A GERINCOSZLOP BIOMECHANIKJA Gerincoszlop A gerinc csontjai s

A GERINCOSZLOP BIOMECHANIKÁJA

Gerincoszlop

A gerinc csontjai és izületei A gerinc (columna vertebralis) 33 -35, nagyobbára feszes ízülettel összeillesztett, vagy alsó szakaszán össze is csontosodott csigolyából (vertebrae) álló, többszörösen görbült vázrész. A törzs és a nyak vázát, egyben a test csontos tengelyét is képezi. Felső végéhez a koponya illeszkedik. Háti szakasza a bordákkal és a szegycsonttal a mellkast alkotja. Ehhez rögzül felül a felső végtag csontos váza. Alul a gerinc keresztcsonti szakasza a medencecsontokkal az alsó végtag csontos övét alkotja. Csupán az első 24 csigolya valódi (vertebrae verae) csigolya. Az utolsó 9 -11 csigolya oly nagymértékben módosul, hogy ezeket álcsigolyáknak (vertebrae spuriae) nevezzük. A koponyával közvetlenül érintkező első nyakcsigolya és még az utána következő második is annyira eltér a csigolyák általános alakjától, hogy az alábbi általános leírás rájuk nem érvényes. A valódi csigolyán megkülönböztetünk előretekintő, felülről lefelé fokozatosan nagyobbodó és magasodó, korong alakú csigolyatestet (corpus vertebrae). Ez szivacsos csontállományból áll, amelyet kívülről vékony, számos érrel átlyuggatott, porosus corticalis réteg fed. A csigolyatestek egymás felé lapos felszínekkel zárulnak. Ez a felszín szivacsos jellegű, de vékony üvegporc réteggel fedett. A csigolyatest hátrafelé gyenge függőleges vályút képez, ennek két oldalsó széléről ered a csigolyaív (arcus vertebrae), mely a csigolyatesttel a csigolyalyukat (foramen vertebrale) fogja közre. A csigolyalyukak összességükben alkotják a gerinccsatornát (canalis vertebralis). A csigolyaívről erednek a csigolyák nyúlványai: oldal felé és a legtöbb csigolyán kissé hátrafelé a harántnyúlvány (processus transversus), hátul középen a páratlan tövisnyúlvány (processus spinosus) és a felfelé, illetve lefelé irányuló páros ízületi nyúlványok (processus articularis superior et inferior), amelyek révén két szomszédos csigolya egymással két-két ízületet (tehát minden csigolya négyet) alkot. A haránt- és az íznyúlvány eredése előtt a csigolyaív felülről egy sekélyebb, és alulról egy mély bevágást mutat. Két szomszédos csigolya e bevágásai mindkét oldalon egy-egy nyílást, a csigolya közötti lyukat (foramen intervertebrale) alkotják

• Nyaki ( 7 ) Másodlagos görbület • Háti ( 12 ) • Ágyéki (5 ) • Keresztcsonti ( 5 ) • Farokcsonti (3 -5 ) Elsődleges görbület

Nyaki szakasz

A CSIGOLYÁK IZÜLETEINEK ELHELYEZKEDÉSI IRÁNYA Transzverzális Frontális sík Flexió, extenzió, Nyaki lateralis flexió, rotáció Laterális flexió, Háti rotáció, kicsi flexió, extenzió Flexió, extenzió, Ágyéki laterális flexió, Rotáció nagyon kevés Az ízületi felszínek dőlésszöge a transztverzális síkhoz Az ízületi felszínek dőlésszöge a frontális síkhoz

Az oldalsík felé orientálódó ízületi felszínek az előre - hátrahajlítást támogatják (ágyéki csigolyák) A frontális sík felé orientálódó ízületi felszínek az oldal irányú hajlítást támogatják (háti csigolyák)

Az 1. nyakcsigolya vagy fejgyám (atlas) az általános csigolyaidomtól nagymértékben eltér. Teste nincs, ezt elöl karcsú ív helyettesíti. A 2. nyakcsigolya [axis] jobban hasonlít a többi nyakcsigolyához. Csak annyiban tér el tőlük, hogy teste felfelé a fognyúlványba megy át.

Az atlanto-occipitalis ízület: az ízületi rendszer koponya felőli része. Az ízvápa az atlasz homorú felső felszíne, az ízfej a condylus occipitalis domború felszíne. Ez az ízesülés kéttengelyű tojásízület (articulatio ellipsoidea), vízszintes helyzetű haránt és szagittális (elölről hátrafelé irányuló) tengellyel. A tojásdad ízfej és az ennek megfelelő ízvápa két tengely mentén működik. A két, egymásra merőleges ízületi tengely különböző hosszúságú. A vízszintes hosszabb tengely körül a fej hajlítása és nyújtása, a fejbólintás, az „igenlő” és az ellentétes, hátra irányuló mozgás kivitelezhető. A szagittális tengely mentén a váll felé irányuló „ejnye, ejnye” mozgás kivitelezhető. Az ízület két példányban szimmetrikusan a foramen occipitale magnum szélén és alatta helyezkedik el. Egy példányban való előfordulását monocondyliának hívják.

Az atlantoaxialis ízület: az articulatio atlantoaxialis az egytengelyű ízületek egyik formája (articulatio trochoidea), amelynél az ízület tengelye a csont hossztengelyével esik egybe. A függőleges tengelyű kúpízület tulajdonképpen három önálló ízület együttes működésével jellemezhető: 1: a dens elülső felszíne és az atlasz elülső ívének hátsó felszíne; 2 és 3: kétoldalt az atlasz alsó felszíni ovális ízületei és az axis felső ovális ízületei. Szalagkészülék feszíti be az ízfejet az ízvápába (tengely-csapágy mozgás). A komplex ízületben a fej forgatása, „tagadó” mozgása kivitelezhető. Az atlasz alsó ízfelszínei az axis felső ízfelszíneivel ízesülnek.

Függőleges erőhatások (pl. gravitációs erő ) dominancia

A súlyerő befolyása a csigolyák méretére.

7 A porckorongok vastagsága 3 - 9 mm között változik. A gerincoszlop magasságának 20 - 33 %-át teszik ki. 12 5 5 3 -5

A porckorong és a csigolyatest vastagságának aránya 1/5 Háti 1/3 Ágyéki 2/5 Nyaki Minél nagyobb az arány, annál nagyobb a csigolyák közötti mobilitás

Mozgásterjedelem

EXTENZIÓ - FLEXIÓ White and Panjabi, 1978

LATERÁLIS FLEXIO White and Panjabi, 1978

ROTÁCIÓ White and Panjabi, 1978

Mozgásterjedelem az egyes csigolya ízületekben

MOZGÁSTERJEDELEM AZ EGYES CSIGOLYA IZÜLETEKBEN Flexion extension Lateral flexion Rotation 15 Cervical 8 1 10 8 11 47 11 12 11 8 18 6 56 8 10 90 17 12 8 7 92 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100 Izületi szög (fok)

MOZGÁSTERJEDELEM AZ EGYES CSIGOLYA IZÜLETEKBEN Flexion extension Thoracal Lateral flexion Thoracal Rotation Thoracal 10 4 6 6 0 3 3 3 4 5 6 7 6 6 5 6 6 10 6 6 12 6 65 7 5 3 22 10 76 60 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Izületi szög (fok)

MOZGÁSTERJEDELEM AZ EGYES CSIGOLYA IZÜLETEKBEN Flexion extension Lateral flexion Lumbar 12 Lumbar 8 12 7 7 14 8 15 7 3 16 20 79 35 Rotation Lumbar 2 22 2 2 4 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100 Izületi szög (fok)

A mozgásterjedelem változása az életkor függvényében Flexió

Range of motion at the joints of lumbar vertebras at different ages L 1 -L 2 L 2 -L 3 L 3 -L 4 L 4 -L 5 L 5 -S 1

A mozgásterjedelem változása az életkor függvényében Laterális flexió

Range of motion at the joints of lumbar vertebras at different ages L 1 -L 2 L 2 -L 3 L 3 -L 4 L 4 -L 5 L 5 -S 1

Mozgási fajták és irányok a csigolyák között Oldalirányú transzlációs (csúszás) Transzáció felfelé és lefelé Transzláció előre és hátra Oldalirányú forgás (hajlítás) Rotáció a függőleges tengely körül Előre-hátra forgás (hajlítás)

Porckorongok Annulus fibrosus Nucleus pulposus Folyadék összenyomhatatlan Nyomás minden irányban gyengítetlenül terjed

A vastagságuk 3 - 9 mm között változik. A gerincoszlop magasságának 20 - 33 %-át teszik ki.

A CSIGOLYATEST ÉS A PORCKORONGOK MAGASSÁGÁNAK ARÁNYA 1/5 1/3 2/5 0, 2 0, 33 0, 4 Minél nagyobb a kettő aránya (porkorong magasság/csigolyatest), annál nagyobb a mozgékonyság

A porckorongok szerkezete Víz: Nucleus pulposus: 65 -88 %, Annulus fibrosus: 25 -30 % Collagen: Nucleus pulposus: 6 -25 %, Annulus fibrosus: 70 %

Minimum és maximum értékek Reggel kb. egy cm-el magasabbak vagyunk, estére a víz egy része kiszorul

A porckorong alakjának változása Nyújtás Nyugalom Nyomás

NUCLEUS PULPOSUS ELHELYEZKEDÉSE NYAKI 4 -3 -3 HÁTI 4 -3 -3 ÁGYÉKI 4 -4 -2

A porckorong vastagságának változása tartós nyomás alatt 1. 4 mm Vastagság 2. 0 mm

Nyomáseloszlás Külső erő Nucleus pulposus Annulus fibrosus Nyújtóerő Nyomóerő

Nyomás hatására bekövetkező feszülés iránya a nucleus pulposusban Hajlítás hátra Hajlítás előre Hajlítás oldalra Torzió

A porckorongsérv kialakulásának mechanizmusa

A forgási középpont vándorlása

A jelentős porckorong degeneráció állandó stresszhatás alatt tartja a csigolyatest elülső részét a hajlítás során, amely hozzájárul az ezen a részen kialakuló csontritkuláshoz. (Pollintine et al. 2004)

Lumbago - isiász

Erőhatások a gerincoszlopon

NYAKI SZAKASZ Előre hajlítás Normál occ-C 1: 1. 5 Nm occ-C 1: 1. 3 Nm Hátra hajlítás occ-C 1: -0. 2 Nm occ-C 1 C 7 - T 1: 4. 3 Nm C 7 - T 1: 1. 2 Nm C 7 - T 1: -1. 7 Nm

Nyomóerő az ágyéki szakaszra (L 5 -S 1) Egyenes állás: 100 % Fekvés nyújtott testtel: 25 % Ülés egyenes háttal: 140 % Állás törzsdöntéssel: 150 % Ülés törzshajlítással: 180 %

A teherkar változása az ágyéki csigolyáknál

Az üléstámla döntöttségének és alakjának hatása 100 % 80 % 70 % 60 %

A nyomóerő csökkentése az ágyéki szakaszra

A nyomóerő csökkentése az ágyéki szakaszra

A NYOMÓ-, A NYÍRÓ-, ÉS A REAKCIÓERŐK KISZÁMÍTÁSA AZ ÁGYÉKI CSIGOLYÁKRA

Nyomóerő Nyíróerő Nyomóerő

Msúlyerő = Fs · ls Tövisnyúlvány (processus spinosus) Fizom Mi = F i · l i Fs ls li F s · ls = F i · li

Fskomp =Fs · cos 35 o Fsny = Fs · sin 35 o Fi 35º Fkompr = Fi + Fskomp

Az izom által kifejtett erő nagysága Terhelés a porckorongon li = 0. 05 m Fs = 450 N Csak az izomerővel számolva 1350 N ls = 0. 1 m 4500 N Fi = 900 N

Nyomóerő (Fc) Fkomp =(Fs cos 35 o ) + Fi =368 + 900 Fkomp = 1268 N Nyíróerő (Fny) Fny = (Fs sin 35 o) Fny = 258 N

Fkomp= 1268 N NP 1268 · 1, 5 = 1902 N AF 1268 · 5 = 6340 N

35 o cos Fsk om p= Fs Fi Fsny = Ft sin 35 o Fs Fteherny = Ft sin 35 o Fteher =Ft cos 35 o Fte her kom p Fc Fs: a személy súlya; Ft: a kézben tartott teher súlya

Fi Fs ki ki = 0. 05 m ks Fs = 450 N ks = 0. 25 m Ft = 200 N kt Ft kt = 0. 4 m Fi = 3850 N

Nyomóerő (Fc) Ha 200 kg-ot tartunk Ft=200 N Fc =(Ft cos 35 o ) + (Fs cos 35 o) + Fi Fc = 4382 N Fkomp=20 257 N Nyíróerő (Fny) Fny =(Ft sin 35 o ) + (Fs sin 35 o) Fny = 373 N Fny=1405 N

200 kg a kézben Fkomprssziós = 20 257 N

REAKCIÓERŐ (Ft=200 N) Fny Fc Fr 35 o

Reakcióerő alapján: ha 200 kg a kézben NP 20 000 · 1, 5 = 30 000 N AF 20 000 · 5 = 100 000 N

Dinamikus körülmények között Fi = 41 760 N m= 60 kg r= 0, 2 m t= 0, 01 s = 5 = 0, 087 rad = 500 /s = 8, 7 rad/s ki=0, 05 m

1. Ungváry Gy. : Munkaegészségtan. Budapest 2000 2. Molnár J. , Ungváry Gy. : Munkavédelem. Gyakorlati tanácsadó a munkabiztonság, munkaegészségügy, munkahigiené és foglalkozás-egészségügy területén. Budapest 1999 3. Plette R. : Psyches megterhelés és mérések lehetőségei. Munkavédelmi tájékoztató 1999 4. Dr. Morvai Veronika, Dr. Ungváry Gy. : Foglalkozás-orvostani gyakorlati jegyzet 2007

Vége

ROTATION 80 - 90°

20° 20° 75°

30 -40° 60 -70° 20 -30°

Trunk flexion, hip flexion Initial position 60 fok 90 - 120 fok flexion Hip flexion Trunk flexion + hip flexion