La mano del hombre

Biomecánica. Presión. Herramienta de trabajo. Tacto. Topografía. Anatomía. Esqueleto. Articulacines. Funcionalidad. Dedos

  • Enviado por: Jose
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LA MANO

I. Introducción

La mano del hombre es una excelente herramienta, capaz de ejecutar innumerables acciones gracias a su función esencial: la prensión.

Está dotada de una gran riqueza funcional que le procura una superabundancia de posibilidades en las posiciones, los movimientos y las acciones.

De la pinza de cangrejo a la mano del simio, se encuentra esta facultad de prensión pero en ningún otro ser que en el hombre ha alcanzado este grado de perfección. Este grado lo debe a una disposición totalmente particular del pulgar, que puede oponerse a resto de dedos. En los monos superiores, el pulgar es oponible pero jamás la amplitud de esta oposición alcanza la del pulgar humano.

Al propio tiempo, la ausencia de especialización de la mano del hombre es un factor de adaptabilidad y de creatividad.

Desde el punto de vista fisiológico, la mano representa la extremidad efectora del miembro superior que constituye su soporte y le permite presentarla en la posición más favorable para una acción determinad. Sin embargo, la mano no es sólo un órgano de ejecución, es también un receptor sensorial extremadamente sensible y preciso cuyos datos son indispensables para su propia acción. Finalmente, gracias al conocimiento del grosor y de las distancias que procura a la corteza cerebral, es el educador de la vista que le permite controlar e interpretar las informaciones: sin la mano nuestra visión del mundo sería aplanada y sin relieve. Constituye la base de ese sentido muy particular, la esterognosia, conocimiento del relieve, del espesor, del espacio. Es también el educador del cerebro para las nociones de superficie, de peso, de temperatura. Por sí sola es capaz de reconocer un objeto sin la contribución de la vista.

La mano forma, pues, con el cerebro un par funcional indisociable, en donde cada término reacciona dialécticamente sobre el otro, y es gracias a la escasez de esta interrelación que el hombre puede modificar la naturaleza según sus designios e imponerse al resto de especies.

II. Topografía de la mano

La mano, pues órgano de la prensión y principal órgano del tacto, tiene forma aplanada y ensanchada. Cabe distinguir en ella una cara anterior y otra posterior t dos bordes: externo o radial (determinado por el pulgar) e interno o cubital. La cara anterior o palma posee tres eminencias rodeando un hueco. La eminencia tenar está situada por arriba y por fuera, y la eminencia hipotenar por arriba y por dentro. A veces se denomina al conjunto formado por estas dos eminencias talón de la mano, en oposición a la eminencia inferior, transversal denominada eminencia de los dedos. La eminencia tenar se halla separada del hueco de la mano por el surco de oposición del pulgar; la eminencia hipotenar está mucho menos marcada. El talón de los dedos se halla separado por el pliegue digito-palmar y surco de flexión de los cuatro últimos dedos. En el hueco de la mano se encuentran tres pliegues: superior, medio e inferior, a menudo cortados estos dos últimos por un pliegue longitudinal; estos cuatro pliegues dibujan una M más o menos marcada. En la cara dorsal de la mano se encuentran la comisuras interdigitales.

Anatomía de la región palmar

De la superficie al interior, la región palmar comprende tres planos: el plano superficial constituido por la piel, tejido celular subcutáneo, vasos y nervios superficiales; el plano medio constituido por la aponeurosis (Membrana formada por tejido conjuntivo fibroso cuyos hacedillos colágenos están entre cruzados y sirve de envoltura a los músculos) y sus compartimientos y el plano profundo formada por la aponeurosis palmar profunda, arco palmar profundo, rama profunda del cubital y plano de los interóseos.

La aponeurosis superficial se divide en una porción media y otras dos, externa e interna. De ella parten dos tabiques anteroposteriores que forman por delante tres compartimientos: uno externo que contiene los cuatro músculos anexos al pulgar y el tendón del flexor largo; uno interno que contiene los tres músculos insertos en el índice y la rama profunda del nervio cubital; y uno medio que comprende desde la superficie hasta la profundidad: el arco palmar superficial arterial, los nervios colaterales palmares, los tendones de los flexores y capa célulo-adiposa profunda.

El tronco del nervio mediano suministra varias ramas para los músculos antes de dividirse entres nervios digitales comunes. El nervio cubital, después de suministrar una rama dorsal, se divide en un nervio superficial y otro profundo. Existen varias vainas sinoviales palmares.

El plano profundo está constituido por la aponeurosis palmar profunda, el arco palmar profundo, la rama profunda del nervio cubital, los músculos interóseos y el músculo aductor del pulgar.

Anatomía de la región dorsal

Está compuesta desde la superficie hasta el esqueleto por los siguientes planos: piel, tejido celular subcutáneo, vasos y nervios superficiales. En el siguiente plano estaría la aponeurosis superficial y después los tendones, vasos y nervios profundos. En el último plano estaría la aponeurosis interósea posterior o dorsal de los interóseos. Las arterias proceden de la radial anastomizada con otras.

Esqueleto de la mano

Está formado por el carpo constituido por ocho huesos cortos en dos filas. En la primera o superior se hallan el escafoides, semilunar, piramidal y pisiforme y, en la segunda, el trapecio, trapezoide, hueso grande y ganchoso. El esqueleto de la mano además está formado por el metacarpo, que está integrado por cinco huesos largos llamados metacarpianos y por los dedos. Cada uno de los dedos consta de tres falanges (excepto el pulgar, que sólo tiene dos) designadas, de arriba a abajo, con los nombres de falange, falangina y falangeta (ver figura 1).

Se distinguen las articulaciones carpometacarpianas y metacarpofalángicas.

figura 54 muñeca o figura libro

La topografía funcional (figura 2) de la mano permite dividir la mano en tres partes por lo que se refiere a su utilización:

- El pulgar (I) que representa por sí solo la casi totalidad de las funciones de la mano, gracias a su facultad de oposición con relación a los otros dedos.

- El índice y el medio (II) que forman con el pulgar las tomas de precisión, las pinzas del pulgar con los dedos, bidigitales o tridigitales.

- El anular y el meñique (III) que, con el resto de la mano, son indispensables para las tomas palmares, ya que adosan la toma de los mangos de las herramientas del lado cubital y aseguran de esta forma la firmeza del puño.

figura 4

Arquitectura de la mano

Para realizar la prensión se precisa la adaptación de la forma de la mano.

Sobre una superficie plana (figura 3) la mano se extiende y se aplana y toma contacto con ella por la eminencia tenar(1), la eminencia hipotenar(2), la cabeza de los metacarpianos(3) y la cara palmar de las falanges.

figura 6

Cuando es preciso coger un objeto voluminoso, la mano se ahueca y se forman unos arcos orientados en tres direcciones, formando una bóveda, un canal de concavidad anterior, cuyas orillas están limitados por tres puntos: el pulgar, el índice y el meñique.

La dirección oblícua de este canal palmar viene trazada en la mano por la parte media del pliegue de oposición del pulgar (la línea de la vida). Es también la dirección que toma un objeto cilíndrico al ser cogido con toda la mano como por ejemplo el mango de un instrumento.

Cuando se separan los dedos el eje de cada uno de ellos viene a converger hacia la base de la eminencia tenar (figura 4), en un punto que corresponde más o menos al turbérculo escafoides. Cuando de modo voluntario se aproximan los dedos unos a otros, los ejes de los dedos no están paralelos, sino que convergen en un punto lejano , situado mucho más allá del final de la mano. Esto se debe a que los dedos no son cilíndricos, sino de calibre decreciente desde la base hasta la punta.

figura 12

Cuando cerramos el puño con las articulaciones interfalángicas distales extendidas (figura 5), los ejes de las dos últimas falanges de los cuatro dedos últimos y el eje del pulgar convergen en un punto situado en la parte baja del canal del pulso. Se puede observar que el eje longitudinal es el del índice, mientras que los ejes de los tres últimos dedos son tanto más oblicuos cuanto más se alejan del índice. El interés de este hecho está en que se permite a los dedos más internos oponerse al pulgar así como también al índice.

figura 13

III.Las articulaciones metacarpofalángicas

Las articulaciones metacarpofalángicas son de tipo condíleo (figura 6).

figura 24

Su libertad de movimiento se realiza en dos sentidos:

- flexión-extensión en torno al eje YY' transversal.

- inclinación lateral en torno al eje XX' anteroposterior.

La cabeza del metacarpiano posee una superficie articular A, convexa en ambos sentidos y de mayor extensión y anchura por delante que por detrás.

La base de la primera falange esta excavada por una superficie B, cóncava en ambos sentidos , de superficie mucho menor que la cabeza del metacarpiano. Está prolongada por delante por una superficie de ayuda: el fibrocartílago glenoideo(2), que es una lengüeta fibrosa de tamaño reducido inserta en el borde anterior de la base de la falange, con una pequeña incisura que le sirve de charnela.

A cada lado de la articulación se extienden dos tipos de ligamentos:

- un ligamento metacarpoglenoideo que regula los movimientos del fibrocartílago glenoideo.

- un ligamento lateral, mostrado en la figura en un corte(1). Los dos ligamentos laterales mantienen las superficies articulares en contacto y limitan sus movimientos.

En la extensión la presencia de los ligamentos laterales permite los movimientos de lateralidad, uno se tensa mientras que el otro se distiende.

La estabilización de la articulación metacarpofalángica se asegura pues en la flexión por los ligamentos laterales y en la extensión por los músculos interóseos.

Aparato fibroso de las articulaciones metacarpofalángicas

Los ligamentos laterales de la metacarpofalángica se integran en un aparato fibroso más complejo que suspende y centra los tendones extensores y flexores. Así se tienen los siguientes tendones (figura 7):

- extensor común(1).

- los flexores, el profundo(2) y el superficial(3), se introducen en la polea metacarpiana(4).

- la cápsula articular(5) reforzada por: el ligamento lateral(6) y el ligamento transverso intermetacarpiano(7).

figura 33

Los tendones extensores comunes que convergen en la cara dorsal de la muñeca están altamente solicitados hacia dentro del lado cubital a causa del ángulo de tracción o separación formado entre el metacarpiano y la primera falange, más importante para el meñique y el anular que para el índice y el medio.

Amplitud de los movimientos de las articulaciones metacarpofalángicas

La amplitud de la flexión es casi de 90°. La flexión aislada de un dedo esta limitada (figura 8).

figura 39

La amplitud de la extensión activa es variable según los individuos: puede alcanzar de 30° a 40 (figura 9). La extensión pasiva puede alcanzar casi 90° en algunos individuos (figura 10).

figura 40

figura 40 y 41

De todos los dedos, salvo el pulgar el índice es el que posee la mayor amplitud de movimiento en el sentido lateral(30°), y como es fácil moverlo aisladamente se puede hablar de abducción y aducción. A este privilegio de movilidad debe el dedo índice su nombre.

Combinando en grados diversos los movimientos de abducción-aducción y de extensión-flexión (figura 11), el índice puede ejecutar movimientos de circunducción. Estos movimientos quedan limitados al interior del cono de circunducción definido por su base (ACBD) y su vértice (Articulación matecarpofalángica). Este cono está aplanado transversalmente por el hecho de la mayor amplitud de los movimientos de flexión-extensión. Su eje (flecha blanca) representa la posición de equilibrio de la articulación metacarpofalángica del índice.

figura 43

Articulaciones interfalángicas

Las articulaciones interfalángicas son del tipo troclear, es decir, poseen un solo grado de libertad. La cabeza de la falange (figura 12) presenta forma de polea y posee un sólo grado de libertad, alrededor del eje XX'.

figura 44

Cabe destacar que, aún más que en el caso de las articulaciones metacarpofalángicas, los ligamentos laterales están tensos en la flexión. La polea falángica se ensancha notoriamente por delante, lo que aumenta la tensión de los ligamentos y proporciona un apoyo más amplio a la base de la falange distal. Los movimientos de lateralidad son nulos en la flexión.

La amplitud de la flexión en las articulaciones interfalángicas proximales sobre pasa los 90°. Como en el caso de las metacarpofalángicas, esta amplitud de flexión aumenta del segundo al quinto dedo, para alcanzar 135° a nivel del meñique.

La amplitud de flexión en las articulaciones interfalángicas distales es ligeramente inferior a 90°. Como en las precedentes, esta amplitud aumenta del segundo al quinto dedos, para alcanzar 90° a nivel del meñique.

La amplitud de la extensión activa en las articulaciones interfalángicas es nula en las articulaciones proximales y nulo o muy débil en las articulaciones distales.

Por lo que se refiere a la extensión pasiva es nula a nivel de la interfalángica proximal, pero bastante acentuada (30°) en la interfalángica distal.

Las articulaciones interfalángicas, como ya se ha dicho, poseen un único grado de libertad, no existen a su nivel movimientos de lateralidad activos. Si bien existen algunos movimientos pasivos de lateralidad para la interfalángica distal (figura 13), la interfalángica proximal es, por el contrario, notoriamente estable lateralmente, lo que explica el trastorno que conlleva la ruptura de un ligamento lateral a su nivel.

figura 53

IV. El pulgar

El pulgar ocupa una posición y una función aparte en la mano ya que es indispensable para las pinzas pulgar-digitales con cada uno de los otros tres dedos, en particular el índice, y también en la constitución de una toma de fuerza con los otros cuatro dedos. Sin el pulgar la mano pierde la mayor parte de sus posibilidades.

El pulgar debe esta función tan importante, por una parte a su situación por delante de la palma y de los otros dedos que le permite, en el movimiento de oposición, ir al encuentro de los otros dedos, en forma aislada o global, o separarse por el movimiento de contra-oposición para relajar la toma o sujeción. Por otra parte, su función la debe a su gran flexibilidad funcional en razón de la organización muy particular de su columna osteoarticular y de sus motores musculares.

La columna osteoarticular del pulgar (figura 14) comprende cinco piezas que constituyen el rayo externo de la mano:

- el escafoides(S),

- el trapecio(T), que se puede considerar como equivalente a un metacarpiano,

- el primer metacarpiano(M1),

- la primera falange(P1),

- la segunda falange(P2).

figura 105

EL pulgar no tiene más que dos falanges. Su columna es, pues, más corta y su extremidad no alcanza más que la parte media de la primera falange del dedo índice. Esta es su longitud óptima puesto que:

- más corto pierde sus posibilidades de oposición por insuficiencia de separación e insuficiencia de flexión global;

- más largo, entonces la oposición fina puede estar perturbada por la insuficiencia de flexión de la interfalángica distal del dedo con el cual se opone.

Esto ilustra el principio de economía universal, según el cual toda función está asegurada por el mínimo de estructura y de organización: para una función óptima del pulgar son necesarias y suficientes cinco piezas.

Las articulaciones de la columna del pulgar son cuatro:

- La del escafoides con el trapecio.

- La trapeciometacarpiana dotada de dos grados de libertad.

- La metacarpofalángica, que tiene dos grados de libertad.

- La interfalángica que sólo posee un grado de libertad.

En total se tienen cinco grados de libertad que permiten realizar la operación de oposición del pulgar.

La oposición del pulgar

Desde un punto de vista geométrico (figura 15), la oposición del pulgar consiste en que un punto dado A', el pulpejo del pulgar sea tangente sobre el pulpejo de otro dedo, el índice por ejemplo, en un punto A, es decir, hacer coincidir en el espacio en un solo punto A+A' los plano de los pulpejos tangentes a A y A'.

figuras 106 y 107

Para hacer coincidir dos puntos en el espacio (figura 16) es preciso utilizar tres grados de libertad, según las coordenadas x, y, z. Se requieren además otros dos grados de libertad para hacer coincidir los planos de los pulpejos por rotación alrededor de los ejes t y u (los pulpejos no pueden girar en torno al eje y).

En conjunto, la coincidencia de los planos de los pulpejos necesita cinco grados de libertad:

- tres para la coincidencia de los puntos de contacto,

- dos para la coincidencia más o menos apretada de los planos de los pulpejos.

Como cada eje de una articulación constituye un grado de libertad que se suma a los otros para contribuir al resultado final, se deduce que los cinco grados de libertad de la columna del pulgar son necesarios y suficientes para realizar la oposición.

Si se considera sólo en el plano (figura 17) el movimiento de los tres segmentos móviles M1, P1 y P2 de la columna del pulgar alrededor de los ejes YY', f1 y f2, se comprueba que son necesarios dos grados para colocar la extremidad de P2 en un punto H del plano: si se bloque f1 o f2, no hay más que una sola manera de alcanzar H.

figuras 110 108 109

La introducción de un tercer grado de libertad permite alcanzar H bajo incidencias muy variadas.

En el espacio (figura 18) la adición de un cuarto grado de libertad, alrededor del eje XX' de la trapeciometacarpiana, da una orientación adicional del pulpejo. La cual permite elegir la oposición con un dedo determinado, desde el índice al meñique.

Un quinto grado de libertad (figura 19) aportado por el segundo eje de la metacarpofalángica mejora la coincidencia de los planos de los pulpejos permitiendo una rotación limitada de una plano sobre otro alrededor de un punto de tangencia.

Desde el punto de vista mecánico, la oposición del pulgar es un movimiento que asocia, en diversos grados, tres componentes: la anteposición, la flexión y la pronación de la columna osteoarticular del pulgar.

La anteposición o proyección (figura 20) es el movimiento que lleva el pulgar por delante del plano de la palma. Se efectúa a nivel de la trapeciometacarpiana y en la metacarpofalángica.

figura 201

La flexión (figura 21) desplaza toda la columna hacia dentro. Participan tres articulaciones del pulgar: la trapeciometacarpiana, la metacarpofalángica y la interfalángica.

figura 202

La pronación (figura 22) componente esencial de la oposición del pulgar, gracias a la cual los pulpejos pueden aplicarse uno contra otro, como puede definirse como el cambio de actitud de la última falange del pulgar que mira en diferentes direcciones según su grado de rotación sobre su eje longitudinal. Esta rotación proviene esencialmente de la trapeciometacarpiana, la cual se comporta como una junta cardan o universal. Por tanto, una prótesis de dos ejes de la trapeciometacarpiana realizada según esta junta desempeña perfectamente su función y permite una oposición normal.

figura 203

La oposición indispensable para coger los objetos no sería nada sin la contraoposición que permite el aflojamiento o preparar la mano para la presa de objetos voluminosos. Este movimiento (figura 23) se define por tres componentes a partir de la oposición:

- Extensión.

- Retroposición.

- Supinación de la columna del pulgar.

figura 209

V. Los modos de prensión

Toda la compleja organización anatómica y funcional de la mano concurre en la prensión, sin embargo, no existe un solo tipo de prensión, sino muy numerosos tipos que se distribuyen en tres grandes grupos, las presas propiamente dichas, las presas con gravedad y las presas con acción. Esta división no resume todas las posibilidades de acción de la mano: además, la prensión es capaz de percusiones, de contacto y de expresión de gestos.

Las presas propiamente dichas se clasifican en tres grupos: las presas digitales, las presas palmares y las presas centradas. Todas tienen en común que no necesitan de la participación de la gravedad.

Presas digitales

Se dividen a su vez en dos grupos: las presas bidigitales y las presas pluridigitales.

Las presas bidigitales es el amarre pulgar-digital, normalmente pulgar-índice. De entre este grupo se pueden destacar la presa por oposición terminal o termino pulpejo que es la más fina y precisa. Permite coger objetos pequeños como por ejemplo una aguja. En este tipo de presa el índice o el dedo medio se oponen por la extremidad del pulpejo o incluso por el canto de la uña al pulgar. Para este tipo de presa se necesita un pulpejo elástico y bien apoyado por la uña, que es imprescindible para este tipo de prensión.

Otra forma de presión dentro de las presas bidigitales la constituye la prensión por oposición subterminal o del pulpejo, que permite coger objetos pocos gruesos como un lápiz o una hoja. La potencia de este tipo de prensión se demuestra cuando se intenta arrancar una hoja apretada por el índice y el pulgar.

Un modo de presión similar al anterior es la prensión por oposición subterminal o pulpejo-lateral, que es caso de coger una moneda (figura 24).

figura 214

De entre las presas bidigitales existe una que no es por oposición digital-pulgar, ésta es la prensión interdigital laterolateral, que permite por ejemplo sostener un cigarrillo. Normalmente este tipo de prensión se da entre el dedo índice y el medio, sin que intervenga el pulgar. Esta prensión es débil y poco precisa.

El otro tipo de presa digital, lo constituyen las presas pluridigitales en las cuales se hacen intervenir dos, tres o incluso cuatro dedos. Permiten una sujeción mucho más firme que la bidigital pero también menos precisa.

De entre las presas pluridigitales destacan por ser la más frecuente la presa tridigital donde intervienen el pulgar, el índice y el medio. Esta forma de presa de presa se utiliza para, por ejemplo, coger una pequeña bola, de forma que el pulgar opone su pulpejo a los pulpejos del índice y del medio.

Desenroscar un frasco es una presa tridigital, lateral para el pulgar y la segunda falange del medio que se oponen directamente y presa del pulpejo para el índice bloqueando el objeto. Si el tapón no está demasiado apretado, entonces la presa puede ser bidigital, es decir, usando sólo dos dedos.

Otro tipo de presas pluridigitales son las presas tetradigitales que se utilizan para coger un objeto grueso firmemente. Por ejemplo cuando se coge un objeto esférico, la forma en que el violinista sostienen su arco, en el desenroscado de una tapadera, en el que se rodea la tapadera por los cuatro dedos, imprimiendo un movimiento en espiral.

En las presas pentadigitales se utilizan todos los dedos de la mano, con el pulgar oponiéndose de forma variada al resto de dedos. Este modo de prensión se da cuando se cogen grandes objetos como por ejemplo objetos gruesos semiesféricos como un tazón.

Presas palmares

Las presas palmares hacen intervenir además de los dedos la palma de la mano. Si se utiliza el pulgar entonces se denominan prensión palmar a plena mano o a plena palma. Este tipo de prensión se usa para coger objetos pesados y relativamente voluminosos. Se da por ejemplo cuando se coge el mangos de herramientas. El volumen del objeto cogido determina la fuerza de prensión. Si el pulgar entra en contacto con el índice, entonces la fuerza es máxima, ya que el pulgar es el único que se opone a la fuerza ejercida por el resto de dedos y su eficacia aumenta cuanto más flexionado esté. El diámetro de los mangos de las herramientas se diseñan teniendo en cuanta este factor.

Las presas palmares en las que no interviene el pulgar se denominan prensión digitopalmar. En esta prensión la palma se opone a los cuatro últimos dedos. Se usa este modo de prensión cuando se acciona una palanca o se sostiene un volante. Como el diámetro del objeto es bastante pequeño se coge entre los dedos flexionados y la palma sin que intervenga el pulgar. Es un modo de presa poco firme y el objeto puede escapar fácilmente.

Existen otros tipos de presas palmares como la presa palmar cilíndrica (Para objetos de diámetro importante, la presa es poco firme), la presa palmar esférica (Puede hacer intervenir a cuatro o cinco dedos) y la presa palmar esférica pentadigital (Todos los dedos están en contacto con el objeto por su cara palmar).

Presas centradas

Las presas centradas permiten una simetría alrededor de un eje longitudinal, que en general coincide con el eje del antebrazo. Este tipo de prensión es el que se usa para coger el tenedor, para la sujeción de atornillador. En general, son objetos alargados que se cogen firmemente con la palma de la mano y se hace intervenir el pulgar y los tres últimos dedos, esto es todos menos el meñique.

Existen otro tipo de presas que necesitan la ayuda de la gravedad, de forma que la mano sirve de soporte cuando por ejemplo sostiene una bandeja. Gracias a la gravedad la mano puede comportarse como un cuenco para contener algo en el hueco de la palma de la mano. El pulgar es muy importante en esta acción ya que cierra el canal palmar por fuera.

La presa de una taza por tres dedos (figura 25) utiliza la gravedad ya que su circunferencia se coge entre dos topes formados por el pulgar y el medio, y un gancho constituido por el índice.

figura 242

Presas más acción

Los modos de prensión vistos hasta ahora son estáticos, sin embargo la mano puede realizar otro de tipo de prensión de forma que realiza una acción al mismo tiempo que coge, es lo que se denomina presas más acción.

En este caso, el objeto mantenido por una parte de la mano sufre la acción procedente de otra parte. Se da por ejemplo en la acción de encender un mechero, la acción de cortar con tijeras... Existen infinitos ejemplos de este tipo de presas-acción en las que la mano actúa sobre si misma.

Las percusiones

La mano del hombre no sólo se utiliza para la prensión, puede ser utilizada también como instrumento de percusión. En esta forma de utilización de la mano cada dedo se comporta como un pequeño martillo que golpea un determinado objeto, como por ejemplo una tecla a la hora de escribir a máquina. La dificultad reside en aprender a usar los dedos de forma independiente entre sí y también de las manos entre sí. Esto requiere un aprendizaje cerebral y muscular y entrenamiento.

VI. Manos ficciones

Las manos ficciones no son simplemente un ejercicio de imaginación, sino que permiten comprender mejor lo ideal que es la estructura de la mano del hombre.

Las manos asimétricas derivan de la mano normal por reducción o aumento del número de dedos o por inversión de la simetría. El aumento de número de dedos después del meñique sobre el borde cubital de la mano, aumentaría la firmeza de las presas con toda la palma, pero sin embargo la complejidad funcional necesaria sería demasiado grande.

La reducción del número de dedos a cuatro o a tres hace que la mano pierde posibilidades. Una mano sin pulgar únicamente es capaz de agarrarse a los objetos.

La mano de tres dedos (figura 26) conserva las presas tridigitales y bidigitales que son las más utilizadas y precisas, pero pierde la prensión palmar.

figura 261

La mano de dos dedos, pulgar e índice, puede realizar un gancho con el índice y una pinza digital para las presas finas, pero le son imposibles las presas tridigitales y las presas con toda la palma.

La mano de simetría inversa, es decir, una mano con cinco dedos, pero con un pulgar cubital. Entonces se debería modificar todo la estructura de la mano sin que se obtuviera ninguna ventaja funcional evidente.

Las manos simétricas tendrían dos pulgares, uno radial y otro cubital, entre los que se podrían situar uno, dos o tres dedos. Podría realizar dos pinzas pulgar-digital. Sin embargo la simetría de la mano haría que al coger el mango de una herramienta, su eje estuviera perpendicular al eje del antebrazo, pero la oblicuidad del mango combinada con la pronosupinación permite orientar al objeto.

Además una mano con dos pulgares no tendría pronosupinación.

VII. Modelo biomecánico

La complejidad de la función y anatomía de la mano humana ha sido reconocida desde siempre. Desde el punto de vista de la biomecánica, la mano humana se puede considerar como un sistema de varillas de segmentos óseos intercalados. Las articulaciones entre cada falange se componen de ligamentos, tendones y músculos. Con la contracción de los músculos, estas articulaciones se pueden mover de una forma contraída característica por la interposición de tejidos flexibles y articulaciones óseas. En la mano, la mayoría de los tendones alcanzan una articulación y siguen su curso por una o más articulaciones, así se forma un sistema biarticular o poliarticular.

La anatomía funcional de las relaciones espaciales entre los tendones y los músculos y sus correspondientes articulaciones se han estudiado de forma extensa.

Para establecer un modelo matemático de trabajo adecuado, se toman seis sistemas cartesianos de referencia (figura 27). Estos sistemas se usan para definir la posición y orientación de los tendones y también se pueden utilizar para describir la configuración de las articulaciones. Hay dos sistemas de coordenadas para tanto la falange media como para la falange proximal y un único sistema para la falange distal y metacarpiano.

figura 1-2

Los sistemas primarios (Sistemas 2,4 y 6) se localizan aproximadamente en el centro de rotación de las cabezas metacarpiana y de las falanges y los sistemas secundarios son una traslación de los sistemas proximales hacia los centros de las superficies articulares cóncavas. El eje x se proyecta a lo largo del eje de las falanges y del metacarpiano, pasando desde el centro de rotación al centro de la superficie cóncava articular en el extremo proximal. El eje y se proyecta dorsalmente, y el eje z se proyecta hacia el cuerpo formando los tres ejes un triedro de referencia.

Con la ayuda de estos sistemas de referencia se puede determinar y medir la localización de los tendones en el espacio tridimensional. En cada articulación, el tendón se representa por una línea recta que une dos puntos uno en el lado distal de la articulación y el otro en el lado proximal de la misma. La localización tridimensional de estos dos puntos en cada tendón se expresan en función de los sistemas de referencia distal y proximal.

Las coordenadas de estos puntos que definen el tendón varían de una persona a otra. Para hallar una posición media se usan dos parámetros, la fuerza potencial y el momento potencial. La fuerza potencial se expresa en términos del coseno del ángulo que forma el tendón con respecto al sistema distal, y el momento potencial que da la fuerza potencial específica el momento con respecto al centro de la articulación en cada una de las direcciones del sistema distal. La fuerza potencial proporciona la contribución de un tendón particular en la generación de las fuerzas de contracción en la articulación, y el momento potencial da el momento sobre las tres direcciones de cada tendón en la rotación de la articulación. Las coordenadas de dos puntos de cada tendón se pueden conocer con los valores medios de fuerza y momento potencial que cada persona tenga. De esta forma se consigue tener la posición media de los tendones usando la fuerza y momento potencial y no usando la media de las coordenadas de cada persona, con lo que se minimizan los errores.

Cada par de puntos se expresa con respecto a los sistemas de referencia distal y proximal de cada articulación. Se supone que los tendones se contraen permaneciendo constante con respecto los sistemas de coordenadas distal y proximal (figura 28).

figura 1-3

XD, YD, ZD son las coordenadas de un punto del tendón respecto al sistema distal.

Xp, Yp, Zp son las coordenadas de un punto del tendón con respecto al sistema proximal.

Xo, Yo, Zo son los coordenadas del origen del sistema proximal expresada en el sistema distal.

A su vez el sistema proximal se puede relacionar con el sistema distal mediante una rotación y una translación. La rotación queda definida mediante los ángulos de Euler clásicos. Estos ángulos corresponden a la fexión-extensión ( ð), desviación radio-cúbito (ð ) y la rotación axial (ð ) (figura 29).

figura 1-4

La distancia entre los orígenes de los diferentes sistemas de referencia se tiene en la figura 30. Estos resultados se han obtenido aplicando el concepto de fuerza potencial y momento potencial. En la figura se tienen además de las medidas normalizadas con respecto a la distancia O2 y O3, que se corresponden con los sistemas de referencia de las articulaciones distal y proximal, las desviaciones estándar de dichas medidas.

figura 1-6

Las coordenadas de los dos puntos (distal y proximal) que definen cada uno de los tendones referenciados respectivamente al sistema distal y al sistema proximal se tienen en las siguientes tablas para cada una de las articulaciones en cada uno de los dedos.

Para el dedo pulgar:

Table 1-2a

Para el dedo índice:

Table 1-2b

Para el dedo medio:

table 1-2c

Para el dedo anular:

Table 1-2d

Para el dedo meñique:

table 1-2e

La siguiente tabla muestra las abreviaturas usadas para cada uno de los músculos:

Table1-1

figure 3-1

VIII. Modelo matemático

Con este modelo de referencia que hemos definido, se puede establecer un modelo matemático de la mano.

De acuerdo a las funciones fisiológicas de los dedos y del pulgar, se pueden suponer diferentes tipos de articulaciones mecánicas para las articulaciones de los dedos.

Se diferencia entre el dedo pulgar y el resto de dedos ya que el dedo pulgar realiza una función aparte en la mano, ya que es indispensable para las pinzas pulgar digitales con cada uno de los otros dedos.

Así tenemos la siguiente tabla para cada una de las articulaciones, con sus grados de libertad y los momentos y fuerzas desconocidos referidos a los sistemas de referencia definidos anteriormente:

table 3-1

Hay que definir, también que tendones contribuyen a las funciones isométricas de la mano. Para cada articulación tenemos:

table 3-2

Para el análisis del sistema establecido, se supone que las fuerzas que los tendones llevan a cada una de sus correspondientes articulaciones son paralelas a los mismos. De ahí que se haya tenido que definir con tanta precisión la localización y orientación de cada tendón con respecto a cada articulación.

Las cargas externas se suponen concentradas en una fuerza ejercida en la punta del dedo o aplicada en el punto medio de cada falange dependiendo del modo de prensión que esté realizando la mano (figura 31).

figura 3-4

Las ecuaciones de equilibrio para las articulaciones de un dedo cualquiera cuando la mano está sometido a una acción isométrica se pueden escribir de la siguiente forma:

La mano del hombre

La mano del hombre

Donde:

Ti= Vector fuerza en el tendón.

ei= Vector unitario en la dirección de Ti.

F= Vector fuerza de contracción de la articulación.

Aj= Fuerzas externas.

ej= Vector unitario en la dirección de Aj.

ri= Vector de posición de Ti.

M= Vector de momentos de contracción.

Sj= Vector de posición de Aj.

Basándose en la estructura anatómica y las limitaciones fisiológicas, se introducen las siguientes condiciones:

i=1,2,..s La mano del hombre

donde dij es el coeficiente de coacción, n es el número de fuerzas en los tendones que tiene relaciones de coacción y s es el número de coacciones que se han supuesto.

En segundo lugar, la máxima fuerza que puede realizar un músculo está limitado por razones fisiológicas. Este límite es proporcional a la sección transversal de cada músculo.

A partir de los datos anatómicos disponibles se establecen las siguientes restricciones para cada uno de los dedos.

Dedo índice:

TE=RB+UB

RB=0.667*LU+0.167*LE

UB=0.333*UI+0.167*LE

ES=0.333*LU+0.167*LE+0.333*UI+0.333*RI

Dedo corazón:

TE=RB+UB

RB=0.133*RI+0.167*LE+0.667*LU

UB=0.313*UI+0.167*LE

ES=0.133*RI+0.313*UI+0.167*LE+0.333*LU

Dedo anular:

TE=RB+UB

RB=0.333*RI+0.167*LE+0.667*LU

UB=0.200*UI+0.167*LE

ES=0.333*RI+0.200*UI+0.167*LE+0.333*LU

Dedo meñique:

TE=RB+UB

RB=0.317*RI+0.167*LE+0.667*LU

UB=0.100*UI+0.167*LE

ES=0.317*RI+0.100*UI+0.167*LE+0.333*LU

Ecuaciones similares se pueden tomar para el dedo pulgar.

Cuando se realiza un análisis para todas las articulaciones de los dedos, se tienen un total de 18 ecuaciones de equilibrio. Además se incluyen 4 grupo de ecuaciones como las anteriores. En total el número de variables desconocidas para los dedos definidas en las tablas 1 y 2 es de 24. Lo cual excede el número de ecuaciones disponibles (en total 22), haciendo que el problema quede indeterminado. Por ello se deben usar métodos especiales de resolución.

Métodos de solución

El primer método que se puede usar, se basa en el principio de reducción (método de permutación-combinación). Con las variables redundantes sistemáticamente designadas por las fuerzas conocidas, el sistema llega a estar estáticamente determinado. Cada uno de los problemas reducidos y determinados se resuelve de forma unívoca, haciendo que la matriz de coeficientes sea no singular. Además, aquellas soluciones que no satisfacen las restricciones se declaran inadmisibles y son consecuentemente eliminadas.

Un método alternativo al anterior se basa en los principios de la optimización. De forma breve este método se puede describir como:

J=f(x1,x2,..,xn)

Sujeta a las restricciones gj(x1,x2,..,xn)=0 j=1,2,..,m

y bi<=xi<=ai i=1,2,..,n donde bi>=0

Cuando la función a optimizar J y todas las restricciones son lineales, se pueden utilizar técnicas lineales para su resolución. Sin embargo, cuando la función J es no lineal, se deben utilizar otros algoritmos de optimización.

IX. Aplicación del modelo

Aplicando el sistema descrito al dedo índice en diferentes funciones estáticas se obtienen los siguientes resultados. Entre las funciones que se han aplicado se encuentran la presa por oposición terminal o termino pulpejo (Tip pinch), presa palmar cilíndrica (Grasp), abducción, aducción, flexión... Antes de simular es necesario definir la orientación de las articulaciones y las fuerzas externas que se aplican en cada caso.

Las orientaciones de las articulaciones distal, proximal y metacarpiana para el dedo índice en diferentes casos se dan en la siguiente tabla:

tabla 3-3

Del mismo se deben suponer las fuerzas externas que aplican en cada caso. Para las fuerzas es necesario tanto estimar la magnitud como la dirección y el punto de aplicación. Como ya se dijo anteriormente el punto de aplicación es normalmente la punta del dedo o el punto medio de cada falange. La siguiente tabla muestra estos datos:

table 3-4

El máximo valor de las fuerzas aplicadas se toma como valor de referencia y se normalizan el resto de fuerzas con respecto a este valor. De esta forma todos los resultados se presentan en por unidad.

Mediante la simulación se obtiene múltiples soluciones posibles. Los rangos de estas soluciones para las fuerzas en los músculos, para la fuerzas y momentos en la articulación se dan en las siguientes tablas:

table 3-6

table 3-7

table 3-8

Las múltiples soluciones posibles reflejan el hecho de que no hay una solución única para un problema redundante siempre que las fuerzas aplicadas al sistema anatómico estén por debajo de su límite fisiológico. Bajo tal circunstancia, todos los músculos pueden contribuir variando la magnitud de la fuerza que ejercen para minimizar la fatiga y sin embargo mantenerse constante la energía desarrollada por el conjunto. Es posible que exista un número de patrones de distribución de fuerzas con mayor preferencia, pero es difícil que una única colección de músculos sea el responsable de proporcionar la fuerza necesaria, ya que el sistema muscular tiene una gran variedad de opciones para proporcionar esta fuerza, sobretodo trabajando en condiciones de resistencia isométrica durante un período prolongado de tiempo. Este fenómeno ha sido observado mediante la evaluación electromiográfica (EMG) de los músculos bajo cargas normales. Mediante esta evaluación se pudo comprobar que las señales que enviaban ciertos músculos eran altamente variables.

Desde este punto de vista todas las soluciones encontradas mediante la simulación, incluso otras son aceptables. Esta hipótesis ayuda a explicar por qué reducciones de la fuerza muscular debido a deficiencias neurológicas producirían generalmente pequeños efectos sobre las funciones de menor potencia del sistema de articulaciones.

El flexor profundo y el superficial tienen altos valores de fuerza cuando se les compara con otros músculos en la mayoría de los casos.

Los músculos intrínsecos producen mayores fuerzas durante las presas digitales que durante las presas palmares debido a que durante las presas digitales es necesario la estabilización de la articulación metacarpiana.

Los resultados obtenidos tienen una gran importancia desde el punto de vista médico, a la hora de realizar tratamientos de inestabilidad de las articulaciones de la mano y comprender las deformaciones de las articulaciones.

Estos resultados como se ha dicho anteriormente han sido obtenidos mediante la simulación de modelo matemático descrito anteriormente, y se encuentran expresados de forma adimensional. Con información adicional obtenida de medidas de tensión, de fuerzas en las articulaciones y tendones, los valores adimensionales se pueden convertir en valores reales con unidades. Estos valores vienen dados en las siguientes tablas:

table 3-9

table 3-10

Las únicas medidas que se tienen de fuerzas en los tendones en vivo bajo condiciones isométricas fueron realizadas por Briht y Urbaniak sobre un número muy limitado de sujetos con anestesia local durante procedimientos de túnel carpiano. Los resultados que obtuvieron son: la tensión del tendón flexor se encuentra en un rango de 2.5-12.5 kg para FP y 1.0-7.5 kg para FS en la presa bidigital. En la presa palmar, las fuerzas en el tendón bajan a valores comprendidos en el rango de 4.0-20.0 kg y 1.25-15.0 kg para FP y FS respectivamente. Estos valores son relativamente más bajos que los obtenidos mediante el modelo teórico. Tales discrepancias se debe a la denervadura del nervio mediano durante el procedimiento de túnel carpiano ya que se desactivan parcialmente los músculos tenares, lo cual debilita significativamente la presa digital y palmar.

Los resultados indican que la configuración de las articulaciones, la estructura anatómica de los músculos y la forma de aplicar las cargas externas son los principales factores de la distribución interna de las fuerzas. Aunque los resultados presentados están basados únicamente en el dedo índice, se pueden obtener resultados similares para los otros dedos incluido el pulgar sin más que usar el modelo descrito.

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