Biomeccanica Lombosacrale

Definizione/Descrizione

La biomeccanica è lo studio delle forze e dei loro effetti applicati agli esseri umani.

• La spina lombosacrale è un’importante regione biomeccanica del corpo.
• Posizionata sotto la colonna toracica, la colonna lombare ha normalmente 5 vertebre
• L’osso sacro consiste in una serie di 5 vertebre sacrali solitamente fuse.

Anatomia clinicamente rilevante

Come tutte le vertebre del corpo, le vertebre lombari e sacrali sono costituite da un “corpo” anteriormente più grande e cilindrico nella regione lombare e da un “arco vertebrale” posteriormente che racchiude il forame vertebrale proteggendo i tessuti neurali.

Le vertebre all’interno della colonna lombare sono separate da articolazioni intervertebrali che sono strutture articolari uniche, I dischi intervertebrali sono il componente chiave dell’articolazione, costituiti da caratteristiche distinte. Il nucleo polposo centrale, simile a una pasta, è costituito principalmente da acqua (70-90%) e proteoglicani idrostatici (65% del peso secco) debolmente legati da fibre di collagene (15-20% del peso secco). Il nucleo è circondato dai forti strati concentrici di collagene della fibrosi dell’anulus che consiste di acqua (60-70%), collagene (50-60% del peso secco) e proteoglicani (20% del peso secco) che sono per lo più aggregati. Il nucleo e l’anulus contengono entrambi collagene di tipo II, mentre l’anulus esterno contiene una maggiore concentrazione di collagene di tipo I. Le fibre elastiche (10%) si trovano anche nell’anulus e sono disposte circolarmente, obliquamente e verticalmente, con una concentrazione verso i siti di attacco con gli endplates vertebrali. L’endplate vertebrale copre gli aspetti superiori e inferiori del disco ed è fortemente unito con fibrocartilagine alla parte nucleare e anulare del disco. C’è una maggiore concentrazione di collagene nel tessuto più vicino all’osso.

La transizione lombosacrale è normalmente a livello di L5/S1 e il disco intervertebrale a questo livello è a forma di cuneo. Una “vertebra di transizione” è un’anomalia spinale in cui la vertebra lombare più bassa è in una certa misura fusa o un segmento fallito del sacro che si pensa si verifichi nel 4-30% della popolazione.

Il sacro è un osso triangolare a forma di cuneo con un aspetto anteriore concavo, un aspetto dorsale convesso e un apice. L’osso sacro è inclinato in avanti in modo che la superficie superiore si articola con la vertebra L5 sovrastante contribuendo all'”angolo lombosacrale”. Il disco intervertebrale L4/5 e L5/S1 insieme al corpo vertebrale L5 rappresentano quasi il 60% della misura angolare della curvatura lombosacrale, in media 61 gradi. Sulla superficie anteriore del sacro, i bordi superiore e inferiore dei corpi vertebrali fusi corrispondono come creste trasversali. Lo scarum fornisce forza e stabilità al bacino e trasmette le forze al cinto pelvico attraverso le articolazioni sacroiliache. Le vertebre sacrali sono collegate inferiormente al coccige.

Biomeccanica della colonna lombare e dell’osso sacro (L4-L5 L5-S1)

I 3 movimenti della colonna sono la flessione, l’estensione, la rotazione e la flessione laterale. Questi movimenti si verificano come una combinazione di rotazione e traslazione nei seguenti 3 piani di movimento: sagittale, coronale e orizzontale. Questi movimenti provocano varie forze che agiscono sulla colonna lombare e sul sacro: forza di compressione, forza di trazione, forza di taglio, momento flettente e momento torsionale. Per esempio, con la flessione lombare, una forza di compressione è applicata all’aspetto anteriore del disco e una forza di distrazione è applicata all’aspetto posteriore del disco. Le forze opposte si verificano con l’estensione lombare.

Il complesso della colonna lombare forma un efficace sistema portante. Quando un carico è applicato esternamente alla colonna vertebrale, produce sollecitazioni sul corpo vertebrale rigido e sul disco relativamente elastico, causando la produzione di tensioni più facilmente nel disco. La pressione all’interno del nucleo polposo è maggiore di zero, anche a riposo, fornendo un meccanismo di “precarico” che permette una maggiore resistenza alle forze applicate. La pressione idrostatica aumenta all’interno del disco intervertebrale provocando una pressione verso l’esterno degli endplates vertebrali con conseguente rigonfiamento della fibrosi dell’anello e forze di trazione all’interno delle fibre anulari concentriche. Questa trasmissione di forze rallenta efficacemente l’applicazione della pressione sulla vertebra adiacente, agendo come un ammortizzatore. I dischi intervertebrali sono quindi una caratteristica biomeccanica essenziale, agendo effettivamente come un “cuscino” fibrocartilagineo che trasmette la forza tra le vertebre adiacenti durante il movimento spinale. Il disco lombare è più predisposto alle lesioni rispetto ad altre regioni spinali a causa di: le fibre anulari sono disposte più parallelamente e più sottili posteriormente rispetto all’anteriore, il nucleo è posizionato più posteriormente e i fori nei piatti finali cartilaginei.

Quando un carico viene applicato lungo la colonna vertebrale, le forze di “taglio” si verificano parallelamente al disco intervertebrale, poiché la compressione del nucleo provoca un rigonfiamento laterale dell’anulus. Le forze di taglio si verificano anche quando una vertebra si muove, per esempio, in avanti o indietro rispetto a una vertebra adiacente con la flessione e l’estensione. Le sollecitazioni torsionali risultano dalle forze esterne intorno all’asse di torsione e si verificano nel disco intervertebrale con attività come la torsione della colonna vertebrale.
Le articolazioni zigapofisarie o “faccette” forniscono stabilità all’articolazione intervertebrale rispetto alle forze di taglio, pur permettendo principalmente il movimento di flessione ed estensione.

Meccanismo di lesione / processo patologico

Gli esperimenti indicano che l’ernia del disco intervertebrale o il prolasso sono probabilmente il risultato di un processo graduale o di affaticamento piuttosto che di una lesione traumatica, tuttavia clinicamente vi è spesso un rapporto di un improvviso insorgere dei sintomi associati ad un carico elevato accidentale della colonna vertebrale, spesso in una postura flessa. Le sollecitazioni più probabili che provocano lesioni alla colonna vertebrale sono la flessione e la torsione, e questi movimenti combinati riflettono forze di taglio, compressione e tensione. I movimenti di torsione hanno maggiori probabilità di ferire l’anulus, poiché solo la metà delle fibre di collagene sono orientate per resistere al movimento in entrambe le direzioni

I cambiamenti degenerativi del disco associati all’invecchiamento sono stati considerati normali. Per esempio, i livelli di concentrazione di proteoglicani all’interno del nucleo si riducono con l’età, dal 65% all’inizio dell’età adulta al 30% all’età di 60 anni, corrispondente ad una riduzione dell’idratazione nucleare e della concentrazione di fibre anulari elastiche in questo periodo, risultando in un disco meno resiliente. Il restringimento del disco con l’età è stato a lungo considerato, tuttavia grandi studi post-mortem indicano che le dimensioni del disco in realtà aumentano tra la seconda e la settima decade. Il restringimento apparente del disco può altrimenti essere considerato il risultato di un processo diverso dall’invecchiamento.

Ci sono anche riduzioni nella nutrizione dell’endplate vertebrale e nei livelli di densità ossea del corpo vertebrale. La riduzione del supporto dell’osso sottostante provoca la “microfrattura” e la migrazione di materiale nucleare nel corpo vertebrale noto come “nodi di Schmorl”, di solito visto nelle spine toracolombari e toraciche e hanno una bassa incidenza sotto il livello di L2. La densità ossea subcondrale dell’articolazione della faccetta lombare aumenta fino all’età di 50 anni, dopodiché diminuisce, e la cartilagine articolare continua ad ispessirsi con l’età nonostante i cambiamenti focali, in particolare dove si resiste alle forze di taglio durante la flessione e l’estensione ripetute. Si verificano anche altri cambiamenti ossei nell’articolazione della faccetta, tra cui la formazione di “osteofiti” e di “paraurti avvolgenti”, presumibilmente a causa dello stress ripetuto nelle regioni del processo articolare superiore e inferiore, rispettivamente.

Anche i processi di degenerazione sono stati considerati patologici. Per quanto riguarda le articolazioni della faccetta, “osteoartrite” e “malattia articolare degenerativa” sono diagnosi comuni. “Spondilosi” e “osteocondrosi intervertebrale” sono anche termini usati per descrivere i cambiamenti degenerativi nei siti delle vertebre e delle foramine neurali. “Malattia degenerativa del disco” e sono anche diagnosi comuni.

Il processo di degenerazione della colonna lombare è stato descritto in 3 fasi:

• Fase 1: “Degenerazione precoce” comporta una maggiore lassità delle articolazioni delle faccette, fibrillazione della cartilagine articolare e i dischi intervertebrali mostrano cambiamenti degenerativi di grado 1-2.
• Stadio 2: “Instabilità lombare” al livello o ai livelli interessati si sviluppa a causa della lassità delle capsule delle faccette, della degenerazione della cartilagine e della malattia degenerativa del disco di grado 2-3. Instabilità segmentale: può essere definita come una perdita di movimento e di rigidità segmentale tale che l’applicazione della forza a quel segmento di movimento produrrà spostamenti maggiori di quelli che si verificherebbero in una struttura normale. I test meccanici suggeriscono che il disco intervertebrale è più suscettibile all’ernia in questa fase.
• Stadio 3: La “deformità fissa” è il risultato di processi di riparazione come gli osteofiti delle faccette e peridiscali che stabilizzano efficacemente il segmento di movimento. C’è una degenerazione avanzata dell’articolazione della faccetta (o “sindrome dell’articolazione della faccetta”) e una degenerazione discale di grado 3-4. Di importanza clinica è l’alterazione delle dimensioni del canale spinale a causa della deformità fissa e della formazione di osteofiti.

Importante, l’incidenza della spondilosi e dell’osteoartrite sono le stesse nei pazienti con sintomi e senza sintomi, sollevando la questione se queste condizioni debbano sempre essere considerate come diagnosi patologiche. Questo ha implicazioni cliniche in particolare per quanto riguarda l’interpretazione dei risultati delle indagini radiologiche e il modo in cui i risultati vengono presentati e discussi con i pazienti.

Misure di risultato

Le misure di risultato riguardanti il dolore e la disabilità includono:

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

Per ulteriori valutazioni dei fattori psicosociali associati alle condizioni lombosacrali, le seguenti misure di risultato possono essere utili:

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

Vedi anche, Outcome Measures Database

Esame

Riferimento all’esame lombare.

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