Lumbosakral biomekanik

Definition/Beskrivning

Biomekanik är studiet av krafter och deras effekter när de appliceras på människor.

• Den lumbosakrala ryggraden och är en viktig biomekanisk region i kroppen.
• Lumbala ryggraden är placerad under bröstkorgsryggen och består normalt av 5 ryggkotor
• Sacrum består av en serie av vanligtvis 5 sammanfogade sakrala ryggkotor.

Kliniskt relevant anatomi

Som alla ryggkotor i kroppen består länd- och sakralkotorna av en ”kropp” framtill som är större och mer cylindrisk i ländryggen och en ”kotbåge” baktill som omsluter kotforamen som skyddar nervvävnaden.

Kotorna i ländryggen är åtskilda av intervertebrala leder som är unika ledstrukturer, De intervertebrala skivorna är ledens nyckelkomponent och består av olika funktioner. Den centrala pastaliknande nucleus pulposus består huvudsakligen av vatten (70-90 %) och hydrostatiska proteoglykaner (65 % av torrvikten) löst bundna av kollagenfibrer (15-20 % av torrvikten). Kärnan är omgiven av annulusfibrosens starka koncentriska kollagenlager som består av vatten (60-70 %), kollagen (50-60 % av torrvikten) och proteoglykaner (20 % av torrvikten) som mestadels är aggregerade. Både kärnan och annulus innehåller genomgående kollagen av typ II och det yttre annulus innehåller en högre koncentration av kollagen av typ I. Elastiska fibrer (10 %) finns också i annulus och är arrangerade cirkulärt, snett och vertikalt, med en koncentration mot fästpunkterna med kotpelarna. Den vertebrala ändplattan täcker de övre och nedre delarna av skivan och är starkt sammanfogad med fibrokartilage med de nukleära och ringformiga delarna av skivan. Det finns en större koncentration av kollagen i vävnaden närmast benet.

Den lumbosakrala övergången sker normalt på nivån L5/S1 och intervertebralskivan på denna nivå är kilformad. En ”övergångskota” är en ryggradsanomali där den nedersta ländkotan till viss del är sammanfogad eller ett misslyckat segment av korsbenet som tros förekomma hos 4-30 % av befolkningen.

Sakrum är ett triangulärt kilformat ben med en konkav främre aspekt, en konvex dorsal aspekt och en spets. Sakrum är lutad framåt så att den övre ytan artikulerar med L5-kotan ovanför vilket bidrar till den ”lumbosakrala vinkeln”. Intervertebralskivorna L4/5 och L5/S1 tillsammans med kotkroppen L5 står för nästan 60 % av vinkelmätningen av den lumbosakrala krökningen, i genomsnitt 61 grader. På den främre ytan av korsbenet motsvarar de övre och undre kanterna på de sammanfogade kotkropparna varandra som tvärgående kammar. Scarum ger bäckenet styrka och stabilitet och överför krafter till bäckenbältet via de sakroiliakala lederna. Sakralkotorna är kopplade till svanskotan inferiört.

Biomekanik för ländryggen och korsbenet (L4-L5 L5-S1)

De tre rörelserna i ryggraden är flexion, extension, rotation och lateral flexion. Dessa rörelser sker som en kombination av rotation och translation i följande 3 rörelseplan: sagittalt, koronalt och horisontellt. Dessa rörelser resulterar i olika krafter som verkar på ländryggen och korsbenet: tryckkraft, dragkraft, skjuvkraft, böjmoment och torsionsmoment. Till exempel, vid flexion i ländryggen appliceras en tryckkraft på skivans främre aspekt och en distraherande kraft på skivans bakre aspekt. De motsatta krafterna uppstår vid extension av ländryggen.

Lumbala ryggradskomplexet utgör ett effektivt lastbärande system. När en belastning appliceras externt på kotpelaren, producerar den spänningar på den styva kotkroppen och den relativt elastiska disken, vilket gör att spänningar lättare produceras i disken. Trycket i nucleus pulposus är större än noll, även i vila, vilket ger en ”förspänningsmekanism” som möjliggör ett större motstånd mot påförda krafter. Det hydrostatiska trycket ökar inom den intervertebrala skivan, vilket leder till ett tryck utåt mot de vertebrala ändplattorna, vilket leder till utbuktning av annulusfibrosen och dragkrafter inom de koncentriska ringfibrerna. Denna kraftöverföring bromsar effektivt trycket på den intilliggande kotan och fungerar som en stötdämpare. De intervertebrala skivorna är därför en viktig biomekanisk egenskap och fungerar effektivt som en ”kudde” av broskfibrer som överför krafter mellan intilliggande kotor under ryggradens rörelser. Ländryggsskivan är mer utsatt för skador än andra ryggradsregioner på grund av att de ringformiga fibrerna är mer parallellt placerade och tunnare bakåt än framåt, att kärnan är placerad mer bakåt och att hålen i de broskiga ändplattorna finns.

När en belastning läggs på längs ryggraden uppstår ”skjuvkrafter” parallellt med den intervertebrala skivan eftersom kompressionen av kärnan resulterar i en lateral utbuktning av annulus. Skjuvkrafter uppstår också när en kotpel rör sig t.ex. framåt eller bakåt i förhållande till en intilliggande kotpel vid flexion och extension. Torsionsspänningar är resultatet av de yttre krafterna kring vridningsaxeln och uppstår i den intervertebrala skivan vid aktivitet som t.ex. vridning av ryggraden.
De zygapofysiska lederna eller ”facettlederna” ger stabilitet åt den intervertebrala leden med avseende på skjuvkrafter, samtidigt som de tillåter främst flexions- och extensionsrörelser.

Skademekanism/patologisk process

Experiment tyder på att ”diskbråck” eller prolaps sannolikt är ett resultat av en gradvis eller utmattningsprocess snarare än en traumatisk skada , men kliniskt rapporteras ofta om plötsligt uppkomna symtom i samband med en oavsiktlig hög belastning av ryggraden, ofta i en böjd hållning. De påfrestningar som sannolikt leder till skador på ryggraden är böjning och vridning, och dessa kombinerade rörelser återspeglar skjuv-, tryck- och spänningskrafter. Vridningsrörelser är mer sannolika att skada annulus eftersom endast hälften av kollagenfibrerna är orienterade för att motstå rörelsen i endera riktningen

De degenerativa diskförändringar som är förknippade med åldrande har betraktats som normala. Till exempel minskar koncentrationsnivåerna av proteoglykaner i kärnan med åldern, från 65 % i tidig vuxen ålder till 30 % vid 60 års ålder, vilket motsvarar en minskning av kärnans hydrering och koncentrationen av elastiska ringfibrer under denna tid, vilket resulterar i en mindre motståndskraftig disk. Man har länge ansett att skivan blir smalare med åldern, men stora post mortem-studier visar att skivans dimensioner faktiskt ökar mellan det andra och sjunde decenniet. En uppenbar diskförträngning kan annars anses vara ett resultat av en annan process än åldrande.

Det finns också minskningar i nivåerna av kotpelarens ändplattans näring och kotkroppens bentäthet. Minskningen av stödet från det underliggande benet resulterar i ”mikrofrakturer” och migration av kärnmaterial in i kotkroppen som kallas ”Schmorls noder”, som vanligtvis ses i thorakolumbala och thorakala ryggraden och har en låg förekomst under L2-nivån. Den subchondrala bentätheten i den lumbala facettleden ökar fram till 50 års ålder, varefter den minskar, och ledbrosket fortsätter att förtjockas med åldern trots fokala förändringar, särskilt där skjuvkrafter under upprepad flexion och extension motverkas. Andra benförändringar förekommer också i facettleden, bland annat bildning av osteofyter och ”wrap-around bumper”, förmodligen på grund av upprepad belastning i de övre respektive undre ledprocessregionerna.

Degenerationsprocesserna har också betraktats som patologiska. När det gäller facettlederna är ”osteoartrit” och ”degenerativ ledsjukdom” vanliga diagnoser. ”Spondylos” och ”intervertebral osteokondros” är också termer som används för att beskriva degenerativa förändringar på kotornas och neuralforaminernas plats. ”Degenerativ diskus sjukdom” och är också vanliga diagnoser.

Degenerationsprocessen i ländryggen har beskrivits i tre faser:

• Fas 1: ”Tidig degeneration” innebär ökad slapphet i facettlederna, fibrillering av ledbrosket och de intervertebrala diskarna uppvisar grad 1-2 degenerativa förändringar.
• Steg 2: ”Lumbal instabilitet” på den eller de berörda nivåerna utvecklas på grund av slapphet i facettkapslarna, broskdegeneration och grad 2-3 degenerativa diskbråck. Segmentell instabilitet: kan definieras som förlust av rörelse och segmentell styvhet så att kraftpåverkan på det rörelsesegmentet ger upphov till större förskjutningar än vad som skulle inträffa i en normal struktur. Mekanisk testning tyder på att den intervertebrala disken är mest mottaglig för herniation i detta skede.
• Steg 3: ”Fast deformitet” beror på reparationsprocesser som facett- och peridiskala osteofyter som effektivt stabiliserar rörelsesegmentet. Det finns en avancerad facettleddegeneration (eller ”facettledssyndrom”) och diskdegeneration av grad 3-4. Av klinisk betydelse är förändrade dimensioner av ryggradskanalen på grund av fixerad deformitet och osteofytbildning.

Väsentligt är att förekomsten av spondylos och artros är densamma hos patienter med symtom som hos patienter utan symtom, vilket väcker frågan om dessa tillstånd alltid ska betraktas som patologiska diagnoser. Detta har kliniska implikationer, särskilt när det gäller tolkning av resultat av radiologiska undersökningar och hur resultaten presenteras för och diskuteras med patienterna.

Resultatmått

Resultatmått avseende smärta och funktionsnedsättning inkluderar:

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

För ytterligare bedömning av psykosociala faktorer som är förknippade med lumbosakraltillstånd, kan följande resultatmått vara användbara:

• 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

Se även, Outcome Measures Database

Undersökning

Hänvisa till Lumbalundersökning.

1. 1.0 1.1 1.1 1.2 1.3 Jensen M Biomechanics of the lumbar intervertebral disk: a review. Sjukgymnastik. 1980; 60(6):765-773.
2. 2,0 2,1 2,2 Moore, KL. Clinically Oriented Anatomy (tredje upplagan). 1992, Baltimore: Williams and Wilkins
3. 3.0 3.1 3.2 3.3 3.3 3.4 3.5 3.6 Bogduk, N. (2012). Radiological and Clinical Anatomy of the Lumbar Spine (5th ed.). 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. Lumbosakrala övergångskotor: klassificering, bilddiagnostiska fynd och klinisk relevans. AJNR Am J Neuroradiol 2010; 31:1778-1786
6. Damasceno LHF, Catarin SRG, Campos AD, Defino HLA. Lumbar lordos: en studie av vinkelvärden och av kotkropparnas och de intervertebrala skivornas roll. Acta Ortop Bras 2006; 14(4):193-198
7. 7,0 7,1 7,2 Adams M., Bogduk N., Burton K. Dolan P.. Biomekanik för ryggsmärta. Eds. 2002. s238
8. McKenzie, R. (1981). Ländryggen: mekanisk diagnos och terapi. Waikanae, Nya Zeeland: Spinal Publications.
9. White A, Panjabi M. Clinical Biomechanics of the Spine. 1978, Philadelphia: JB Lippincott Co.
10. Hirsch C. Reaktionen hos intervertebrala skivor på kompressionskrafter. J Bone Joint Surg (Am) 1955; 37:1188-1191
11. 11.0 11.1 Frymoyer JW, Selby DK. Segmentell instabilitet. 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