La estabilidad de la columna vertebral: Los seis ciegos y el elefante

Abstrac:

La estabilidad es uno de los conceptos ms fundamentales para caracterizar y evaluar cualquier

sistema. Este trmino se utiliza a menudo ambiguamente en biomecnica de la columna vertebral.

La confusin surge cuando se utilizan anlisis estticos de estabilidad para estudiar sistemas

dinmicos tales como la columna vertebral. Por lo tanto, el propsito de este trabajo es establecer

un terreno comn de entendimiento, utilizando trminos convencionales y bien definidos para

enmarcar en el futuro debates sobre la dinmica de columna, la estabilidad, y el dao. Se presenta

una definicin cualitativa de la estabilidad, aplicable a sistemas dinmicos. Las condiciones

adicionales, como la robustez (que a menudo se confunde con la estabilidad) y el rendimiento

tambin se definen. Se discute la importancia del control con retroalimentacin en el

mantenimiento de la estabilidad. Por ltimo, estos conceptos se aplican para entender el dolor de

espalda baja y el riesgo de lesin.

1. Los ciegos y el elefante :

El famoso poema de John Godfrey Saxe sobre unos seis hombres ciegos y el elefante dice: cmo

diferentes experiencias conducen a diferentes percepciones. Para los ciegos, en funcin de la

parte que tocaban, perciban el elefante como una pared (lateral), una lanza (colmillo), serpiente

(tronco), rboles (pierna), ventilador (odo), o cuerda (cola).

Entonces, cmo se relaciona este poema con la estabilidad de la columna? El concepto de

''estabilidad'' tiene el potencial de convertirse en nuestro elefante. Estabilidad, se podra

argumentar, es un trmino que aparece para cambiar dependiendo del contexto, y como tal,

parece tener definiciones inestables. La ambigedad de este trmino en biomecnica espinal no

debe sorprender, dado que incluso en disciplinas ms establecidas como en la ingeniera, no hay

una definicin absoluta de la estabilidad (Reeves y Cholewicki, 2003). Sin embargo, han surgido

numerosas definiciones, cada una rigurosamente definida. As como el elefante, la estabilidad es

una entidad con muchas partes. La clave para la comunidad de la biomecnica es elegir la

definicin adecuada que encapsula los problemas encontrados con la columna vertebral. Y puesto

que la columna vertebral es un sistema dinmico, es importante que la definicin de estabilidad

refleje este atributo. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo es establecer un terreno comn de

comprensin, utilizando trminos convencionales y trminos bien definidos para enmarcar los

debates futuros sobre la dinmica de la columna vertebral, la estabilidad, y lesiones - para evitar

las trampas de los seis hombres ciegos.

2. Por qu la estabilidad es importante en la biomecnica de la columna vertebral?:

La estabilidad es uno de los conceptos ms fundamentales a caracterizar y evaluar cualquier

sistema. Para que un sistema pueda llevar a cabo sus objetivos o funciones requiere que el sistema

sea estable. En trminos de la columna vertebral, el comportamiento estable es crtico para la

columna vertebral para soportar cargas, permitir el movimiento, y al mismo tiempo evitar lesiones

y dolor.

Bergmark fue el primero en aplicar el anlisis de la estabilidad de la columna vertebral mediante la

evaluacin de la energa potencial del sistema (Bergmark, 1987). (Hay una serie de explicaciones

sencillas de la estabilidad esttica que los lectores interesados pueden obtener (Crisco y Panjabi,

1990; McGill, 2001; McGill y Cholewicki, 2001)). Este tipo de anlisis esttico produjo un nmero

de informacin importante, incluyendo la necesidad de la rigidez de los msculos del tronco para

mantener la estabilidad de la columna y prevenir lesiones (Bergmark, 1989; Crisco y Panjabi,1990,

1991), la necesidad de contratacin orquestada (Bergmark,1989), y el potencial de dao de

conformidad con bajo nivel carga (Cholewicki y McGill, 1996). Los conceptos de'' central

estabilidad'' en la rehabilitacin surgieron de estos y otros estudios (Oculta et al, 1994, 1996,.

Hodges y Richardson,1996), y de manera predecible, la falta de rigidez se asoci con lesin. Los

esfuerzos de prevencin y rehabilitacin pronto se centraron en volver a formar el sistema

nervioso central (SNC) para aumentar reclutamiento de los msculos con el fin de mejorar la

rigidez de la columna para evitar el dolor de espalda baja (LBP). Pero, es mejor tener una

columna vertebral ms rgida para reducir el riesgo de lesiones? Las definiciones estticas de

estabilidad de la columna podran predecir que este sea el caso.

En el pasado, un nmero de estudios han documentado un aumento de la variabilidad de la

fuerza con el aumento de la activacin de los msculos (Newell y Carlton, 1988; Sherwood et al,

1988.;Carlton et al, 1993;. Slifkin y Newell, 2000; Hamilton et al., 2004). Si se considera la columna

vertebral como un sistema dinmico, entonces, la importancia de controlar la variabilidad de estos

efectos sobre las necesidades de estabilidad. Obviamente, hay situaciones en las que el aumento

de la rigidez del tronco es fundamental para proteger la columna vertebral de una lesin. Sin

embargo, en situaciones en las que se requiere un control motor preciso (es decir, de pie,

desequilibrio o la marcha), Es deseable una menor activacin y una columna vertebral ms

flexible? Para hacer frente a cuestiones como stas se requiere una caracterizacin dinmica de la

estabilidad.

Tenga en cuenta que por razones de espacio, se presentarn slo las definiciones cualitativas de la

estabilidad. Sin embargo, trabajos futuros describen los mtodos cuantitativos para la evaluacin

estabilidad de la columna dinmica.

3. La estabilidad, robustez (solidez/fortaleza), y el rendimiento:

Aunque el enfoque de este paper es en la estabilidad, hay otras caractersticas del sistema, tales

como la solidez y el rendimiento, que tambin son importantes cuando se describe un sistema de

comportamiento. Sin embargo, antes de evaluar la solidez y el rendimiento de un sistema, el

sistema debe ser estable. Por lo tanto, vamos a empezar con el concepto de estabilidad.

3.1. Estabilidad

Para hablar de la estabilidad de un sistema, ya sea en equilibrio (esttica) o que cambia con el

tiempo (dinmica), debemos dar una pequea perturbacin y observar el nuevo comportamiento.

Si el nuevo comportamiento es aproximadamente el mismo que el antiguo, cualitativamente, el

sistema es estable. Si el cambiado comportamiento se vuelve indistinguible del comportamiento

anterior, si al volver a su posicin original o trayectoria lo hace despus de un tiempo

suficientemente largo, el sistema es asintticamente estable. Por ltimo, si el comportamiento

perturbado difiere significativamente del comportamiento anterior, el sistema es inestable.

En trminos de la columna vertebral, estamos interesados en el comportamiento de vrtebras

individuales y en una perturbacin a los resultados del sistema de desplazamiento ms all de la

gama fisiolgica. Por ejemplo, si una persona coge un objeto lanzado contra ellos, una columna

vertebral estable se desviara de su posicin inicial ligeramente durante la captura, pero no lo

suficiente para producir una lesin. Si la columna vertebral vrtebras regresa a su posicin

original, la columna vertebral de una persona es asintticamente estable.

Como se dijo anteriormente, la estabilidad tiene que ser definida tanto para condiciones estticas

en las que el sistema est en equilibrio, as como para situaciones dinmicas en las que el sistema

se est moviendo a lo largo de alguna trayectoria. Independientemente, se aplica el mismo

concepto. Aplica una pequea perturbacin y observar el nuevo comportamiento. Sin embargo,

para el sistema dinmico, estamos interesados en la comparacin de la nueva trayectoria de la

trayectoria sin perturbaciones. Por ejemplo, en un ascensor, la columna vertebral sigue una

trayectoria prevista, que representa una trayectoria deseada /movimiento de las vrtebras. Si

durante la elevacin, la carga se desplaza o la persona se golpea, una columna vertebral estable

tendr vrtebras que se quedan en las cercanas o regresan a su trayectoria pretendida.

Todo debe hacerse lo ms simple posible, pero no ms simple (atribuido a Einstein) es relevante

para l la definicin anterior. Para una definicin precisa de la estabilidad, es necesario aclarar an

ms. Para que un sistema sea estable, es necesario que la posicin perturbada permanezca cerca

de la posicin imperturbable, pero no es suficiente. Para aclarar, el sistema no slo tiene que estar

cerca de la posicin o trayectoria inicial, pero tambin tiene que cumplir con otro requisito. Este

requisito evala si podemos limitar la regin en la que se encuentra el sistema. Se puede limitar la

regin en la que el sistema se encuentra, limitando el tamao de la perturbacin, entonces el

sistema es estable. Si la regin es del mismo tamao sin importar el tamao de la perturbacin,

entonces, el sistema es inestable. Esta es una distincin importante que es necesaria que se

entienda.

Si tocas el brazo de una persona con una gran fuerza, se puede esperar que el brazo se desve ms

lejos de lo que lo hara con un toque ms pequeo. En este sentido, se puede limitar a la regin en

que el brazo se encuentra controlando el tamao de perturbacin. Ahora considere una persona

con un trastorno neurolgico que produce pequeas oscilaciones. Si nos conectamos con ella / el

brazo, que puede presenciar pequeas oscilaciones en torno a la posicin original. Podramos

inferir que desde la nueva posicin se mantiene en las proximidades de la posicin original, el brazo

es estable. Pero si aplicamos una perturbacin ms pequea y se producen las mismas oscilaciones

de tamao, se sugiere que la regin de las oscilaciones del brazo no puede limitarse. Este sistema

es inestable de acuerdo con la definicin revisada.

3.1.1. La estabilidad es dependiente del contexto:

La estabilidad depende del sistema y de la tarea a ejecutar. Esto tambin puede explicar por qu

hay tanta confusin con el trmino. Por ejemplo, si uno est investigando la estabilidad del pie,

entonces, una perturbacin que requiere un paso podra implicar que la estabilidad no se

mantuvo. Pero si el objetivo es colocar una caja en un estante, si se requiere una perturbacin de

la persona para dar un paso antes de que el cuadro se coloque en su correcta posicin, entonces

se puede inferir que esta tarea fue exitosa y el levantamiento fue estable. Ahora bien, si el

objetivo es levantar la caja sin daar la espalda, entonces no slo la elevador tiene que colocar la

caja en el lugar correcto, pero deben cumplir la tarea sin generar fuerzas perjudiciales o tensin

excesiva de los tejidos.

3.2. Robustez:

Por razones prcticas, nos interesa no slo determinar si un sistema es estable, sino lo bien que

puede hacer frente a las inseguridades y perturbaciones. Por ejemplo, la retroalimentacin

sensorial se utiliza para realizar el seguimiento del estado de la columna vertebral, tales como la

posicin de las vrtebras. Aunque, hay una considerable informacin utilizada para generar una

representacin neural del sistema de columna vertebral, es todava una aproximacin. Si un

controlador se basa en el sistema de aproximacin, esperamos que sea capaz de estabilizar el

sistema a pesar de la inseguridad con respecto a la representacin del sistema. La tolerancia de tal

inseguridad es, cualitativamente hablando, un problema de robustez/solidez. Tambin estamos

interesados en la solidez del sistema a perturbaciones. Esperamos que el sistema sea slido para

perturbaciones y mantenga un comportamiento estable para ambas perturbaciones pequeas y

grandes. Adems, los sistemas que puede cambiar significativamente sus parmetros (es decir, la

rigidez) sin prdida de la estabilidad tambin se dice que son robustos/slidos. Nosotros

discutiremos estos conceptos con ms detalle en breve.

3.2.1. Un error comn:

Uno de los errores ms comunes cuando se caracteriza un sistema es describir el nivel de

estabilidad del sistema. Este es un punto importante que queremos resaltar. Un sistema es estable

o no lo es - no debera existir ningn ndice o nivel de estabilidad. Por lo general, la estabilidad a

largo plazo a menudo se confunde con solidez. Para aclarar, es ms apropiado decir que el sistema

es ms robusto/slido que ms estable. Ejercicios de estabilizacin bsicos no hacen la columna

ms estable, la hacen ms robusta, lo que reduce riesgo de lesiones.

3.3. Rendimiento:

Una vez que se estableci la estabilidad de un sistema, el inters se desplaza a su rendimiento. El

rendimiento refleja cmo de cerca y rpidamente la posicin de perturbado del sistema tiende a la

posicin sin perturbaciones. La precisin y la velocidad son los dos principales atributos de

cualquier sistema de control. Despus de una perturbacin, la realizacin de un sistema bien

puede tener un comportamiento que se asemeja al comportamiento perturbado, lo que sugiere

que el error entre el movimiento perturbado y no perturbado es mnimo. Para los sistemas

asintticamente estables, un sistema de buen rendimiento tambin converger a la posicin sin

problemas en un corto intervalo de tiempo.

En la mayora de los sistemas, existe una relacin general entre gastos de funcionamiento y de

energa, con ms energa requerida para mejorar el rendimiento. Sin embargo, este no es siempre

el caso, en particular para la columna vertebral. Hay situaciones en que un aumento de la energa

(mayor activacin muscular) no resulta en un mejor desempeo (menor desplazamiento

vrtebras). Esto se discutir al final del paper en la Seccin 5.

3.4. El ejemplo de la bola:

Muchas de las ideas discutidas hasta ahora puede ser fcilmente explicadas con una bola en una

superficie. La forma de la superficie indicar si la pelota es estable o inestable. en. figura 1a, la

pelota es inestable y se mover. No hay un tamao de perturbacin lo suficientemente pequeo

para para que se mantenga la pelota cerca de la posicin sin molestias. Alternativamente, la

estabilidad puede ser evaluada por una perturbacin de las condiciones iniciales. Mover la bola en

la figura. 1a, aunque sea ligeramente, desde la posicin inicial har que ruede. En la figura. 1b, la

pelota est estable. El baln estar delimitado y con friccin, con el tiempo volver a su posicin

de no perturbacin, lo que lo convierte asintticamente estable.

La forma de la superficie tambin determina la solidez del sistema a las perturbaciones. En la

figura. 2a, la pelota tendr un comportamiento estable, tanto para pequeas y grandes

perturbaciones, mientras que, la pelota en la figura. 2b slo ser estable para las pequeas

perturbaciones. Por lo tanto, el primer sistema es estable y robusto. El segundo sistema es todava

estable, pero es menos robusto/ solido.

Como se mencion anteriormente, la robustez/solidez tambin puede reflejar una la tolerancia

del sistema a los cambios en los parmetros. La pendiente de las paredes en el ejemplo de la bola

refleja un parmetro del sistema. Los lados de la figura. 3a son ms pronunciada que la figura. 3b y

pueden someterse a ms de un cambio en la pendiente antes de que el sistema de se vuelva

inestable. El sistema de la figura. 3b slo pueden tolerar pequeos cambios en la pendiente que

sugieren que es menos robusto que el sistema de la figura. 3a. Esta definicin de la robustez

probablemente refleja mejor los trminos utilizados en la comunidad de biomecnica. Por

ejemplo, la rigidez del tronco refleja la pendiente de las paredes. Aumento de la rigidez

representa lados empinados, lo que indican la columna vertebral es ms robusto que en los

niveles ms bajos de rigidez. En un sistema de columna esttica, los individuos con niveles ms

altos de activacin tienen un margen mayor de seguridad que aquellos con una menor

activacin (Cholewicki y McGill, 1996). Sin embargo, es importante sealar que el aumento de la

activacin no siempre produce una columna vertebral ms robusta/slida como se muestra ms

adelante al hablar de estabilidad de la columna dinmica (Cap.5).

A menos que el sistema sea estable, no hay ninguna razn para discutir su rendimiento. Todos los

sistemas inestables funcionan mal. Para un sistema estable, la pendiente de las paredes

determinar lo bien que el sistema se desarrolla. Paredes ms pronunciadas, como en la figura 3a,

mantendrn la bola ms cerca de la posicin original de no perturbacin, y producir una respuesta

ms rpida (movimiento rpido de los la pelota).

4. Control con realimentacin y estabilidad:

Teniendo en cuenta que la columna vertebral tiene caractersticas similares a un pndulo

invertido, se puede mostrar como inestable y por lo tanto, se supone que no se comportar

''bien''. Por lo tanto, queremos controlarlo de alguna manera (1) para asegurarse de que es

estable, y (2) para mejorar su robustez y rendimiento. El enfoque principal de control es la

retroalimentacin. La informacin relativa a la salida del sistema es la retroalimentacin y es

utilizado para modificar la entrada (fig. 4). En el lenguaje de control, un sistema aislado se llama la

planta, y en este caso, representa la columna vertebral. La lgica por la que se genera la entrada

de control a partir de la salida es el controlador, y en este caso, un controlador de

retroalimentacin. La planta (columna vertebral) junto con el controlador (control de

realimentacin) es el sistema global (sistema de la columna vertebral). Ejemplos simples y

complejos de sistemas control de retroalimentacin se muestran en la figura. 4a y b,

respectivamente.

En la figura. 4a, la entrada de control a la planta es proporcional a su salida. Esto se indica por la

ganancia de realimentacin denotada por k. La retroalimentacin puede ser positiva o negativa. Si

es positivo, el sistema es inestable ya que la fuerza est en la misma direccin que el

desplazamiento. Para la estabilidad, la retroalimentacin negativa se utiliza para que la fuerza se

genere en la direccin para contrarrestar el desplazamiento. Para la planta para volver a la

posicin de no perturbado o trayectoria, la retroalimentacin debe tender a cero cuando el error

entre los sistemas perturbadas y no perturbadas se aproxima a cero. Es claro que esto se logra

mediante realimentacin negativa, como se muestra en la figura 4a.

La figura 4a muestra la forma ms simple de control de realimentacin. En realidad, el sistema de

columna vertebral es significativamente ms complejo. Como se muestra en la figura. 4b, las

seales de retroalimentacin proviene de sensores que transmiten informacin sobre el estado de

todo el sistema. Por ejemplo, la posicin de la columna vertebral y la velocidad son

probablemente supervisados por los husos musculares (Buxton y Peck, 1989; Nitz y Peck, 1986) y

otros mecanorreceptores incrustados en el tejido de la mdula (Jiang et al, 1995;. McLain, 1994;

Mendel et al, 1992;.. Roberts et al, 1995). Estas seales son procesadas por el controlador de

realimentacin, que a su vez, genera varias seales de control a aplicar en los diferentes niveles

segmentarios.

Para una condicin esttica, donde la columna mantiene una postura erguida, la entrada al

sistema ser igual a cero. Esto significa que las fuerzas que actan sobre el sistema estn en

equilibrio para producir fuerza neta cero. Por consiguiente, si la columna es perturbada, la fuerza

aplicada al sistema slo llegar desde control de retroalimentacin, que ayuda a restaurar el

sistema a la posicin de equilibrio (Fig. 5a). Para una condicin dinmica, donde la columna

vertebral se est moviendo a travs de alguna trayectoria, la entrada en el sistema no va a ser

cero, pero en su lugar se representan las fuerzas musculares necesarias para producir el deseado

movimiento. Si la columna es golpeado durante el movimiento, Si la columna es golpeado durante

el movimiento, se aadirn las fuerzas musculares generados por el control de realimentacin de

las fuerzas de entrada y en este caso, el control de realimentacin ayuda a recuperar el

movimiento del sistema para su trayectoria prevista (Fig. 5b).

4.1. Control de realimentacin vas de la columna vertebral

El controlador de retroalimentacin para la columna vertebral se compone de propiedades

intrnsecas de las articulaciones intervertebrales (es decir, la rigidez articular y amortiguacin), las

propiedades intrnsecas de los msculos del tronco (es decir cortos rigidez muscular y la gama de

amortiguacin), y el sistema nervioso central, el sistema nervioso central, que pueden responder a

las perturbaciones de activacin muscular tanto reflexiva y voluntaria (fig. 6). El control de

retroalimentacin de vas intrnseca es instantneo, mientras que el control de retroalimentacin

de las vas reflejas y voluntario tiene inherente retrasos (Fig. 6). Estos retrasos representan el

tiempo necesario para detectar una perturbacin y responder con un aumento de activacin

muscular para contrarrestar la perturbacin. Los retrasos reflejan la transmisin de la seal,

tiempo de procesamiento del SNC y el tiempo requerido para generar la fuerza muscular (retraso

electro-mecnico).

En la presencia de una perturbacin, algunos o todos de estas vas de retroalimentacin se pueden

utilizar para proporcionar la fuerza adecuada necesaria para estabilizar la columna vertebral. La

contribucin de cada componente cambia dependiendo del tamao de la perturbacin, as como

en el estado inicial del sistema de columna vertebral. Por ejemplo, la entrada de alimentacin

directa de los del SNC pueden ser utilizado para aumentar la co-activacin de los msculos del

tronco antes de una perturbacin, aumentando as la rigidez muscular (y rigidez intervertebral

(Stokes et al., 2002)) permitiendo que las propiedades intrnsecas del sistema para contribuyen

ms a la perturbacin que las respuestas con retrasos. En efecto, varios estudios han demostrado

que voluntariamente un pre-tensado de los msculos del tronco obvia la necesidad de una

respuesta refleja, que es menos probable que ocurra despus de una perturbacin (Stokes et al,

2000;.. Granata et al, 2004a). Esta estrategia puede ser deseable en situaciones en las que la

fuerza de perturbacin es grande y esperada (es decir, un control de cuerpo en el hockey), ya que

los retrasos pueden causar que las fuerzas de estabilizacin acten demasiado tarde.

Alternativamente, en las tareas que se deben mantener durante ms tiempo y requieren un

control preciso (es decir, de pie), basndose en la vas reflejas podra ser una mejor opcin, ya que

es metablicamente ms eficiente que una estrategia de co-activacin muscular. Debido a las

diversas vas de retroalimentacin, es considerablemente flexible la forma en que el sistema de

columna vertebral puede mantener la estabilidad. Sin embargo, para cada tarea, es ms probable

una estrategia de control ptimo que reduce al mnimo los costos metablicos y / o maximiza el

rendimiento del sistema.

Tenga en cuenta que una mayor aclaracin sobre la figura. 6 es necesario. La delimitacin entre la

planta y el controlador es algo arbitrario. Por ejemplo, las propiedades intrnsecas de la

articulacin y los msculos intervertebrales podran ser incluidos en la planta. Nos decidimos

incluirlo como parte del controlador para resaltar el hecho de que estos dos elementos tambin

proporcionan control de retroalimentacin a la columna vertebral, que se basa en el estado de la

columna vertebral. Para el resto de este papel, vamos a suponer que slo las vas reflexivas y

voluntarias que viajan a travs de la mdula espinal representan el controlador de

retroalimentacin. Las propiedades de las articulaciones intervertebrales y las propiedades

intrnsecas de los msculos del tronco sern incluidas en la planta. Con esta nueva delimitacin, la

lgica conexin entre el controlador de realimentacin y el circuito neuronal dentro del SNC

puede realizarse.

5. Plantas contra sistema de caractersticas:

En la figura. 3a y b, una perturbacin produce una desviacin lejos de la posicin original o

trayectoria. Un sistema ms rgido se desplaza a menos de un sistema compatible y voluntad

responder ms rpidamente, lo que sugiere que tiene un mejor rendimiento. Por lo tanto, Parece

ser que el aumento de rigidez de la columna a travs del tronco msculo co-activacin sera (1)

asegurarse de que la columna vertebral est estable, (2) reducir la cantidad de desplazamiento, y

(3) minimizar el riesgo de lesiones. Sin embargo, hay que recordar que la estabilidad depende del

contexto (Seccin 3.1.1). En efecto, un sistema ms rgido siempre se obtienen mejores

resultados, pero esta afirmacin se refiere a todo el sistema - la planta junto con su controlador.

Por otra parte, una columna vertebral ms rgido (planta) logrado a travs del msculo co-

activacin no incluye el resto de las respuestas reflejas y voluntarias (controlador). Por lo tanto, el

aumento de rigidez de la columna por s mismo hace no siempre conducen a un mejor

rendimiento del sistema. para demostrar cuando demasiada rigidez del tronco puede ser

perjudicial, se les pidi que mantener el equilibrio sobre una superficie inestable (Reeves et al.,

2006). Esta tarea requiere el equilibrio preciso control de retroalimentacin para mantener el

equilibrio. Sujetos equilibrada con niveles normales de activacin de los msculos del tronco y

tambin con los niveles ms altos, lo que refleja dos niveles de la columna vertebral (planta)

rigidez. Obviamente, un cierto nivel de rigidez era requerida para mantener el equilibrio. Pero el

exceso de rigidez hace la tarea ms difcil y, en algunos casos result en una prdida del equilibrio

- un sistema inestable!

El propsito del estudio era mostrar que el aumento rigidez en una parte de un sistema no

siempre aumenta la rigidez del sistema en su conjunto. Curiosamente, se encontr que los una

columna vertebral ms rgido como resultado ms desplazamiento del tronco durante la tarea de

equilibrio. En este caso, el sistema de equilibrado'''' es menos rgida que la rigidez de la columna

(planta) super algunos nivel ptimo. Como se ha mencionado ya, la variabilidad de la fuerza

muscular aumenta a medida que aumenta la activacin muscular. Debido a que el SNC est

tratando de mantener el equilibrio, la columna se somete a mayor excursiones cuando el

controlador de retroalimentacin es menos precisa. Esta variabilidad en los resultados del

controlador de retroalimentacin en el sistema global es menos rgida. La siguiente instruccin es

importante en el contexto de riesgo de lesin. Debido a que la columna vertebral es ms rgido, se

requiere ms fuerza muscular para producir el desplazamiento de'' coger'' equilibrio queridos. Una

situacin indeseable surge donde la columna se somete a desplazamiento ms mientras que bajo

una mayor carga. Por consiguiente, para algunas actividades requiere un control preciso del

tronco, el riesgo de lesin podra aumentar con la que tiene un tronco que es demasiado rgido!

esto hara no han sido predicho con la caracterizacin esttica de la estabilidad.

La tarea equilibrio sentado ilustra que el trade-off entre el rendimiento y la energa no siempre se

mantenga para los sistemas biolgicos. El aumento de la activacin de los msculos del tronco no

siempre rinden menos desplazamiento despus de una perturbacin. Perturbaciones internas

tambin pueden actuar para desestabilizar el sistema. Para las tareas que requieren un control

preciso del motor, tal como un registrador de caminar a travs de un rbol cado, el objetivo debe

ser encontrar el nivel ptimo de rigidez del tronco para garantizar la tarea puede completarse con

xito, mientras que al mismo tiempo reducir al mnimo riesgo de lesiones.

6. Modelo de realimentacin de LBP:

Ahora que el marco para discutir el sistema de columna vertebral se ha presentado, podemos

aplicarlo a entender mejor aspectos biomecnicos de LBP. Est claro que hay muchos vas para el

desarrollo de LBP. En esta seccin, discutir una serie de posibles mecanismos por los cuales

deterioro en el control de retroalimentacin puede dar lugar a dolor y lesin. Esto no pretende ser

una lista exhaustiva, pero y no unos pocos ejemplos de cmo el marco presentado abarca varios

escenarios. Para empezar, vamos a revisar la nocin ortopdica de inestabilidad de la columna

para mostrar cmo se Ajusta un modelo de dao basado en el control de realimentacin

deteriorada.

6.1. Por deterioro Plant:

En el pasado, la falta de rigidez reducida o intervertebral se asoci con la inestabilidad vertebral

clnica (Panjabi, 1992). En el verdadero sentido de la definicin, no puede ser la inestabilidad, pero

a pesar de la rigidez pasiva alterada puede provocar de LBP. Como se ha mencionado ya, el

desplazamiento de la vrtebra resultados en una fuerza contraria generada por el tejido pasiva

que es proporcional al tamao de desplazamiento. La falta de rigidez reducida o en cualquier

grado de libertad de la columna vertebral significa que la fuerza que contrarresta utiliza para

estabilizar la columna vertebral se reduce. Esto podra interpretarse como deterioro de control de

retroalimentacin.

Es posible que el SNC observando una falta de interverbral rigidez podra compensar mediante el

aumento de los msculos del tronco activacin para mantener la estabilidad de la columna

vertebral (Fig. 7). Modelado de lesiones ha demostrado que una reduccin de la rigidez

intervertebral podra ser compensado por un pequeo aumento de 1-2% mximo activacin

voluntaria (% MVA) en co-activacin muscular del tronco (Cholewicki et al., 1997). Curiosamente,

varios Los estudios han demostrado que pacientes con dolor lumbar tienden a tener mayores

niveles de co-activacin de los msculos del tronco que en los controles sanos. (Marras et al, 2001;

Lariviere et al, 2002;. Van Dieen et al., 2003). Este pequeo aumento en la activacin muscular,

aunque leve, podra tener importancia clnica.

Contracciones musculares estticas sufridas durante largos perodos, incluso a niveles bajos,

puede conducir a la fatiga y la manifestacin de dolor (Jonsson, 1978). Sin embargo, parece que

hay una umbral en el 5% MVA, debajo de la cual la contraccin muscular se puede sostener

indefinidamente (Bjorksten y Jonsson, 1977). Ambos resultados de modelado y experimentales

han demostrado controles sanos que operan por debajo de este 5% MVA crtico umbral para la

mayora de las actividades posturales como estar de pie, caminar, sentado que se debe mantener

durante todo el da (Cholewicki et al., 1997). Por lo tanto, es posible que incluso un ligero aumento

de la activacin de los msculos despus de una lesin podra elevar contraccin del msculo

encima del umbral crtico, lo que resulta en dolor relacionados con la fatiga. En breve, vamos a

discutir los efectos de la fatiga en el controlador de retroalimentacin.

6.2. Por deterioro Controller

El control por retroalimentacin puede estabilizar el sistema si y slo si el controlador puede

obtener informacin sobre el estado del sistema y se fuerza suficiente capacidad de generacin de

controlar todos los grados de libertad de una manera deseada. En trminos de la columna

vertebral, (1) la informacin sensorial suficiente es necesario para un seguimiento de la posicin

de todas las vrtebras (observabilidad), y (2) suficientes inserciones musculares a la columna

vertebral son necesarias para mover cada vrtebra lo largo de una trayectoria deseada

(controlabilidad). Si alguna de estas dos condiciones no se cumple, el sistema puede volverse

inestable.

Observabilidad y controlabilidad no son realmente un problema en la columna vertebral desde la

columna vertebral tiene un exceso de redundancia en sensorial representacin y generacin de

fuerza muscular. las cuestiones estn ms relacionados con la exactitud de la informacin

sensorial, la precisin por la cual los msculos se pueden controlar, y su capacidad para generar la

fuerza. Si el ruido entra en el sistema, ya sea del lado sensorial o la parte de generacin de fuerza

muscular, el rendimiento del sistema sufrirn, y en el caso extremo, la columna vertebral se puede

volver inestable. Del mismo modo, de produccin de fuerza limitada la capacidad de los msculos

(por ejemplo, debilidad o fatiga) pueden tambin conducir a inestabilidad de la columna si las

fuerzas musculares son altos requerido para estabilizar el sistema.

Obviamente, la fatiga puede limitar generadores de la fuerza muscular capacidad (Burke et al.,

1973). Pero la fatiga tambin plantea otros dilemas ms sutiles para el sistema de columna

vertebral. La fatiga tiene ha demostrado que es perjudicial propiocepcin columna (Taimela et al.,

1999) y la capacidad de regular la fuerza (Parnianpour et al, 1988;. Sparto et al, 1997)..

Recientemente, se realiz un experimento que demostr tronco variabilidad de la fuerza muscular

aumenta despus de un juicio fatiga, y al igual que otros encontraron que La fatiga tambin

produce ms tronco muscular co-activacin (O'Brien y Potvin, 1997; Potvin y O'Brien, 1998;

Granata et al., 2004b). Tal vez esta estrategia co-activacin refleja el SNC intentan mantener la

generacin de la fuerza la capacidad de los msculos del tronco (Herrmann et al., 2006) o

posiblemente refleja una estrategia compensatoria para la retroalimentacin deterioro controlar.

Por desgracia, como se ha sealado ya, este estrategia es metablicamente costoso y podra

perjudicar la retroalimentacin controlar an ms, lo que resulta en un ciclo vicioso. tal vez,

Pacientes con dolor lumbar con fibras musculares resistentes a la fatiga menos (Mannion et al.,

1997) se encuentran atrapados en este crculo vicioso, que podra explicar su tendencia a

presentar ms coactivacin tronco.

Est claro que hay una serie de posibles factores de riesgo que pueden dar lugar a problemas de

control de retroalimentacin, tales como prolongar la flexin (Solomonow et al, 2003;.. Granata et

al, 2005; Rogers y Granata, 2006), la vibracin de todo el cuerpo (Roll et al., 1980, Gauthier et al,

1981),. Y atrofia muscular (Oculta et al., 1996), por nombrar unos pocos. Respuestas reflejas son

retrasadas otra fuente de deterioro controlador que ha sido asociada con dolor lumbar (Radebold

et al, 2000, 2001;. Reeves et al., 2005), y ms recientemente se ha demostrado que aumenta el

riesgo de lesiones (Cholewicki et al., 2005). Los retrasos en la informacin Ley de control de

desestabilizar el sistema. En entornos con cargas sbitas e inesperadas, respuestas tardas pueden

resultar en un control de retroalimentacin que es demasiado tarde o no apropiado, haciendo que

el sistema de columna sea ms propenso a las lesiones.

Qu sucede con el control de realimentacin inmediatamente despus una lesin? Hay algunos

posibles cambios sensoriales siguientes lesin (es decir, prdida de mecanorreceptores

sensoriales, dolor) que podran afectar a la entrada al controlador. Por otra parte, el tejido dao o

deformacin (es decir, inflamacin) en el oesteoligamentos (?) columna vertebral, si es

significativo, podra alterar su mecnica propiedades y la lgica'''' para controlar la planta

(columna vertebral) puede que ya no sea vlida. Las discrepancias entre los heridos y mecnica de

la columna vertebral sin lesiones y la prdida o alteracin de la informacin sensorial con respecto

a seales de estado del sistema pueden comprometer la capacidad del controlador de

retroalimentacin para mantener la estabilidad de la columna. Quizs sintiendo esto, el sistema

nervioso central compensa por el ''bloqueo la vuelta a travs de los msculos del tronco masivo

co-activacin, indicativa de espasmo muscular. Existe alguna evidencia para sugerir que por medio

altamente inestable y / o nuevos las tareas del SNC utiliza muscular co-activacin de mantener

articulaciones la estabilidad (Milner y Cloutier, 1993; Franklin et al, 2003.; Milner, 2002).

6.3. Inestabilidad espinal: mito o realidad?

Aunque, inestabilidad de la columna es una causa comn de la citada lesiones y el dolor, no est

claro si los resultados de LBP inestable el comportamiento de la columna vertebral. Como se ha

sugerido en la anterior secciones, un sistema de columna vertebral que no se comporta bien es

ms propensos a las lesiones, pero s inestabilidad de la columna realmente ocurrir? Preuss y Fung

(2005) ofrecen una buena revisin en los posibles vnculos entre el dolor lumbar y la inestabilidad

de la columna. Destacan una serie de experimental y modelado estudios que sugieren que un

error en el control neuromuscular podra resultar en un comportamiento inestable segmentaria.

Durante una prdida de la estabilidad de la columna vertebral, daos a la columna vertebral

osteoligmentos podra ocurrir si un desplazamiento vrtebra excede fisiolgico lmites. Dicho

evento fue presenciado lesiones en un levantador de pesas durante un peso muerto (Cholewicki y

McGill, 1992). Alternativamente, sugirieron que la sobre-activacin de importante estabilizar los

msculos segmentarios, tras un transitorio perodo de inestabilidad podra producir una lesin, si

la tensin en estos pequeos msculos excede su capacidad. esto podra explicar la aparicin

sbita de dolor lumbar durante las actividades benignos tales como la recoleccin en marcha un

peridico.

Tambin es importante tener en cuenta que un msculo doloroso espasmo puede ocurrir sin

lesiones o prdida de la estabilidad de la columna. Es concebible que esta respuesta ''de bloqueo

en marcha podra ser se invoca cuando el controlador detecta la espina de estar en la punto de

inestabilidad. Esta hiptesis se origina en el Los estudios demuestran que una amenaza real o

percibida de lesiones o dolor conduce a cambios significativos en los msculos del tronco patrn

de reclutamiento (Hodges et al, 2003;.. Moseley et al, 2004).

Claramente, se necesita ms trabajo para investigar estos y otros mecanismos de lesin

potenciales para ver si existe relacin entre la inestabilidad y dolor lumbar. Pero sabemos con

certeza que la columna vertebral debe ser estable para funcionar correctamente y para cumplir su

papel fisiolgico.

7. Conclusiones

La estabilidad es un trmino escurridizo que podra dar lugar a confusin. Para ayudar a facilitar

los debates futuros, una definicin formal y un marco se present que abarca tanto esttica y

dinmica de los sistemas de la columna vertebral. Cuando se considera el columna vertebral como

un sistema dinmico, un concepto esttico de estabilidad de la columna No es adecuado para la

discusin de las cuestiones involucradas. La estabilidad del sistema se mantiene con control de

realimentacin, que tambin afecta a la robustez y el rendimiento del sistema. La estabilidad es

dependiente de contexto, por lo tanto, es importante para enmarcar la definicin de estabilidad

en trminos de la tarea y el sistema. Se debe tener cuidado de no confundir la columna vertebral

(planta) caractersticas con las caractersticas del sistema en general. La columna vertebral ms

rgido no siempre implica un sistema general ms rgido. En algunos casos, una columna vertebral

ms rgido puede experimentar desplazamientos ms grandes para mantener la estabilidad tarea,

lo que puede aumentar el riesgo de lesiones.

Deterioro del valor de control de retroalimentacin tiene implicaciones para LBP. Por ejemplo,

dao a los tejidos, la degradacin de sensorial informacin, la variabilidad de la fuerza muscular,

influyen en el sistema de columna vertebral rendimiento, robustez, y potencialmente la

estabilidad. Si el sistema no funciona bien, es ms propenso a lesin.