Lumbosakrální biomechanika

Definice/popis

Biomechanika je studium sil a jejich účinků při působení na člověka.

• Lumbosakrální páteř a je důležitou biomechanickou oblastí těla.
• Bederní páteř, umístěná pod hrudní páteří, má obvykle 5 obratlů
• Křížová kost se skládá z řady obvykle 5 srostlých křížových obratlů.

Klinicky významná anatomie

Stejně jako všechny obratle v těle se bederní a křížové obratle skládají z „těla“ vpředu, které je v bederní oblasti větší a válcovitější, a „obratlového oblouku“ vzadu, který uzavírá obratlový otvor chránící nervové tkáně.

Obratle v bederní páteři jsou odděleny meziobratlovými klouby, které jsou jedinečnými kloubními strukturami, Meziobratlové ploténky jsou klíčovou součástí kloubu a skládají se z odlišných prvků. Centrální pastovitý nucleus pulposus se skládá především z vody (70-90 %) a hydrostatických proteoglykanů (65 % sušiny) volně vázaných kolagenními vlákny (15-20 % sušiny). Jádro je obklopeno silnými koncentrickými kolagenními vrstvami anulární fibrózy tvořenými vodou (60-70 %), kolagenem (50-60 % sušiny) a proteoglykany (20 % sušiny), které jsou většinou agregované. Jádro i anulus obsahují v celém rozsahu kolagen typu II a vnější anulus obsahuje vyšší koncentraci kolagenu typu I. V prstenci se rovněž nacházejí elastická vlákna (10 %), která jsou uspořádána kruhově, šikmo a svisle, s koncentrací směrem k místům spojení s koncovými destičkami obratlů. Koncová ploténka obratle pokrývá horní a dolní stranu disku a je pevně spojena fibrochartiláží s jadernou a prstencovou částí disku. Ve tkáni blíže kosti je větší koncentrace kolagenu.

Lumbosakrální přechod je obvykle na úrovni L5/S1 a meziobratlová ploténka na této úrovni má klínovitý tvar. „Přechodný obratel“ je anomálie páteře, kdy je nejnižší bederní obratel do jisté míry srostlý nebo selhávající segment křížové kosti, o níž se předpokládá, že se vyskytuje u 4-30 % populace.

Křížová kost je trojúhelníková klínovitá kost s konkávní přední stranou, konvexní hřbetní stranou a vrcholem. Křížová kost je nakloněna dopředu, takže její horní plocha artikuluje s obratlem L5 výše a přispívá tak ke vzniku „lumbosakrálního úhlu“. Meziobratlové ploténky L4/5 a L5/S1 spolu s tělem obratle L5 tvoří téměř 60 % úhlového měření lumbosakrálního zakřivení, v průměru 61 stupňů. Na přední ploše křížové kosti si horní a dolní okraje srostlých obratlových těl odpovídají jako příčné hřebeny. Jizva zajišťuje pevnost a stabilitu pánve a prostřednictvím sakroiliakálních kloubů přenáší síly na pánevní pletenec. Křížové obratle jsou dole spojeny s kostrčí.

Biomechanika bederní páteře a křížové kosti (L4-L5 L5-S1)

Tři pohyby v páteři jsou flexe, extenze, rotace a laterální flexe. Tyto pohyby probíhají jako kombinace rotace a translace v těchto 3 rovinách pohybu: sagitální, koronální a horizontální. V důsledku těchto pohybů působí na bederní páteř a křížovou kost různé síly: tlaková síla, tahová síla, smyková síla, ohybový moment a torzní moment. Například při bederní flexi působí na přední stranu disku kompresní síla a na zadní stranu disku distrakční síla. Při bederní extenzi vznikají opačné síly.

Komplex bederní páteře tvoří účinný nosný systém. Působí-li na páteř zevně zátěž, vytváří napětí na tuhé tělo obratle a relativně pružnou ploténku, což způsobuje, že v ploténce snadněji vznikají deformace. Tlak uvnitř nucleus pulposus je větší než nula, a to i v klidovém stavu, což představuje mechanismus „předpětí“ umožňující větší odolnost vůči působícím silám. Hydrostatický tlak uvnitř meziobratlové ploténky se zvyšuje, což vede k tlaku směrem ven ke koncovým ploténkám obratle, což má za následek vyklenutí fibrózy prstence a tahové síly v koncentrických vláknech prstence. Tento přenos sil účinně zpomaluje působení tlaku na sousední obratle a působí jako tlumič nárazů. Meziobratlové ploténky jsou tedy základním biomechanickým prvkem, který účinně funguje jako fibrochrupavčitý „polštář“ přenášející sílu mezi sousedními obratli během pohybu páteře. Bederní ploténka je ve srovnání s jinými oblastmi páteře náchylnější k poranění, protože: prstencová vlákna jsou uspořádána paralelněji a jsou tenčí vzadu ve srovnání s přední částí, jádro je umístěno více vzadu a v chrupavčitých koncových destičkách jsou otvory.

Při zatížení podél páteře vznikají „střižné“ síly rovnoběžně s meziobratlovou ploténkou, protože stlačení jádra vede k laterálnímu vyklenutí prstence. Ke smykovým silám dochází také při pohybu jednoho obratle, například dopředu nebo dozadu vůči sousednímu obratli při ohybu a natažení. Torzní namáhání je výsledkem působení vnějších sil kolem osy zkroucení a vzniká v meziobratlové ploténce při činnosti, jako je například kroucení páteře.
Zygapofyzární neboli „fasetové“ klouby zajišťují stabilitu meziobratlového kloubu s ohledem na střižné síly a zároveň umožňují především pohyb ve flexi a extenzi.

Mechanismus poranění / patologický proces

Experimenty naznačují, že „hernie meziobratlové ploténky“ nebo výhřez je pravděpodobně spíše důsledkem postupného nebo únavového procesu než traumatického poranění , nicméně klinicky se často objevují zprávy o náhlém vzniku příznaků spojených s náhodným vysokým zatížením páteře, často ve flekčním postavení. Zatížení, která nejpravděpodobněji vedou k poranění páteře, jsou ohyb a torze a tyto kombinované pohyby odrážejí smykové, tlakové a tahové síly. U kroutících pohybů je větší pravděpodobnost poranění prstence, protože pouze polovina kolagenních vláken je orientována tak, aby odolala pohybu v obou směrech

Degenerativní změny disku spojené se stárnutím byly považovány za normální. Například úroveň koncentrace proteoglykanů v jádře se s věkem snižuje z 65 % v rané dospělosti na 30 % ve věku 60 let, což odpovídá snížení hydratace jádra a koncentrace elastických prstencových vláken v tomto období, což má za následek méně pružný disk. Dlouho se uvažovalo o zužování disku s věkem, avšak rozsáhlé postmortální studie ukazují, že rozměry disku se mezi 2. a 7. dekádou ve skutečnosti zvětšují. Zjevné zúžení disku lze jinak považovat za důsledek jiného procesu než stárnutí.

Dochází také ke snížení úrovně výživy obratlových plotének a hustoty kostní tkáně obratlového těla. Snížení podpory ze strany podkladové kosti má za následek „mikrofraktury“ a migraci jaderného materiálu do obratlového těla známé jako „Schmorlovy uzly“, které se obvykle vyskytují v torakolumbální a hrudní páteři a mají nízký výskyt pod úrovní L2. Hustota subchondrální kosti bederního facetového kloubu se zvyšuje až do 50. roku věku, poté se snižuje a kloubní chrupavka se s věkem i přes ložiskové změny nadále ztlušťuje, zejména tam, kde odolává smykovým silám při opakované flexi a extenzi. Ve facetovém kloubu dochází také k dalším kostním změnám, včetně tvorby „osteofytů“ a „obalových nárazníků“, pravděpodobně v důsledku opakovaného namáhání v oblasti horního, resp. dolního kloubního výběžku.

Degenerační procesy byly rovněž považovány za patologické. S ohledem na facetové klouby jsou běžnými diagnózami „osteoartróza“ a „degenerativní onemocnění kloubů“. „Spondylóza“ a „meziobratlová osteochondróza“ jsou také termíny používané k popisu degenerativních změn v místech obratlů a neurálních foramin. „Degenerativní onemocnění plotének“ a jsou rovněž běžné diagnózy.

Proces degenerace bederní páteře byl popsán ve 3 fázích:

• Fáze 1: „časná degenerace“ zahrnuje zvýšenou laxitu facetových kloubů, fibrilace kloubní chrupavky a meziobratlové ploténky vykazují degenerativní změny 1-2. stupně.
• Stupeň 2: „Bederní nestabilita“ na postižené úrovni (úrovních) se vyvíjí v důsledku laxity fasetových pouzder, degenerace chrupavek a degenerativního onemocnění meziobratlových plotének 2-3. stupně. Segmentální nestabilita: může být definována jako ztráta pohyblivosti a segmentální tuhosti, takže působení síly na daný pohybový segment vyvolá větší posuny, než by nastaly u normální struktury. Mechanické testy naznačují, že meziobratlová ploténka je v tomto stadiu nejnáchylnější k herniaci.
• Stupeň 3: „Pevná deformita“ je výsledkem reparačních procesů, jako jsou facetové a peridiskální osteofyty účinně stabilizující pohybový segment. Dochází k pokročilé degeneraci facetových kloubů (nebo „syndromu facetových kloubů“) a degeneraci disku 3.-4. stupně. Klinický význam mají změněné rozměry páteřního kanálu v důsledku fixované deformity a tvorby osteofytů.

Důležité je, že výskyt spondylózy a osteoartrózy je stejný u pacientů s příznaky i bez příznaků, což vyvolává otázku, zda by tyto stavy měly být vždy považovány za patologické diagnózy. To má klinické důsledky zejména s ohledem na interpretaci nálezů radiologických vyšetření a na způsob, jakým jsou výsledky pacientům prezentovány a diskutovány s nimi.

Míry výsledku

Míry výsledku týkající se bolesti a postižení zahrnují:

• Oswestry Disability Index
• Roland-Morris Disability Questionnaire
• Short-form McGill Pain Questionnaire
• Spinal Cord Independence Measure
• Numeric Pain Rating Scale
• Visual Analogue Scale

Pro další hodnocení psychosociálních faktorů spojených s lumbosakrálními stavy, mohou být užitečná následující výsledná měřítka:

• Orebro Musculoskeletal Pain Screening Questionnaire
• Depression Anxiety Stress Scale
• Fear Avoidance Beliefs Questionnaire
• Tampa Scale of Kinesiophobia
• Chronic Pain Acceptance Questionnaire
• Pain Catastrophizing Scale

Také viz, Outcome Measures Database

Vyšetření

Odkaz na lumbální vyšetření.

1. 1.0 1.1 1.2 1.3 Jensen M Biomechanika bederní meziobratlové ploténky: přehled. Fyzikální terapie. 1980; 60(6):765-773.
2. 2.0 2.1 2.2 Moore, KL. Clinically Oriented Anatomy (3. vydání). 1992, Baltimore: Williams and Wilkins
3. 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Bogduk, N. (2012). Radiologická a klinická anatomie bederní páteře (5. vydání). China: Churchill Livingstone.
4. Chalian M, Soldatos T, Carrino JA, Belzberg AJ, Khanna J, Chhabra A. Prediction of trasitional lumbosacral anatomy on magnetic resonance imaging of the lumbar spine. World Journal of Radiology 2012; 4(3):97-101
5. Konin GP, Walz DM. Lumbosakrální přechodné obratle: klasifikace, zobrazovací nálezy a klinický význam. AJNR Am J Neuroradiol 2010; 31:1778-1786
6. Damasceno LHF, Catarin SRG, Campos AD, Defino HLA. Bederní lordóza: studie hodnot úhlu a role obratlových těl a meziobratlových plotének. Acta Ortop Bras 2006; 14(4):193-198
7. 7,0 7,1 7,2 Adams M., Bogduk N., Burton K. Dolan P.. Biomechanika bolesti zad. Eds. 2002. s238
8. McKenzie, R. (1981). Bederní páteř : mechanická diagnostika a terapie. Waikanae, Nový Zéland: Spinal Publications.
9. White A, Panjabi M. Clinical Biomechanics of the Spine (Klinická biomechanika páteře). 1978, Philadelphia: JB Lippincott Co.
10. Hirsch C. The reaction of intervertebral discs to compression forces [Reakce meziobratlových plotének na kompresní síly]. J Bone Joint Surg (Am) 1955; 37:1188-1191
11. 11.0 11.1 Frymoyer JW, Selby DK. Segmentální nestabilita. Spine 1985; 10:280-286
12. Kirkaldy-Wallis WH, Wedge JH, Yong-Hing K, Reilly J. Pathology and pathogenesis of lumbar spondylosis and stenosis. Spine 1978; 3(4):319-328

.