Lumbosakral biomekanik

Definition/Beskrivelse

Biomechanik er studiet af kræfter og deres virkninger, når de anvendes på mennesker.

• Den lumbosakrale rygsøjle og er en vigtig biomekanisk region i kroppen.
• Lænderygsøjlen, der er placeret under brystryggen, har normalt 5 ryghvirvler
• Sacrum består af en serie af normalt 5 sammensmeltede sakralhvirvler.

Klinisk relevant anatomi

Som alle hvirvler i kroppen består lænde- og sakralhvirvlerne af et “legeme” fortil, som er større og mere cylindrisk i lænderegionen, og en “hvirvelbue” bagtil, som omslutter hvirvelforamenet, der beskytter de neurale væv.

Hvirvlerne i lænderygsøjlen er adskilt af intervertebrale led, som er unikke ledstrukturer, De intervertebrale skiver er leddets nøglekomponent, der består af forskellige funktioner. Den centrale pastaagtige nucleus pulposus består primært af vand (70-90 %) og hydrostatiske proteoglykaner (65 % af tørvægten), der er løst bundet af kollagenfibre (15-20 % af tørvægten). Kernen er omgivet af de kraftige koncentriske kollagenlag i annulus fibrosis, der består af vand (60-70 %), kollagen (50-60 % af tørvægten) og proteoglykaner (20 % af tørvægten), som for det meste er aggregerede. Kernen og annulus indeholder begge gennemgående type II-kollagen, og den ydre annulus indeholder en højere koncentration af type I-kollagen. Elastiske fibre (10 %) findes også i annulus og er anbragt cirkulært, skråt og lodret, med en koncentration i retning af tilhæftningsstederne med de vertebrale endeplader. Den vertebrale endeplade dækker diskens øvre og nedre del og er stærkt forbundet med fibrobrusk til diskens nukleære og ringformede dele med fiberbrusk. Der er en større koncentration af kollagen i vævet tættere på knoglen.

Den lumbosakrale overgang ligger normalt på niveauet L5/S1, og den intervertebrale diskus på dette niveau er kileformet. En “overgangshvirvel” er en spinal anomali, hvor den nederste lændehvirvel til en vis grad er sammensmeltet eller et mislykket segment af korsbenet, som menes at forekomme hos 4-30% af befolkningen.

Sakrumben er en trekantet kileformet knogle med et konkavt forreste aspekt, et konvekst dorsalt aspekt og en spids. Sacrum er vippet fremad, således at den øverste overflade artikulerer med L5-hvirvelen ovenfor, hvilket bidrager til den “lumbosakrale vinkel”. Den intervertebrale diskus L4/5 og L5/S1 udgør sammen med hvirvellegemet L5 næsten 60 % af vinkelmålingen af den lumbosakrale krumning, som i gennemsnit er 61 grader. På den forreste overflade af korsbenet svarer de øverste og nederste kanter af de sammenvoksede hvirvellegemer til hinanden som tværgående kamme. Scarum giver styrke og stabilitet til bækkenet og overfører kræfter til bækkenbæltet via sacroiliacaleddene. Sakralhvirvlerne er forbundet med coccyx inferior.”

Biomechanik i lænderygsøjlen og sakrum (L4-L5 L5-S1)

De 3 bevægelser i rygsøjlen er fleksion, ekstension, rotation og lateral fleksion. Disse bevægelser sker som en kombination af rotation og translation i følgende 3 bevægelsesplaner: sagittal, koronal og horisontal. Disse bevægelser resulterer i forskellige kræfter, der virker på lænderygsøjlen og korsbenet: kompressionskraft, trækkraft, forskydningskraft, bøjningsmoment og torsionsmoment. Ved lændebøjning påføres der f.eks. en komprimerende kraft på diskens forreste aspekt og en distraherende kraft på diskens bageste aspekt. De modsatte kræfter opstår ved lumbale ekstension.

Lænderygkomplekset udgør et effektivt lastbærende system. Når der påføres en belastning eksternt på hvirvelsøjlen, frembringer den spændinger på det stive hvirvellegeme og den relativt elastiske diskus, hvilket bevirker, at der lettere opstår belastninger i disken. Trykket i nucleus pulposus er større end nul, selv i hvile, hvilket giver en “forspændingsmekanisme”, der gør det muligt at yde større modstand mod påførte kræfter. Det hydrostatiske tryk øges i båndskiven, hvilket medfører et udadrettet tryk mod de vertebrale endeplader, hvilket resulterer i udbuling af annulusfibrosen og trækkræfter i de koncentriske ringfibre. Denne kraftoverførsel bremser effektivt presset på den tilstødende ryghvirvel og virker som en støddæmper. De intervertebrale diske er derfor en vigtig biomekanisk egenskab, idet de effektivt fungerer som en fiberbrusk-“pude”, der overfører kraften mellem de tilstødende hvirvler under rygsøjlens bevægelse. Lændeskiven er mere udsat for skader end andre rygmarvsregioner på grund af, at ringfibrene er mere parallelt anbragt og tyndere bagtil end fortil, at kernen er placeret mere bagtil, og at der er huller i de bruskagtige endeplader.

Når der påføres en belastning langs rygsøjlen, opstår der “forskydningskræfter” parallelt med båndskiven, da kompressionen af kernen resulterer i en lateral udbuling af annulus. Der opstår også forskydningskræfter, når en ryghvirvel bevæger sig, f.eks. fremad eller bagud i forhold til en tilstødende ryghvirvel ved fleksion og ekstension. Torsionsspændinger skyldes de ydre kræfter omkring vridaksen og opstår i båndskiven ved aktivitet som f.eks. vridning af rygsøjlen.
De zygapofysiske eller “facet”-led giver stabilitet til det intervertebrale led med hensyn til forskydningskræfter, samtidig med at de primært tillader flexions- og ekstensionsbevægelser.

Læsionsmekanisme / patologisk proces

Eksperimenter tyder på, at “intervertebral diskusprolaps” eller prolaps sandsynligvis er et resultat af en gradvis eller udmattelsesproces snarere end en traumatisk skade , men klinisk rapporteres der ofte om pludseligt opståede symptomer i forbindelse med en tilfældig høj belastning af rygsøjlen, ofte i en bøjet stilling. De mest sandsynlige belastninger, der resulterer i skader på rygsøjlen, er bøjning og torsion, og disse kombinerede bevægelser afspejler forskydnings-, kompressions- og spændingskræfter. Drejebevægelser er mere tilbøjelige til at skade annulus, da kun halvdelen af kollagenfibrene er orienteret til at modstå bevægelsen i begge retninger

De degenerative diskusforandringer, der er forbundet med aldring, er blevet betragtet som normale. For eksempel reduceres koncentrationsniveauet af proteoglykaner i kernen med alderen, fra 65 % i den tidlige voksenalder til 30 % i 60-årsalderen, hvilket svarer til en reduktion i kernehydrering og koncentration af elastiske ringfibre i løbet af denne tid, hvilket resulterer i en mindre modstandsdygtig diskus. Man har længe ment, at diskusskiven bliver smallere med alderen, men store post mortem-undersøgelser viser, at diskens dimensioner faktisk øges mellem det andet og syvende årti. Tilsyneladende diskusforsnævring kan ellers anses for at være et resultat af en anden proces end aldring.

Der er også reduktioner i niveauet af vertebral endplate nutrition og vertebral body bone density. Reduktionen i støtte fra den underliggende knogle resulterer i “mikrofrakturer” og migration af kernemateriale ind i hvirvellegemet, kendt som “Schmorls knuder”, der normalt ses i thorakolumbale og thorakale rygsøjler og har en lav forekomst under L2-niveau. Den subchondrale knogletæthed i det lumbale facetled øges indtil 50-årsalderen, hvorefter den falder, og ledbrusken fortsætter med at blive tykkere med alderen på trods af fokale forandringer, især hvor skubkræfter under gentagen fleksion og ekstension modvirkes. Der forekommer også andre knogleforandringer i facetleddet, herunder dannelse af “osteofyte” og “wrap-around bumper”, som formodentlig skyldes gentagne belastninger i henholdsvis den øverste og nederste ledprocesregion.

Degenerationsprocesserne er også blevet betragtet som patologiske. Med hensyn til facetleddene er “osteoarthritis” og “degenerativ ledsygdom” almindelige diagnoser. “Spondylose” og “intervertebral osteochondrose” er også betegnelser, der anvendes til at beskrive degenerative forandringer på stederne af hvirvler og neuralforaminae. “Degenerativ discus sygdom” og er også almindelige diagnoser.

Degenerationsprocessen i lænderyggen er blevet beskrevet i 3 faser:

• Fase 1: “Tidlig degeneration” indebærer øget slaphed i facetleddene, fibrillering af ledbrusken og de intervertebrale diske viser grad 1-2 degenerative forandringer.
• Stadie 2: Der udvikles “lumbale ustabilitet” på de(t) berørte niveau(er) på grund af slaphed i facetkapslerne, bruskdegeneration og degenerative diskusprolaps af grad 2-3. Segmental instabilitet: kan defineres som tab af bevægelse og segmental stivhed, således at kraftpåvirkning af det pågældende bevægelsessegment vil medføre større forskydninger, end der ville forekomme i en normal struktur. Mekanisk testning tyder på, at den intervertebrale diskus er mest modtagelig for herniation på dette stadium.
• Stadie 3: “Fast deformitet” skyldes reparationsprocesser som f.eks. facet- og peridiskale osteofytter, der effektivt stabiliserer bevægelsessegmentet. Der er fremskreden facetleddegeneration (eller “facetledssyndrom”) og diskusdegeneration af grad 3-4. Af klinisk betydning er ændrede dimensioner af rygmarvskanalen som følge af fastlåst deformitet og osteofyte-dannelse.

Væsentligt er det, at forekomsten af spondylose og slidgigt er den samme hos patienter med og uden symptomer, hvilket rejser spørgsmålet om, hvorvidt disse tilstande altid skal betragtes som patologiske diagnoser. Dette har kliniske implikationer især med hensyn til fortolkning af radiologiske undersøgelsesresultater, og hvordan resultaterne præsenteres for og diskuteres med patienterne.

Outcome Measures

Outcome Measures vedrørende smerte og funktionsnedsættelse omfatter:

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

For yderligere vurdering af psykosociale faktorer i forbindelse med lumbosakrale tilstande, kan følgende resultatmålinger være nyttige:

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

Også se, Outcome Measures Database

Undersøgelse

Oplysning af lændeundersøgelse.

1. 1.0 1.1 1.1 1.2 1.3 Jensen M Biomekanik af den lumbale intervertebrale diskus: en gennemgang. Physical Therapy. 1980; 60(6):765-773.
2. 2.0 2.1 2.2 2.2 Moore, KL. Clinically Oriented Anatomy (3. udgave). 1992, Baltimore: Williams and Wilkins
3. 3.0 3.1 3.1 3.2 3.3 3.3 3.4 3.5 3.6 Bogduk, N. (2012). Radiologisk og klinisk anatomi af lænderygsøjlen (5. udg.). Kina: 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. Lumbosakrale overgangshvirvler: klassifikation, billeddannelsesfund og klinisk relevans. AJNR Am J Neuroradiol 2010; 31:1778-1786
6. Damasceno LHF, Catarin SRG, Campos AD, Defino HLA. Lumbal lordose: en undersøgelse af vinkelværdier og af hvirvelkroppernes og de intervertebrale diskers rolle. Acta Ortop Bras 2006; 14(4):193-198
7. 7,0 7,1 7,2 Adams M., Bogduk N., Burton K. Dolan P.. Biomekanikken ved rygsmerter. Eds. 2002. s238
8. McKenzie, R. (1981). Lænderygsøjlen : mekanisk diagnose og terapi. Waikanae, New Zealand: Spinal Publications.
9. White A, Panjabi M. Clinical Biomechanics of the Spine. 1978, Philadelphia: JB Lippincott Co.
10. Hirsch C. Reaktionen af de intervertebrale diske på kompressionskræfter. J Bone Joint Surg (Am) 1955; 37:1188-1191
11. 11.0 11.1 Frymoyer JW, Selby DK. Segmental instabilitet. Spine 1985; 10:280-286
12. Kirkaldy-Wallis WH, Wedge JH, Yong-Hing K, Reilly J. Patologi og patogenese af lumbale spondyloser og stenoser. Spine 1978; 3(4):319-328