KOLUMNA PRZEDNIA I TYLNA KRĘGOSŁUPA - WYMIAR BIOMECHANICZNY

Opracowała:

Aleksandra Duda

Gr. 23

Cały kręgosłup łączy się stawowo z miednicą , a pośrednio przy pomocy jej, z kościami kończyny dolnej. Od góry z kolei łączy się z głową. Takie połączenia sprawiają, że przy każdym ruchu ciała kręgosłup również się rusza i bierze czynny udział. Biomechanika wyróżniła SEGMENT RUCHOWY- ARTRON.
Artron składa się z dwóch zespołów czynnościowych, tak zwanych segmentów:

1) Kolumna przednia - jest to suma trzonów wszystkich kregów z wyłaczeniem ich tylnych

struktur anatomicznych czyli łuków oraz wyrostków. Kolumna przednia poprzedzielana jest krążkami międzykręgowymi. Obrazowo mówiąc są to same trzony kręgów poprzedzielane dyskami. Główna rola kolumny przedniej to- amortyzacja.

2) Kolumna tylna- zbudowana jest z części pozostałych takich jak połączenia łuków kręgowych oraz też stawów właściwych kręgosłupa. Zalicza się tutaj też części kręgów takie jak- wyrostki stawowe górne oraz dolne. Rolą tych połączeń jest głównie dynamika całego kręgosłupa oraz też ukierunkowanie jego ruchów w określonych płaszczyznach, osiach i kierunkach.

Kręgosłup stanowi centralną część narządu ruchu i jest swoistym kompleksem biomechanicznym. Składa się z pojedynczych sztywnych kręgów połączonych elastycznymi

więzadłami. Jako całość ma podwójne zadanie - chronić struktury nerwowe umieszczone w kanale kręgowym, łączyć szkielet kończyn i czaszkę oraz podpierać rusztowanie klatki piersiowej. W zawiązku z tym musi łączyć cechy znacznej wytrzymałości oraz elastyczności.

Według White'a i Panjabi'ego, spełnia on trzy podstawowe funkcje biomechaniczne: przenosi

obciążenia występujące w czasie ruchów głowy i tułowia oraz obciążenia wywierane na obręcz miedniczną, co umożliwia fizjologicznie wystarczający zakres ruchów pomiędzy tymi trzema częściami ciała z jednoczesną ochroną rdzenia kręgowego przez ograniczanie nadmiernych ruchów rotacyjnych i zginających.

Kręgosłup jako narząd osiowy, musi przenosić siły zarówno w warunkach fizjologicznych jak

i patologicznych. Siły działające w obrębie kolumny kręgosłupa możemy podzielić na wewnętrzne (siły napięcia mięśniowego) oraz zewnętrzne, do których należą siły grawitacji oraz siły powstające w wyniku innych czynników zewnętrznych. Fizjologicznie układ mięśniowo-więzadłowo-powięziowy i kostny kręgosłupa jest przystosowany do równoważenia powyższych sił.

Przekrój kręgosłupa w płaszczyźnie poprzecznej daje złożenie dwóch figur geometrycznych

jakimi są walec utworzony przez trzony kręgów ( kolumna przednia) oraz trójramienna belka w kształcie litery T w obrębie elementów łuków kręgów (tylna kolumna). Obydwie konstrukcje wykorzystywane są w architekturze przy konstrukcjach budowlanych i charakteryzują się dużą wytrzymałością na obciążenia. Kształt walca charakteryzuje się znaczną wytrzymałością na ściskanie i wykorzystywany w konstrukcji kolumn.

Natomiast kształtownik o przekroju litery „T” jest niezwykle wytrzymały na siły zginające

i wykorzystywany jako element podporowy stropów oraz innych płaskich powierzchni wiszących.

Zwiększenie wytrzymałości na nacisk osiowy zapewniają fizjologiczne krzywizny kręgosłupa. Wzrost wytrzymałości esowato wygiętej konstrukcji zależy od liczby krzywizn. Przy czterech krzywiznach kręgosłupa, jego wytrzymałość jest siedemnastokrotnie większa niż wytrzymałość walca.

Wytrzymałość biomechaniczna części kręgosłupa wynika w znacznej części z konfiguracji wyrostków stawowych tworzących stawy międzykręgowe oraz łączących więzadeł. Powierzchnie stawowe ułożone w danych płaszczyznach ograniczają ruchy skrętne oraz ruchy nadmiernego prostowania i zginania zapobiegając nadmiernym ruchom translacyjnym.

Ruch zgięcia i wyprostu kręgosłupa jest ograniczany przez wysokość krążka oraz średnice trzonu. Ruchy obrotowe zależą od przekroju poprzecznego płaszczyzny stawów międzykręgowych i pochylenia powierzchni stawowych w stosunku do pionu, natomiast ruchy boczne - zależą od kształtu płaszczyzn stawów międzykręgowych oraz stosunku danych geometrycznych krążka i trzonu.

W analizie klinicznej nie rozpatrujemy ruchów poszczególnych segmentów ruchowych lecz jako odcinkowy ruch poszczególnych części kręgosłupa. Ruchy te uwarunkowane są przestrzenną orientacją wyrostków stawowych. Największa ruchomość obserwowana jest w obrębie kręgosłupa szyjnego, gdzie powierzchnie stawowe znajdują się niemalże w płaszczyźnie poprzecznej. W części piersiowej wyrostki stawowe zachodzą na siebie dachówkowato, co powoduje znaczne ograniczenie ruchomości w płaszczyźnie strzałkowej oraz pozwala tylko na niewielki zakres ruchów w płaszczyźnie poprzecznej. W części lędźwiowej ustawienie powierzchni stawowych w płaszczyźnie strzałkowej pozwala na znaczny zakres ruchów zginania i prostowania i w mniejszym stopniu na przechyły boczne. Ruchy rotacyjne ze względu na orientację wyrostków stawowych powodują jednoczasowe zginanie do przodu.

Statyka kręgów

Budowa kręgów zapewnia im maksymalną wytrzymałość mechaniczną przy minimalnie niezbędnej ilości tkanki kostnej. Badania Bella i Messera potwierdziły wzrost wytrzymałości na siły ściskające zgodne z kierunkiem grawitacji trzonów kręgów wraz ze zwiększającym się doogonowo przekrojem. W części piersiowej siły do 2000 N do 4000 N w Th12. W części lędźwiowej wytrzymałość jest większa i mieści się w zakresie 6000 N w L1 i 8000 N w L4 oraz L5.

Trzon kręgu pod względem mechanicznym można podzielić na część sztywną czyli

zewnętrzną warstwę kości zbitej oraz beleczkową strukturę istoty gąbczastej. Obydwie części absorbują energię w odmienny sposób. W miarę upływu wieku gęstość tkanki kostnej ulega zmniejszeniu wpływając na obniżenie wytrzymałości tkanki kostnej.

Cała siła ciężkości jest przenoszona głównie poprzez trzony kręgów oraz struktury

zlokalizowane w obrębie przestrzeni międzytrzonowych (≈80%)(kolumna przednia). Tylne elementy kręgosłupa, tzn. łuki kręgowe, wyrostki stawowe górne i dolne oraz łączące je więzadła( kolumna tylna), przenoszą obciążenia jedynie do 20% i są głównie elementem stabilizującym. Ciężar ciała może być przenoszony przez wyrostki stawowe tylko w pozycji wyprostnej kręgosłupa.

Więzadła

Aparat więzadłowy zapewnia stabilność kolumny kręgosłupa. W pełnym zgięciu największa

rola przypada na więzadła stawów międzykręgowych (39%) oraz krążek międzykręgowy (29%). W mniejszym stopniu dochodzi do obciążenia pozostałych więzadeł: międzykolczystych (19%) oraz więzadła żółtego (13%).

Znaczenie, funkcja więzadeł w ruchomości kręgosłupa (elementy tylniej kolumny kręgosłupa):

• Więzadło podłużne przednie:

Oprócz łączenia trzonów, czynność więzadła polega na hamowaniu ruchu zgięcia kręgosłupa do tyłu.

• Więzadło podłużne tylne:

Łączy się ściśle z krążkami międzykręgowymi. Więzadło to napina si podczas ruchu zgięcia kręgosłupa do przodu.

• Więzadło żółte

Z powodu swej sprężystości więzadła żółte maja duże znaczenie dla statyki i mechaniki kręgosłupa. Działanie ich można porównać do działania taśmy gumowej; rozciągając się podczas zgięcia kręgosłupa do przodu, dążą do wyprostowania go i przez to oszczędzają pracy mięśniom prostujących kręgosłup.

• Więzadła miedzypoprzeczne:

Napinają się podczas zgięcia bocznego kręgosłupa w stronę przeciwną.

• Więzadła miedzykolcowe:

Napinają się podczas zgięcia kręgosłupa do przodu, przyczyniają się wiec do hamownia tego ruchu.

• Więzadło nadkolcowe

Napina się ono podczas zgięcia kręgosłupa do przodu.

Krążki międzykręgowe( element przedniej kolumny)

Mają one kształt sąsiadujących powierzchni trzonów kręgów, są jednak od nich nieco większe, także na brzegach cokolwiek wystają nad trzonami. Wysokość chrząstek wzrasta na ogół od góry ku dołowi (4-12mm) wzrasta z przyrostem wysokości trzonów; w części szyjnej są wiec one najniższe, w części lędźwiowej najwyższe.

Czynność krążka międzykręgowego.

Dzięki swej sprężystości krążek wydatnie zmniejsza wszelkie wstrząsy kręgosłupa. Poza tym obie części składowe krążka maja odrębne znaczenia. Pierścień włóknisty dziki swej budowie i silnemu połączeniu z górna i dolna powierzchnia trzonów jest czynnikiem silnie hamującym ruchy kręgów; jądro miażdżyste natomiast, będąc bardziej ruchomo częścią krążka, z powodu swej budowy stanowi w swego rodzaju kulista poduszkę wodna na której w równowadze chwiejnej spoczywa trzon wyżej leżącego kręgu. Podczas ruchów zgięcia kręgosłupa w jedna stronę, jądro przesuwa się w stronę przeciwna. Rola krążka międzykręgowego poza stabilizacją jednostki ruchowej polega głównie na przenoszeniu obciążeń pionowych. Ze względu na swoją sprężystość część energii ulega rozproszeniu, wywołując efekt odkształcenia elementów elastycznych krążka, działając podobnie jak amortyzatory. Krążek międzykręgowy pozwala na zmianę obciążeń osiowych na ciśnienie hydrostatyczne.

Budowa kręgu a jego zdolność do obciązeń

Jako podpora górnej części naszego ciała kręgosłup przybiera na mocy i odporności stopniowo ku dołowi w skutek coraz silniejszej budowy i coraz większych rozmiarów tworzących go kręgów. Stad też kręgi piersiowe są większe i silniej zbudowane niż szyjne, lędźwiowe odznaczają się masywniejsza budowa i większymi rozmiarami niż piersiowe, krzyżowe zaś zrastają się w jedna kość krzyżową, która tym wydatniej spełnia zadanie dźwigania masy tułowia. Część ogonowa kręgosłupa nie wchodzi tutaj w rachubę gdyż u człowieka znajduje się w stanie szczątkowym i jest zbudowana z kręgów znacznie mniejszych, właściwie tylko z pozostałych po nich trzonów.

Trzony kręgów dźwigają masę ciała, łuki otaczają i chronią rdzeń kręgowy, wyrostki częściowo stanowią ramiona dźwigni dla przyczepów mięśni, częściowo zaś służą stawowemu połączeniu kręgów między sobą.

Budowa kręgów kręgosłupa a jego ruchomość

Część przed krzyżowa kręgosłupa stanowi łańcuch stawowy; ruchomość jego końca dolnego w skutek obciążenia zmniejsza się, moc i odporność wzrastaj, odwrotnie niż końca górnego, który wraz ze zmniejszeniem się trzonów kręgów staje się coraz bardziej ruchomy i wraz ze stawami głowy umożliwia swobodne i ruchome dźwiganie jej i balansowanie. Poszczególne odcinki kręgosłupa biorą w jego ruchach bardzo nie równomierny udział. Cześć piersiowa jest stosunkowa najmniej ruchoma zarówno zarówno z powodu swej budowy( np. długie i dachówkowato zachodzące na siebie wyrostki kolczaste), jak i ze względy na swój udział w budowie klatki piersiowej( zebra i mostek hamują ruchy). Największą rozległość osiągają ruchy części szyjnej dzięki małym wymiarom trzonów, a znacznej wysokości krążków międzykręgowych w stosunku do swych powierzchni. Również ruchomość części lędźwiowej jest znaczna mimo wielkich trzonów kręgów i dużej powierzchni krążków, a to z powodu bardzo znacznej ich wysokości. Sprężystość krążków bowiem jest wprost proporcjonalna do kwadratu ich wysokości i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu ich przekroju poprzecznego.

Różnice w budowie kręgów jak już wspomniałam mają wpływ na ruchomość kręgosłupa.

Krótka charakterystyka kręgów.

Kręgi poszczególnych odcinków kręgosłupa jak już wspomniałam różnią się od siebie budową i wielkością. Kręgi lędźwiowe (L1-5) charakteryzują się większymi trzonami kręgów, oraz wydłużonymi do tyłu wyrostkami kolczystymi i górnymi wyrostkami stawowymi kręgów ustawionymi niemal w płaszczyźnie strzałkowej. Ich wysokie, zachodzące na górny krąg wyrostki kolczaste(masywne), skutecznie utrudniają skręcanie kręgosłupa w obszarze lędźwiowym.

Trzony kręgowe kręgów piersiowych (T1-12) wchodzą w skład krótszych cylindrów, niż te z kręgów w obszarze lędźwiowym i są niższe z przodu niż z tyłu.Wyrostki stawowe ustawione są w płaszczyźnie czołowej. W pobliżu zakończeń wyrostków poprzecznych kręgów znajdują się niewielkie powierzchnie stawowe (gładkie obszary stawowe), które reprezentują miejsca połączeń z żebrami po obu stronach. Wyrostki kolczyste kręgów piersiowych są ostre i skierowane w dół raczej niż wprost do tyłu- dachówkowate ułozenie (jak w przypadku kręgów lędźwiowych). Odcinek piersiowy - jest najmniej ruchliwy , zawdziecza to budowie kregów ( identyczny kształt ) jest to zwiazane z funkcja jaka ma pełnic ten odcinek. Własnie wyżej wymienione elementy takie jak dachówkowaty układ wyrostków kolczystych czy te połaczenia stawowe żeber z kregosłupem w znacznym stopniu zmniejszaja jego mobilnosc zwłaszcza w pł.strzałowej.

Kręgi szyjne (C1-7) posiadają jeszcze mniejsze trzony kręgów niż te w kręgach piersiowych, lecz ich łuki kręgowe są szerokie. Dwa najwyższe kręgi szyjne są przystosowane do łączenia się z czaszką. C1 spoczywa tuż pod czaszką, a C2 zapewnia oś, wokół której obracają się C1 i czaszka, kiedy skręcana jest głowa. Odcinek szyjny jest najbardziej mobilny!

Podsumowując!
Ruchomość między dwoma sąsiadującymi kręgami nie jest duża jednak w wyniku sumowania się pojedynczych ruchów powstają obszerne ruchy kręgosłupa jako całości, a mianowicie: zginanie i prostowanie (flexio et extensio) w płaszczyźnie strzałkowej. Zakres tych ruchów wynosi w całości od 170 do 250°. Najwyraźniej ruchy te występują w odcinkach szyjnym i lędźwiowym. W części piersiowej są ograniczone ułożeniem wyrostków kolczystych oraz przez obręcz klatki piersiowej; skłony boczne (flexio lateralis) w płaszczyźnie czołowej. Całość ruchu ma zakres ok. 110°. W odcinku szyjnym ruchy te łączą się z ruchami obrotowymi w wyniku skośnego ułożenia powierzchni stawowych; ruchy skrętne (rotatio) odbywają się w płaszczyźnie poprzecznej. Zakres ruchów obrotowych wynosi ok. 80° w każdą stronę. Najwyraźniej ruch obrotowy występuje w odcinku szyjnym następnie piersiowym, a w odcinku lędźwiowym prawie nie występuje ze względu na ułożenie wyrostków stawowych w płaszczyźnie strzałkowej. Ruchy obwodzenia (cirkumductio) odbywają się jako kombinacja wyżej wymienionych ruchów. W ruchach obwodzenia biorą udział też stawy biodrowe. Ruchomość kręgosłupa zarówno jako całości, jak i jego poszczególnych części jest osobniczo bardzo zmienna.

Bibliografia:

„Anatomia człowieka” tom 1; Adam Bochenek, Michał Reicher

„Spondyloortopedia” Skrypt opracowany - Klinika Chirurgii i Ortopedii Onkologicznej i Traumatomolgii w Poznaniu

stona WWW: http://www.fizjoterapeutom.pl/file.php?id=24

---