌骨,勾骨對應瞭無名指和小指的兩塊掌骨。

就像我在圖中所畫的,中指掌骨所對應的頭骨是一塊很長的骨頭。實際上,雖然月骨對應遠端的頭骨,但頭骨還有一部分是對應瞭舟骨的。舟骨作為一個花生形的骨頭,一部分與大多角骨和小多角骨相連接,另一部分與月骨一起襯托起頭骨這個又長又大的骨頭。如下圖。

頭骨在腕關節有著至關重要的作用。仔細觀察上圖我們不難發現,頭骨的近端,也就是它的“頭”所在的部位剛好是整個腕關節的中心部位。腕關節在兩個位面上的主要活動,即屈伸和內收外展,都是以頭骨的頭作為軸心來進行的。在之前的橫切面圖當中,運動的橫軸與縱軸的交叉點也剛好落在頭骨上面。

當然,隨著腕關節的移動,旋轉軸的位置是會有些許變化的,但總的來說軸心不會偏移到頭骨以外。頭骨與中指之間的腕掌關節是非常穩定的。因此當頭骨作為軸旋轉的同時,可以將力傳導至中指,從而使整個手掌跟隨轉動。

腕關節分為兩個關節,橈腕關節和腕中關節。由於腕中關節遠端的四塊腕骨直接和掌骨相連,因此結構和韌帶組織相對緊湊,穩定性相對較強。近端的橈腕關節相對來說活動度較大。當腕關節進行屈伸或內收外展時,兩個關節會同時以頭骨為軸心做旋轉與滑行運動。如下圖,第一幅圖為屈伸,第二幅圖為內收外展。

腕關節的一個非常重要的韌帶結構便是腕管。如下圖,腕管的兩側分別固定於豌豆骨、勾骨、舟骨和大多角骨上。腕管下有很多肌腱通過,並且包含正中神經。包含結構之多使腕管發炎成為瞭非常常見且令人頭痛的問題。對於腕管綜合征這裡不多做贅述。值得註意的是,勾骨和豌豆骨並不是並列的,而尺神經剛好通過其中間的腕尺管。長時間擠壓手部尺側(如騎車)所造成的手部麻痹就是由此形成。

由於腕部的韌帶結構非常復雜,並且我在這方面的基礎知識也幾乎為零,因此不很詳細地描述,隻說一下兩個比較重要的結構。第一個結構是三角纖維軟骨復合體。如下圖TFCC(triangular fibrocartilage complex)。

在標準解剖位下,人的尺骨末端實際比橈骨末端要略高一些,這也就意味著尺骨和腕骨之間並非緊密貼合,而是隔著一個空間的。填滿這個空間的就是三角纖維軟骨復合體瞭。這個復合體的最主要部分是三角纖維軟骨,也就是墊在尺骨和腕骨之間的纖維軟骨。這層軟骨補足瞭尺骨和腕骨之間的縫隙,使其在手部垂直受力時可以將20%的力傳導至尺骨,而另外80%的力由橈骨進行傳導。除瞭三角纖維軟骨以外,這個復合體還包括將尺骨與腕骨連接的幾條韌帶,用來強化腕關節尺骨邊的穩定性。

另外一個結構是腕部韌帶的倒V字形結構。如下圖,黑色箭頭代表韌帶走向。

從中間的圖可以看出四條韌帶形成兩個倒V字形結構。上方(遠端)的兩個韌帶是腕骨間掌側韌帶的內外側兩束,下方的兩個韌帶是自月骨向尺骨和橈骨連接的尺腕韌帶和橈腕韌帶。在中立位時,四條韌帶分別保持著一定張力。當腕關節進行內收外展的運動時,四條韌帶的張力會如左右圖所示進行變化,幫助維持橈腕關節和腕中關節的穩定性。

腕關節的肌肉結構

就如我在前面所說,腕關節的肌肉功能解剖是極其復雜的。在這裡隻簡單進行一下分類和描述。

第一類肌肉是隻作用在腕關節的伸腕肌肉,包括尺側腕伸肌和長短橈側腕伸肌。第二類肌肉是作用在腕和手的伸腕肌肉,包括指伸肌,食指伸肌,小指伸肌和拇指伸肌。第三類肌肉是隻作用在腕關節的屈腕肌肉,包括尺側腕屈肌,撓側腕屈肌和指長肌。第四類肌肉是作用在腕和手的屈腕肌肉,包括深淺層指屈肌,拇長屈肌,拇長展肌和拇短伸肌。

上述的四個類別是根據腕關節在矢狀面(屈伸)的運動進行分類的。另一種分類方式是按照腕關節在冠狀面(尺側橈側偏移/內收外展)進行分類的。

第一類是尺側偏移/內收肌肉,包括尺側腕伸肌,尺側腕屈肌,深淺層指屈肌和指伸肌。第二類是橈側偏移/外展肌肉,包括長短橈側腕伸肌,橈側腕屈肌,長短拇指伸肌,拇長屈肌和拇長展肌。

對於腕關節肌肉作用最直觀的表現形式依然是我在前面放過的那張圖,如下。

從這張圖裡,我們可以相對清楚地看到各個肌肉相對於矢狀面和冠狀面的扭矩,以及肌肉橫截面的大小。從上圖中可以看出,在伸腕方面力臂最大,且具有較大肌纖維面積的是指伸肌(這也解釋瞭為什麼網球肘的評估通常是通過中指的等距伸展收縮)。而在屈腕方面,幾塊肌肉都具有相近的力臂和比較大的肌纖維面積。在尺側偏移方面,尺側腕伸肌具有最大的力臂以及較大的肌纖維面積,尺側腕屈肌第二。在橈側偏移方面,拇長展肌和長橈側腕伸肌都具有較大的力臂和纖維面積。雖然拇短伸肌也具有很大的力臂,但由於肌纖維面積過小,其扭力並沒有前兩者要大。

由於深淺層指屈肌既是主要的屈指肌肉又是主要的屈腕肌肉,其功能性運動便帶有一定的特殊性。例如,當我們需要很強的握力時,由於指關節以及掌指關節的屈曲,導致指屈肌處於被縮短的狀態。此時,需要通過腕伸展肌群的配合,讓腕部處於略微伸展的狀態,將指屈肌拉長,以此保證最佳的發力長度。如下圖所示,當執行強力抓握的活動時,腕部伸展30度左右可以達到最佳握力。

手部的骨骼、韌帶結構

在我的印象裡,我在學習基礎解剖學的時候基本上沒有註意過手的骨骼結構,因為我們需要知道的就是每根手指一根掌骨三根指骨,拇指兩根指骨。就算完全不學,考試的時候看著自己的手也能寫出來。當然,從細節上來說,手部的骨骼結構並沒有那麼簡單。由於手部的骨骼不僅要提供屈伸的能力,還要提供我們抓握不同形狀的物體的能力,因此手部的活動遠不像鉸鏈關節那樣簡單。

手部的形狀大體可以分為三個弓,其中兩個橫向弓分別位於腕關節和掌指關節,縱向弓則是自腕向指尖的弓形。如下圖。

圖片中的左下角畫出瞭拱心石的概念,也就是作為弓的中心結構。在掌弓的情況下,拱心石的描述特指在弓這個不穩定結構中維持穩定,起到運動中心作用的結構。對於遠端橫向弓來說,拱心石是由五個手指的掌指關節所形成(當然遠端橫向弓本身就較不穩定)。對於近端橫向弓來說,拱心石主要由食指和中指的腕掌關節形成,類似左下圖當中的紅色石頭。對於縱向弓來說,拱心石也是食指和中指的腕掌關節。因此縱向弓最穩定的地方在近端,而越偏向遠端越不穩定。

因此,在抓握各種物體的過程中,我們幾乎始終是以食指和中指之間的某一點為中心軸,再將兩側的掌指等結構覆蓋上去的。因此,食指和中指的運動更接近於鉸鏈關節,而其他三指則具有更大的活動度。當你將拳頭緊握面對自己,並觀察四指的偏移程度時,可以發現食指和中指保持瞭相對的垂直,而無名指和小指都有不同程度的傾斜。

食指和中指作為拱心石的穩定性主要來源於腕掌關節。下圖大概展示瞭五個腕掌關節活動度之間的區別。

將這張圖配合握拳的圖,相信大傢對手部中心結構能有一個更完善的概念。

拇指作為一個相當特殊的結構,並不僅僅是比其他四個指頭少瞭一節指骨。實際上,對於拇指是否應該與其他四指分為一類,至今還有爭論。據我曾經的體能課教授說,他有一次去看醫生,結果跟醫生爭論瞭好久人到底是有five fingers還是four fingers and a thumb,最後不歡而散。拇指與其他四指最明顯的區別,就在於它運動位面的顛倒。其他四指的屈伸更接近於矢狀面運動,內收外展更接近於冠狀面運動。而拇指的屈伸更接近於冠狀面運動,內收外展更接近於矢狀面運動。拇指的腕掌關節也很特殊,是馬鞍狀關節,也就是類似於兩個弓形面對面呈直角疊起來。想像一下自己騎在馬上,馬鞍是一個從前到後的向下凹陷的弓形結構,而你自己的襠部是一個從左到右的向上凸起的弓形結構。兩個弓形結構結合在一起,可以向前後也可以向左右滑動,但不會向其它方向滑動。

因此,拇指的運動主要有屈伸和內收外展。而將這兩個運動結合起來後可以形成一定的內旋,從而完成大拇指非常重要的一項運動,對向運動。對向運動是指將大拇指和小拇指的指尖相對。對向運動需要多個關節配合,例如小拇指屈曲的同時略微內旋,腕骨(大多角骨)的略微旋轉,但其主要還是來自於大拇指腕掌關節的屈曲加外展加內旋的運動。

對於掌指關節以及指間關節的韌帶組織,最需要註意的就是其對於指屈肌的輔助和穩定作用。由於手指的伸展活動度有很大限制,而屈曲的活動度非常大,再加上在抓握過程中經常用到很大力量,所以對於指屈肌肌腱的保護和有效使用是非常重要的。因此,手指掌心面的韌帶組織比背面的韌帶組織復雜許多。

上圖主要展示掌指關節的韌帶組織。食指關節附近展示瞭側韌帶(兩側都有),從中指到小指將掌骨移除,展示出掌韌帶板以及包裹著指屈肌肌腱的纖維鞘。另外,掌骨深橫韌帶將掌韌帶板以及四個掌指關節橫向連接起來,增強橫向弓的穩定性。

掌指關節雖然從外觀看上去和指間關節相似,但其活動度比指間關節要大很多。掌指關節是踝狀關節/橢球關節,因此其活動范圍包括瞭屈伸,內收外展,以及環形運動(即前兩者共同產生的運動)。從理論上來說,踝狀關節也可以進行內外旋的運動,而在掌指關節中內外旋在很大程度上被韌帶組織限制瞭。如果被動強行扭動手指的話,也可以觀察到掌指關節輕微的內外旋活動。與掌指關節不同的是,指間關節的活動則僅限於屈伸。另外,大拇指的掌指關節活動度也僅限於屈伸,在內收外展方面活動度非常有限。

指間關節附近結構對於指屈肌肌腱的保護和掌指關節附近結構是類似的,如下圖。

圖中食指和中指展示瞭深淺層指屈肌的肌腱,從中指下方可以看到肌腱更深層的掌韌帶板。無名指展示瞭肌腱外包裹著的滑液鞘,用來減輕收縮時的摩擦力。滑液鞘外面包裹著A1-A5以及C1-C3,總計八條滑輪韌帶,作為指屈肌肌腱被縮短時的著力點或支點。滑輪韌帶當中,A2和A4是相對重要的,因為它們剛好處在指骨的中間,距離關節較遠。在滑輪韌帶外面則是之前提到的保護指屈肌的纖維鞘,圖中通過小拇指來展示。多層的組織不但為指屈肌肌腱減輕瞭摩擦力,降低發炎的可能性,提供瞭施力時的支點,更重要的是將指屈肌的肌腱固定在指骨之上,避免在屈曲的過程中突起。

相較於指屈肌來說,指伸肌周圍的韌帶結構相對簡單。這是因為指屈曲所需要的力通常遠大於伸展,另外屈曲的活動度也遠大於伸展。指伸肌的肌腱形狀比較特殊,有中間的一束和兩側分叉再聚合的兩束,保證更均勻的力的傳導。

手部的肌肉結構

手部的肌肉和腕部的肌肉有很大一部分是重合的。就如之前所說,很多橫跨腕部的肌肉是多關節肌肉,會繼續走向手部關節。當然,也有很多隻存在於手內部的肌肉。下面以此條件來進行一下分類。

手外部肌肉當中,屈肌包括深淺層指屈肌和拇長屈肌。伸肌包括指伸肌,食指伸肌,小指伸肌和拇指長短伸肌(註意拇指的屈伸方向和另外四指不同)。最後還有一條拇長展肌。

手內部當中,大魚際的肌肉包括拇短展肌,拇短屈肌和拇對掌肌。小魚際的肌肉包括小指展肌,小指屈肌,小指對掌肌和掌短肌。其他肌肉包括姆收肌(兩頭),四條蚓狀肌和掌背各四條骨間肌。

當手外部肌肉在發力收縮的時候,會在多個關節產生扭力。例如淺層指屈肌,它所產生的扭力是越靠近近端越大,越靠近遠端越小的。也就是說,假如我們想施加一個遠端(指間關節)的力,就不可避免的會在近端關節(腕關節和掌指關節)施加更大的扭矩。如下圖。

在這時,橈側腕伸肌和指伸肌必須要同時發力來抵消指屈肌在近端兩個關節所產生的扭矩。上圖中的左側箭頭為淺層指屈肌,右側箭頭為橈側腕伸肌和指伸肌。

對於手部肌肉被動張力有一個比較直觀的展示方法。將手部放松,腕關節與前臂平齊。這時候,如果屈腕,就會發現手指被動地伸直;如果伸腕,就會發現手指被動屈曲。這是因為指伸肌和指屈肌在腕部運動時得到瞭被動的張力,而將這個張力轉化到瞭掌指關節和指間關節。

手內部的肌肉有很多集中在大魚際和小魚際當中。大魚際和小魚際就是掌心大拇指近端和小指近端肌肉比較多的凸起部分。其中非常主要的運動便是之前提到過的對掌運動。日常生活中很多手部活動(抓握等)都會運用到對掌運動。

蚓狀肌的肌纖維長度很長,但橫截面積很短。這也就意味著蚓狀肌是一個發力距離長但力量較小的肌肉。它的主要功能在於使掌指關節屈曲並使指間關節伸展。掌背兩側的骨間肌雖然主要的作用在於掌指關節的內收和外展,但也和蚓狀肌同樣具有使掌指關節屈曲並使指間關節伸展的作用。假如蚓狀肌和骨間肌停止工作(例如尺神經損壞),那麼光靠指伸肌隻能做到掌指關節的伸展和指間關節的部分伸展,手會最終卡在一個“爪子”的狀態。另外,骨間肌在手執行抓握動作時也可以在某些程度上提供指屈曲的力。

當然,手內部肌肉和手外部肌肉是協同工作的。假如我們把它們分開來看的話,將手內部肌肉同時收縮,會得到四指掌指關節屈曲,指間關節伸展的狀態。將手外部肌肉同時收縮,會得到四指掌指關節伸展,指間關節屈曲的狀態,如下圖。

下圖展示瞭一些生活中常用的手的動作。這些動作都是通過手內外肌肉的緊密配合來進行力度和尺度的調整的。

其中A是不需要調整尺度的強力抓握動作,主要註重於屈曲力。B到F是強調尺度的精準抓握動作,主要註重對於目標尺寸的把握。G是強力捏合動作,同樣主要註重於捏合的力度。H和I是精準捏合動作,主要在於捏合物品的精細運動。最後的J是勾的運動,主要用於提攜等活動。

註:本文為根據國際小組文章歸納總結。