CURS BIOMECANICA CDL

INCLUDEPICTURE "http://www.patologievertebrala.ro/resource/images/structuri%20ligamentare.jpg" \* MERGEFORMATINET

Coloana vertebral formeaz organul axial al corpului uman, o structur heterogen complex rezultat din succesiunea alternant a 33-35 de uniti rigide -vertebrele- cu 23 uniti deforma bile -discurile intervertebrale. Astfel, ia natere o coloan care combin rezistena cu flexibilitatea, permind o protecie maxim a mduvei spinrii n condiiile unei restricii minime a mobilitii. Ca o adaptare la poziia de ostostatism, coloana vertebral prezint curburi care i cresc de zece ori rezistena n comparaie cu o coloan rectilinie, permit absorbia ocurilor n timpul locomoiei i i faciliteaz mobilitatea n direcii prefereniale. Se poate considera c n structura coloanei vertebrale functioneaz dou subansamble: coloana corpurilor vertebrale i a discurilor intervertebrale, situat anterior, cu rol de suport pasiv.

coloana arcurilor vertebrale,situat posterior, cu rol de suport pentru musculatura activ paraspinal.La jonciunea celor dou coloane ia natere canalul vertebral cu rol de protecie a mduvei i a nveliului ei.

Particulariti ale coloanei corpurilor vertebrale i discurilor intervertebrale

a. exist o geometrie individualizat a fiecrei vertebre dictat de poziia pe care o ocup n ir. Corpul vertebrei cumuleaz masa osoas prin creterea progresiv a dimensiunilor lui dinspre cranial spre caudal. Aceast mas osoas este reprezentat prin 35 % cortical i 65 % os spongios, ceea ce i asigur rezistena mecanic necesar la : - compresiunea static dat de greutatea segmentelor corporale supraiacente (extremitatea cefalic 3,7% din greutatea corpului, membrele superioare 17,7 %, trunchi 37,6 %) i

- compresiunea dinamic a musculaturii de echilibrare. Conform legii lui Wolff trabeculele esutului spongios din structura corpului se orienteaz pe traiectoriile liniilor de efort principale, n patru sisteme: vertical, orizontal i dou oblice, ultimele realiznd intersecia din 1/3 posterioar a corpului vertebrei. Acest model arhitectonic determin o rezisten mecanic neuniform, crescut n faa canalului vertebral (zidul posterior de protecie) i vulnerabil anterior unde apar fracturile prin compresiune (tasare) b. corpurile vertebrale sunt legate syncondrotic ntre ele prin intermediul discului intervertebral i a ligamentelor longitudinal anterior (ancorat pe corpurile vertebrale) i longitudinal posterior (ancorat pe discuri), cu care formeaz o unitate funcional de tip simfiz intervertebral.

c. discurile intervertebrale reprezint sistemul de amortizare elastic a coloanei vertebrale. Ele contribuie cu 25 % la nlimea rahisului, fiind mai nalte n regiunea cervical i lombar, unde au un profil sagital conic, cu baza anterioar i mai puin nalte n regiunea toracal unde profilul se inverseaz.Discurile sunt structurate din:

inelul fibros (anulus fibrosus), compus din lame de fibre de colagen concentrice groase de1mm, aezate spiral i antispiral, cu un unghi de oblicitate de 60 ntre dou lame succesive, ancorate puternic de plcile terminale ale discului intervertebral.

Dei fibrele de colagen I din lamele externe i fibrele de colagen II din lamele interne sunt inextensibile, modificarea oblicitii lor, sub aciunea solicitrilor mecanice, creaz un comportament elastic al discului care, pentru o variaie de 1 a unghiului interlamelar, i modific diametrul cu 0,4mm (Horton). Inelul este mai gros anterior, unde este format din 15-20 lame prenucleare, fa de 7-10 lame situate posterior i aceast structur inegal explic tendina nucleului de a hernia posterior, spre canalul vertebral. nucleul pulpos (nucleus pulposus), o mas sferoidal de esut gelatinos (care atinge 15-20mm diametru n regiunea lombar) situat ntr-o cavitate perinuclear, ncarcerat mai aproape de marginea posterioar a inelului fibros. Nucleul este format din celule de tip condrocitar ntr-o reea de proteoglicani, care absorb o mare cantitate de ap (69% din greutatea nucleului la adult). Prin pompa metabolic celular i datorit bogiei de grupri polare -OH ale condroitin sulfatului, nucleul se mbib i leag apa, determinnd o presiune de hidratare, de 150-250 mmHg (Charnley). Datorit forei osmotice, nucleul nesolicitat comprim, ca un resort, plcile terminale ale discului intervertebral, cu o for de 200 N, de exemplu, pentru discul L3, n decubit dorsal (Nachemson) i tensioneaz lamele inelului, realiznd un sistem precomprimat (Kapandji). Acesta menine n repaus o tensiune ligamentar constant i poziioneaz articulaiile posterioare n echilibru. n condiii de ncrcare axial, sistemul precomprimat acioneaz iniial ca un absorbant de energie, ulterior nucleul urmnd s joace, prin deformare, rolul unui distribuitor al solicitrilor mai curnd dect s transmit activ, ca o bil, ncrcarea de la o vertebr la alta (Markolf, Morris).

Particulariti ale coloanei arcurilor vertebraleColoana arcurilor vertebrale are forma unei bolte agivale, realizat prin suprapunerea metameric a pediculilor i lamelor vertebrale cu cele apte procese vertebrale. Perechile de procese articulare superioare i inferioare realizeaz articulaiile zygapofizare (diartroze planiforme, prevzute cu capsul articular i ligamente situate la distan), solidariznd prin contiguitate elementele acestei coloane. Geometria suprafeelor i structura aparatului fibroelastic al acestor articulaii (ligamentele galbene, supraspinos, interspinos, intertransvers) creaz axe i determin direcia, sensul i amplitudinea micrilor impuse de contracia muchilor paravertebrali sau de solicitrile mecanice externe. Ele sunt transmise prin intermediul pediculilor la coloana anterioar, realiznd echilibrul intrinsec i extrinsec al coloanei vertebrale, necesar n postura i locomoia corpului uman.

Din punct de vedere biomecanic, rahisul funcioneaz ca o coloan flexibil multisegmentat, fixat la baz de suportul pelvin. n plan sagital prezint curburi tipic umane necesare pstrrii ortostatismului, absorbiei ocurilor i creterii rezistenei la ncovoiere. Modelul acestor curburi este derivat de la curbura primar fetal, occipito-coccigian Prezena curburilor vertebrale confer coloanei o rezisten crescnd n funciile ei static i dinamic, demonstrndu-se c rezistena unei coloane care prezint curburi este proportional cu ptratul numrului curburilor plus unu (R=N2+1). (L. dic). Dac lum ca unitate de referin o coloan rectilinie, coloana cu 3 curburi va fi de 10 ori mai rezistent dect aceasta.

Pe de alt parte, studiile lui Dalmas au artat c o colona vertebral cu curburi accentuate corespunde unui tip funcional dinamic, pe cnd o coloana vertebral cu curburi terse, unui funcional static.Dupa Wagenhauser acestea se ncadreaz n patru categorii :

1. spatele normal: verticala cobort prin tragus, intersecteaz coloana cervical la C6, trece anterior de coloana toracal intersectand faa anterioar vertebrei T11, ajunge pe faa posterioar corpului vertebrei L3, se proiecteaz n pelvisul mic, napoia axului articulaiilor oldurilor i cade n aria poligonului de susinere. Aceast vertical reprezint linia de proiecie a centrelor de greutate a segmentelor corpului. Fiind situat anterior de axul transvers de flexie-extensie, oblig coloana vertebral normal la o flexie anterioar permanent.2. spatele rotund este o variant frecvent n care cifoza toracal se extinde inferior la primele vertebre lombare, n detrimentul lordozei lombare. Este considerat o adaptare la realizrile muncilor fizice grele (farmers back spatele de fermier), cu solicitri statice mari i de durat.3. spatele scobit i rotund reprezint varianta mai puin frecvent, n care exist o cifoz mai mare, combinat cu o lordoz lombar accentuat, probabil cu rol de compensare a cifozei toracale.4. spatele plat prezint curburi reduse, cu distana dintre vertical i coloana toracal micorat. Aceast form postural favorizeaz activitile dinamice, iar dupa Staffel este implicat n apariia i evoluia scoliozelor.Appleton a evideniat importana suportului pelvin (pelvic carriage) ca element determinant al poziiei ,,catargului vertebral", n care unghiul lombosacrat (normal 120-140), nclinarea suprafeei superioare a vertebrei S1 fa de orizontal (normal 30) i bascula bazinului, influeneaz diferitele tipuri de postur.

El a artat c se poate vorbi, din acest punct de vedere despre:

un suport pelvin neutru corespunztor spatelui normal, un suport pelvin anteproiectat care determin spatele rotund i un suport pelvin retroproiectat care determin spatele scobit i rotund..Coloana vertebral normal este dreapt n plan frontal, nlndu-se perpendicular pe un suport pelvin orizontal. Curburile evideniate n plan frontal nu sunt att de constante ca i cele din plan sagital. O curbur toracal, cu o convexitate mai accentuat n plan frontal spre dreapta, este cel mai frecvent ntlnit. Ea ar putea fi generat de pulsaiile peretelui aortei, proiectat asimetric pe jumtatea stng a coloanei toracale, sau de predominana folosirii membrului superior drept.Introducerea noiunii de ,,segment de micare" n 1950 de ctre Junghans, a permis o abordare mai funcional a structurii complexe a coloanei vertebrale i o mai bun nelegere a patologiei acesteia. Un astfel de segment este format din:

discul intervertebral cu ligamentele longitudinale, articulaiile zygapofizare cu ligamentele la distan aferente, metamerul medular, cu perechea de nervi spinali ce trece prin orificiile intervertebrale, spaiul dintre procesele spinoase i transverse. Noiunea de segment de micare este mbuntit de Schmorl, Schenk, Roaf, care adaug:

structurile vertebro-costale, structurile musculare i structurile vasculo-nervoase, care deservesc segmentul respectiv. Acesta devine ,,segment motor", independent din punct de vedere anatomic i funcional, cu particulariti i patologie proprii. Cu excepia vertebrelor C2 i S1, fiecare vertebr deservete dou segmente motorii succesive, reconstituind unitatea coloanei vertebrale ca organ axial prin suprapunere de 23 de ori .

n cadrul segmentului de micare, fiecare partener are funcii bine precizate:1. Corpul vertebrei asigur funcia static, de transmitere a sarcinilor spre etajele inferioare. Teoretic, fiecare segment conine cte dou jumti de vertebr, separate prin discul intervertebral. Prin geometria i dimensiunile lui, influeneaz direcia i amplitudinea de micare a segmentului. Determin configuraia regional a diferitelor sectoare din strucura coloanei.2. Discul intervertebral este considerat elementul determinant al capacitii de micare a segmentului. Constitue o legtur elastic, cu rol de amortizor prin deformare. Controleaz spaiul intervertebral cu implicaii asupra mobilitii segmentului, tensiunii ligamentare necesar stabilitii segmentului, alinierii articulaiilor zygapofizare i diametrului orificiului intervertebral. Rspunde la solicitri axiale de compresiune, ncovoiere sau torsiune, pe care le neutralizeaz sau le transmite mai departe.

3. Articulaiile zygapofizare definesc axe de micare i asigur conducerea micrilor n direcii prefereniale, diferite de la segment, la segment. mpart cu discul intervertebral transmiterea forelor de compresiune la nivelul segmentelor inferioare.4. Sistemul ligamentar reprezint aparatul pasiv de susinere i stabilizare a segmentului. Rezult din suprapunerea unei componente lungi cu rol de fixare i integrare a celor 23 de segmente (ligamentele longitudinale, ligamentul supraspinos) cu o component scurt, metameric, ce deservete un singur segment (ligamente galbene, intertransverse, interspinos). La acestea se adaug capsulele perechii de articulaii posterioare. Sistemul ligamentar are rol frenator al amplitudinii de micare i asigur revenirea elastic la poziia iniial. Realizeaz n contrapartid, cu discul intervertebral, echilibrul intrinsec (EI) al segmentului (Steindler).Valoarea E.I. este dat de sarcina critic la care apare dezechilibrarea unei coloane toracolombare disecat de muchi, fiind de aproximativ 20N (Lucas si Bresler).5. Spaiul dintre procesele spinoase i transverse determin i limiteaz diferite tipuri de micare n funcie de particularitile regionale ale segmentelor. 6. Nervii spinali mpreun cu arterele segmentare care trec prin orificiile intervertebrale, constituie suportul arcului reflex, prin care centrii medulari controleaz gradul de contracie al muchilor n timpul meninerii unei posturi sau executrii unei micri. 7. Muchii care deservesc un segment sunt muchi autohtoni scuri inserai pe dou vertebre adiacente: intertransversali, interspinoi, rotatori, multifizi. Sunt inervai metameric de ramura posterioar a nervului spinal corespunztor segmentului.Sunt considerai muchi de postur, tonici, imprimnd o anumit alur segmental, util executrii unei micri ample, produs de un muchi lung de for. Prin fibrele fuzale, muchii asigur inervaia proprioceptiv necesar reflexului miotatic.

Din punct de vedere mecanic, segmentul motor ndeplinete dou funcii fundamentale:A. Funcia static antigravitaional, de susinere i transmitere a greutii segmentelor corpului, permind coloanei vertebrale realizarea poziiei de ortostatism.

Pentru realizarea funciei statice, segmentul de micare lucreaz ca un sistem prghie de gradul I, cu brae inegale: un bra scurt al forei, acionat de muchii erectori spinali i un bra lung, al proieciei centrului de greutate al segmentului corpului deasupra nivelului considerat. Punctul de sprijin (fulcrum) este reprezentat de complexul triarticular format de: discul intervertebral (anterior) i perechea de articulaii zygapofizare (posterior), astfel c pentru fiecare segment, articulaiile posterioare sunt perpendicular aezate pe planul discului intervertebral (Louis). Aceasta form de prghie sugereaz avantajul mecanic negativ al musculaturii extensoare, efortul susinut necesar pstrrii poziiei ortostatice i explic prezena fibrelor musculare de tip rou, bogate n mioglobin (protein contractil), capabile sa realizeze contracii tonice fr s oboseasc.Presiunea ntr-un disc ncrcat n compresiune este de aproximativ 1,5 ori sarcina extern aplicat pe unitatea de suprafaa, repartizat 75% pe nucleu i 25% pe inel. Dac proiecia centrului de greutate se deprteaz de fulcrum (ca n flexia coloanei), crete momentul rezistenei, prin lungirea braului de prghie. Dac poziia segmentului se modific fa de orizontal, apare o component tangenial care, pentru o nclinare de 45, transform 50% din eforturile de compresiune de la nivelul discului, n eforturi de forfecare. Raportul braelor de prghie, pentru jonciunea lombo-sacrat, este de 1/10 n favoarea momentului greutii corpului, iar aciunea combinat a greutii, echilibrat de contracia muscular, determin, la un individ cu o greutate medie, o presiune de 174,6 kg n discul inferior lombar, n poziie eznd (Nachemson).Cercetri realizate n cadrul Seciei de Kinetoterapie (cu sprijinul Facultii de Inginerie- ef lucrri ing. I.C. Raveica) Universitatea din Bacu, sub conducerea autorului, prin metoda AutoCad , au pus n eviden modificrile momentului de torsiune, calculat conform formulei G x d (unde G reprezint greutatea corpului i d, distana de la punctul de aplicare al forei de rezisten fa de verticala firului cu plumb a corpului), n funcie de deplasarea centrului de greutate fa de axa vertical a corpului.

Se observ c deplasarea centrului de greutate spre partea anterioar a corpului este urmat direct, de o cretere a momentului de torsiune, supunnd coloana la eforturi suplimentare, din cauza tendinelor de forfecare. Din acest motiv, sugerm c dac musculatura vertebral este slbit, rolul su de amortizare n timpul micrii de flexie (cnd acioneaz prin contracie de cedare) este foarte mult atenuat, iar cel care va suporta direct impactul va fi discul intervertebral. Ultimele cercetri, care pornesc de la rezultatele bioptice i pun n eviden ntr-adevr modificri ale structurii i funciei musculaturii paravertebrale, pledeaz pentru o tonifiere a muchilor extensori ai coloanei, n egal msur cu tonifierea musculaturii flexoare (abdominale). Prin urmare, acelai lucru poate fi dedus prin calcule biomecanice, dup prerea noastr (neinvaziv).

Ipoteza coloanei hidroaerice de descrcare

Realizarea funciei statice n condiiile echilibrrii coloanei unui subiect care ine ridicat n brae un obiect greu de 800N, implic o contribuie a musculaturii extensoare de 8000N (!) ceea ce depete rezistena la fractur a unei vertebre. Evitarea pragului de fractur prin suprancrcare (excluznd osteoporoza!) se face prin intervenia unui mecanism compensator care implic participarea trunchiului. n timpul necesar efortului ridicrii obiectului, are loc rigidizarea toracelui umplut cu aer (prin contracia concomitent a muchilor intercostali i a diafragmului) i rigidizarea abdomenului plin cu fluid incompresibil (prin contracia muchilor lai ai abdomenului). Se creaz dou camere rigide suprapuse, capabile s transmit o parte din greutate direct la bazin.Prin aceasta, coloana toraco-lombar este descarcat de o parte din sarcina iniial, tot aa cum o crj descarc oldul opus cu 1/3 din greutatea corpului .

n condiiile nerespectrii echilibrului, cel mai adesea din cauza slbirii forei de contracie a muchilor abdominali, dar i a muchilor paravertebrali, dup cum demonstreaz ultimele cercetri, discul intervertebral va fi suprasolicitat, deteriorndu-se n timp, ceea ce se traduce prin pierderea funciei de amortizor (prin modificri ale lamelelor elastice) i, n timpul micrii de flexie, cnd este supus forelor de forfecare, nucleul pulpos va avea tendina de herniere (principiul nucilor sparte).

B. Funcia dinamic, de mobilitate, prin care coloana vertebral modific activ poziia segmentelor corpului i particip la realizarea locomoiei. Implic modificarea activ a poziiei cu deformarea corespunztoare a elementelor segmentului motor sub aciunea musculaturii autohtone sau de la distan. Sistemul triarticular intervertebral permite cele dou tipuri fundamentale de micare: translaia i rotaia. Discul lucreaz ca o articulaie universal, iar fiecare vertebr prezint 6 grade de libertate, impuse de cele 3 axe: transvers pentru flexie/extensie, sagital pentru ncovoiere lateral dreapt/stng i vertical pentru rotaii la dreapta i la stnga. Dei amplitudinea de micare ntre dou vertebre este determinat direct de ptratul nlimii discului i indirect de ptratul diametrului orizontal al corpului vertebral, prezena perechii de articulaii posterioare face ca unele micri s fie mai favorizate dect altele n funcie de caracteristicile regionale ale segmentului respectiv. Amplitudinea de micare pentru un singur segment este restrns de condiiile anatomice i din motive de securitate a mduvei, dar prin sumaie la nivelul ntregii coloane se obin amplitudini suficient de mari pentru deservirea funciilor dinamice ale scheletului axial.Coloana lombar este a doua regiune ca mobilitate dup coloana cervical prezentnd un gradient de micare ce crete spre distal. Mobilitatea definete i aici micarea vertebral dependent de discuri i articulaiile zygapofizare.

a. Discurile intervertebrale prezint cele mai mari dimensiuni de la nivelul coloanei vertebrale mobile, dar aceast supradimensionare rmne n limitele unui echilibru necesar. Inlimea discului favorizeaz mobilitatea, dar suprafaa mare a discului impune rigiditatea. n regiunea lombar, proporia creterii inlimii suprafeei discului determin un raport fix, ce se ncadreaz n marjele funcionrii cu coeficient de siguran.b. n regiunea lombar, procesele articulare sunt orientate la 90 fa de planul orizontal i la 45 fa de planul frontal. Aceast arhitectonic, mpreun cu suprafeele articulare sferoidale, impun restricii majore micrii de rotaie. Doar n regiunea lombo-sacrat orientarea i forma suprafeelor articulare permit un grad de rotaie.Micarea de flexie-extensie crete gradat de la 12 n segmentul L1-L2 pn la 20 n segmentul L5-S1.Micarea de flexie lateral pstreaz o valoare constant de 6 pentru fiecare segment ca i coloana toracal. Numai segmentul L5-S1 prezint o restricie de 3 n flexia lateral. Cele dou tipuri de micare sunt facilitate de spaiile interlaminare mari i orientarea sagital a suprafeelor articulare.

Miscarea de rotaie este redus la dou grade pentru fiecare segment lombar, cu excepia segmentului L5-S1 care poate realiza o rotaie de 5. Centrul micrii de rotaie axial este situat posterior de disc, n apropierea proceselor articulare. Aceasta sugereaz c n timpul micrii, discul este supus aciunii forelor de forfecare, spre deosebire de discul toracal al crui centru de micare se proiecteaz la nivelul nucleului pulpos, ceea ce presupune aciunea forelor de rotaie. Privit ca sintez, rotaia axial a colanei toraco-lombare este oglinda unei rezistene neuniforme la torsiune. Dup Gregersen i Lucas, amplitudinea total de rotaie T1-S1 este de 102, repartizat difereniat ca amplitudine i sens n timpul mersului. Coloana lombar este cuplat i se rotete n acelai sens cu pelvisul n timpul fazei de pendulare (4 spre anterior) n timp ce coloana toracal superioar roteaz n direcia opus cuplat cu centura scapulara. Zona de tranziie este considerat vertebra T7 .PAGE 5