腰仙バイオメカニクス

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Original Editors Bert Lasat
] の項参照。

Top Contributors – Liza De Dobbeleer, Bert Lasat, Uchechukwu Chukwemeka, Katherine Knight and Mariam Hashem

定義/説明

Biomechanics is study of forces and their effects when applied to humans.

  • The lumbosacral spine and is an important biomechanical region of the body.Biaca, BICOは、腰椎を含む生体力学の研究者です。
  • 胸椎の下に位置する腰椎は、通常5つの椎骨
  • 仙骨は、通常5つの融合した仙骨のシリーズで構成されている。
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臨床関連解剖学

体内のすべての椎骨と同様に、腰椎と仙椎は、前方に腰部より大きく円柱状の「本体」、後方に神経組織を守る椎間孔を囲む「椎弓」から構成されています。

腰椎の椎骨は、独特の関節構造である椎間関節で隔てられています。 中央のペースト状の髄核は、主に水（乾燥重量の70-90％）と静水性プロテオグリカン（乾燥重量の65％）からなり、コラーゲン繊維（乾燥重量の15-20％）でゆるく結合されています。 核は、水（60-70％）、コラーゲン（乾燥重量の50-60％）、プロテオグリカン（乾燥重量の20％）からなる環状線維の強い同心円状のコラーゲン層で囲まれており、これらはほとんど凝集している。 核と環状部はともに全体的にII型コラーゲンを含み、外側の環状部はより高濃度のI型コラーゲンを含む。 弾性繊維（10％）も環状組織に含まれ、円形、斜め、垂直に配列され、椎体終板との付着部位に集中している。 椎体終板は椎間板の上下を覆い、椎間板の核部分と環状部分に線維軟骨で強く接合されている。 骨に近い組織ではコラーゲンの濃度が高い。

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腰仙移行部は通常L5/S1レベルで、このレベルの椎間板はくさび形である。 移行椎」とは、最下位の腰椎がある程度癒合している脊椎異常、または人口の4～30％に発生すると考えられている仙骨の不全節である。

仙骨は、前面が凹、背面が凸で頂点がある三角形のくさび形の骨です。 仙骨は前方に傾いており、その上面は上のL5椎骨と関節を結び、「腰仙角」の一因となっている。 椎間板L4/5とL5/S1は、椎体L5とともに腰仙角の測定値の60%近くを占め、平均61度である。 仙骨の前面では、融合した椎体の上端と下端が横方向の隆起として対応しています。 瘢痕は骨盤に強度と安定性を与え、仙腸関節を介して骨盤帯に力を伝達する。 仙骨は下方の尾骨とつながっている。

Biomechanics of the lumbar spine and sacrum (L4-L5 L5-S1)

脊椎における3つの動きは、屈曲、伸展、回転、側屈である。 これらの動きは、矢状面、冠状面、水平面という3つの運動面において、回転と並進の組み合わせとして起こる。 これらの動作により、腰椎や仙骨には圧縮力、引張力、せん断力、曲げモーメント、ねじりモーメントなど様々な力が作用する。 例えば、腰椎の屈曲では、椎間板の前面には圧縮力が、後面にはそしゃく力が作用します。 腰椎の伸展では逆の力が働く。

腰椎複合体は、効果的な荷重支持システムを形成している。 脊椎に外部から荷重が加わると、硬い脊椎体と比較的弾性のある椎間板に応力が生じ、椎間板に歪みが生じやすくなる。 髄核内の圧力は、静止状態でもゼロより大きく、加わる力に対してより大きな抵抗を可能にする「予荷重」機構を備えています。 椎間板内の静水圧が高まり、椎体終板の外側に圧力がかかると、環状線維が膨らみ、同心円状の環状線維に引張力が発生します。 この力の伝達は、隣接する椎骨にかかる圧力を効果的に減速させ、ショックアブソーバーとして機能する。 したがって、椎間板は生体力学的に不可欠な機能であり、脊椎の運動中に隣接する椎骨の間で力を伝達する線維軟骨の「クッション」として効果的に作用しているのである。 腰椎椎間板は、環状線維がより平行に配置され、前方より後方でより薄いこと、核がより後方に配置されていること、軟骨終板の穴のため、他の脊椎領域と比較して損傷を受けやすい。

脊椎に沿って荷重がかかると、核の圧縮により環状体が外側に膨らむため、椎間板と平行に「せん断」力が発生する。 また、ある椎骨が屈曲や伸展によって、隣接する椎骨に対して前方や後方に動くときにも、せん断力が発生する。 ねじり応力は、ねじれの軸に関する外力から生じ、脊椎をねじるような活動によって椎間板に生じる。
接合部（ファセット）は、主に屈曲と伸展の動きを可能にする一方で、せん断力に関して椎間関節に安定性を与える。

傷害のメカニズム／病的過程

（図：脊椎の屈曲に伴う椎間板後方移動（出典：日本整形外科学会）。 )

実験では、「椎間板ヘルニア」や「椎間板脱」は、外傷性ではなく、徐々に進行する、あるいは疲労によるものと考えられていますが、臨床的には、脊椎に大きな負荷がかかり、しばしば屈曲姿勢になると、突然症状が出ることが報告されています。 脊椎の損傷につながりやすいストレスは曲げとねじりで、これらの複合動作にはせん断力、圧縮力、引張力が反映されます。 捻る動きは、コラーゲン繊維の半分だけがどちらかの方向の動きに抵抗するように配向しているので、環状体を傷つけやすい

加齢に伴う椎間板変性変化は、これまで正常と考えられてきた。 例えば、核内のプロテオグリカンの濃度レベルは、年齢とともに減少し、成人期初期の65％から60歳で30％となり、この間に核の水和と弾性環状繊維の濃度の減少に対応し、弾力性のない椎間板となる。 加齢に伴う椎間板の狭小化は長い間考えられてきたが、死後の大規模な研究により、椎間板の寸法は実際には20代から70代の間に増加することが示されている。 見かけ上の椎間板の狭小化は、加齢以外のプロセスの結果であると考えることができる。

また、椎骨内板栄養および椎骨体骨密度レベルの減少も見られる。 下部の骨からの支持の減少は、「微小骨折」と「Schmorl結節」として知られる椎体への核物質の移行をもたらす。通常、胸腰椎と胸椎に見られ、L2レベル以下では発生率が低い。 腰部小面体関節の軟骨下骨密度は50歳まで増加し、その後は減少します。関節軟骨は、特に屈曲と伸展を繰り返す際のせん断力に抵抗する部分に局所的な変化はあるものの、年齢とともに肥厚し続けます。 また、ファセット関節では、上下の関節突起部に繰り返し負荷がかかることにより、「骨棘」「ラップアラウンドバンパー」などの骨性変化が生じると考えられている。

また、変性過程も病的なものと考えられています。 小顔の関節については、「変形性関節症」「退行性関節症」が一般的な診断名です。 また、椎骨や神経孔の部位では、「脊椎症」や「椎間骨軟骨症」が変性変化を表す言葉として使われています。 “椎間板変性症 “といった診断も一般的です。

Figure: 腰椎症（出典：）

腰椎の変性の過程は、3つの段階に分けて説明されています。

  • 第1段階：「初期変性」では、小臼歯関節の弛緩、関節軟骨の線維化、椎間板のグレード1～2の変性が見られる。
  • ステージ2：小臼蓋の弛緩、軟骨の変性、グレード2～3の椎間板変性により、影響を受けたレベルの「腰部不安定性」が発生する。 分節性不安定性：分節の動きと硬さが失われ、その分節に力が加わると正常な構造よりも大きな変位が生じることと定義されることがある。 機械的なテストでは、この段階で椎間板が最もヘルニアになりやすいことが示唆されている。
  • ステージ3：小顔症や椎間板周囲骨棘のような修復過程が効果的に運動セグメントを安定させるため、「固定変形」となる。 ファセット関節の変性（またはファセット関節症候群）およびグレード3～4の椎間板変性が進行しています。 臨床的に重要なのは、固定された変形と骨棘形成による脊柱管寸法の変化である。

重要なことは、症状がある患者とない患者で、脊椎症と変形性関節症の発生率が同じであることで、これらの状態を常に病理診断と見なすべきかどうかという疑問が生じます。 このことは、特に放射線検査所見の解釈や、患者への結果の示し方、患者との話し合いの仕方に関して、臨床的な意味を持つ。

アウトカム指標

痛みと障害に関するアウトカム指標は以下の通りである。

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

腰椎疾患に関する心理・社会面の評価として、以下のものがある。 は、以下の結果指標が有用である。

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

も参照してください。 Outcome Measures Database

検査

Lumbar examinationの項参照。

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