LA BIOMECCANICA. Dr. Andrea Melani Biomeccanica del rachide lombare

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1 LA BIOMECCANICA

2 LA BIOMECCANICA

3 Che cos è la BIOMECCANICA! Si occupa di applicare le leggi della meccanica agli organismi viventi! Limiti:! I modelli biomeccanici sono quasi sempre una semplificazione del movimento umano! Per poter sfruttare a pieno i modelli biomeccanici, è necessario tenere sempre in considerazione le strutture sensitivo-sensoriali e neuromotorie.

4 Quali sono gli strumenti della BIOMECCANICA! Leve! Bracci Di Potenza Di Resistenza! Fulcro! Potenza! Resistenza! Momenti! Vettori! Punto di applicazione! Direzione! Verso! Intensità

5 Caratteristiche delle LEVE! Generi I genere o Interfulcrale II genere o Interresistente III genere o Interpotente! Le leve presenti nel corpo umano sono spesso di III genere

6 LEVE di I genere! Sono vantaggiose o svantaggiose a seconda della distanza del fulcro dai punti di applicazione della POTENZA e della RESISTENZA! Nel corpo umano non sono quasi mai vantaggiose

7 LEVE di II genere! Sono sempre vantaggiose Braccio di Potenza > Braccio di Resistenza

8 LEVE di III genere! Sono sempre svantaggiose Braccio di Potenza < Braccio di Resistenza

9 Vantaggioso o Svantaggioso, un concetto relativo! Dipende cosa intendiamo per vantaggio! I muscoli hanno una capacità di accorciamento minore del 50% della loro lunghezza

10 Caratteristiche delle LEVE! I generi, sono fissi? Alcuni esempi:! Tibio-tarsica! Gomito! Ginocchio Come variano a seconda del loro uso?

11 Come devo osservare una leva?! Nella biomeccanica è fondamentale osservare l azione delle forze, che siano a favore o a sfavore! In questo modo posso capire se un esercizio è finalizzato allo scopo oppure no

12 Le forze non sono un concetto assoluto! La forza (grandezza scalare) applicata ad un segmento scheletrico non ci dice niente! Dobbiamo sapere come questa forza si esprime sulla leva (grandezza vettoriale)

13 Grandezze scalari e vettoriali! Una grandezza si dice scalare quando può essere espressa solo con un numero! Massa! Tempo!! Una grandezza si dice vettoriale quando non può essere espressa solo con un numero. Sono necessari altri parametri qualitativi! Velocità! Accelerazione!

14 Le grandezze vettoriali! Nella pratica, raramente ci si imbatte nell esigenza di dover calcolare una forza dal punto di vista fisico. Quello che ci interessa è acquisire la mentalità.! Dobbiamo essere in grado di: Somministrare con criterio la giusta dose di esercizio Valutare l effetto di una forza esterna che agisce sul corpo

15 Il Vettore! Per indicare l azione delle forze in gioco usiamo i vettori Punto di applicazione Intensità Direzione Verso

16 Il Vettore! E sempre importante scomporlo per individuare come la forza avrà la possibilità di generare il movimento! Un vettore può essere scomposto in infiniti modi, bisogna tenere conto della meccanica articolare su cui agisce

17 Il Vettore! A livello articolare si generano solitamente due componenti: Una efficace per il movimento Una diretta nella direzione dell articolazione che, a seconda del verso, potrà essere coattante o dislocante

18 Il Vettore! Altri esempi di scomposizione delle forze

19 La contrazione muscolare! Isometrica La lunghezza del muscolo resta costante! Isotonica Il tono del muscolo resta costante! Auxotonica Il tono del muscolo si modifica continuamente! Isocinetica La velocità di accorciamento/allungamento resta costante Concentrica I capi articolari si avvicinano Eccentrica I capi articolari si allontanano

20 La contrazione muscolare! Isometrica La lunghezza del muscolo resta costante! Isotonica Il tono del muscolo resta costante! Auxotonica Il tono del muscolo si modifica continuamente! Isocinetica La velocità di accorciamento/allungamento resta costante

21 Il Rachide! Rigido e flessibile Formato da numerosi segmenti articolati tra di loro Regolato da sartie (muscoli e legamenti) sotto il controllo del SNC

22 Il Rachide nel suo insieme! La colonna, grazie alle sue curve, si posiziona più o meno centralmente risolvendo compiti funzionali statici e dinamici Accoglie i visceri! Più posteriore a livello del torace Bilancia le forze! Più centrale a livello del capo e del bacino

23 Il Rachide nel suo insieme! Sul piano sagittale: 2 lordosi 2 cifosi! Sul piano frontale Nessuna curva Colonna

24 L evoluzione delle curve! La conquista della stazione eretta ha portato all inversione della curva lombare! Lo stesso processo lo si osserva a livello fetale L ontogenesi segue la filogenesi

25 Le curve rachidee! Grazie alle curve le forze di compressione si scompongono diminuendo la pressione discale! Se le curve escono dalla loro fisiologia, osserveremo l aumento della componente pressoria o di quella traslatoria

26 Le stazioni ed il sovraccarico

27 Gli elementi costitutivi! Vertebra tipo Peduncoli Apofisi articolari Processi trasversi Lamine Processo spinoso Vertebra tipo

28 Il corpo vertebrale! L organizzazione trabecolare fa emergere i punti deboli del corpo vertebrale! Resistenza del muro anteriore: 600 Kg! Resistenza del muro posteriore: 800 Kg

29 Funzione statico-dinamica! Verticalmente Statica (A) Dinamica (B)! Orizzontalmente Passivo (I) Motore (II)! Disco! Forame di coniugazione! Articolazioni interapofisarie! Legamento giallo! Legamento interspinoso! Il sistema a leva di I genere consente Ammortizzamento attivo Ammortizzamento passivo

30 Funzione statico-dinamica! Verticalmente Statica (A) Dinamica (B)! Orizzontalmente Passivo (I) Motore (II)! Disco! Forame di coniugazione! Articolazioni interapofisarie! Legamento giallo! Legamento interspinoso! Il sistema a leva di I genere consente Ammortizzamento attivo Ammortizzamento passivo

31 Struttura del disco intervertebrale! Nucleo Gel - 88% di acqua Assenza di vasi e nervi Sotto pressione (precompressione)! Anulus Fibroso La direzione delle fibre cambia inclinazione e direzione diventando inestensibile

32 Lo snodo vertebrale! Anfiartrosi Flesso-estensione Inclinazione laterale Rotazione Scivolamento

33 Precompressione e auto-stabilizzazione! Le sollecitazioni aumentano scendendo verso il sacro Nucleo 75% Anulus 25%! Il nucleo distribuisce il carico all Anulus grazie alla sua precompressione! Con l avanzare dell età, lo stato di precompressione diminuisce e il rachide perde di mobilità

34 Precompressione e auto-stabilizzazione! Se il disco riceve delle sollecitazioni asimmetriche, grazie allo stato di precompressione del nucleo è in grado di auto-equilibrarsi! Anello e nucleo formano una coppia funzionale quando esiste l integrità di entrambi

35 La migrazione di acqua dal/nel nucleo! Il disco cede ed acquista acqua durante la giornata! Fino a 2 cm di statura tra la mattina e la sera

36 I movimenti del disco! In trazione: Una trazione reidrata il disco (trattamento di alcune ernie) Il nucleo assume forma più sferica Se la trazione eccede, non assistiamo a reidratazione perché l anulus si schiaccerà all interno ovalizzando il nucleo lateralmente! In trazione: Si assiste ai fenomeni opposti

37 I movimenti del disco! In flesso-estensione Il nucleo si schiaccia perdendo la sua idratazione Il nucleo si comprime e si sposta nel senso della convessità facilitando la riequilibratura

38 I movimenti del disco! In flessione laterale Il nucleo si schiaccia perdendo la sua idratazione Il nucleo si comprime e si sposta nel senso della convessità facilitando la riequilibratura

39 I movimenti del disco! In torsione: Le fibre dell Anulus entrano in tensione secondo la loro disposizione spaziale Le fibre più tese saranno all interno dell Anulus dove hanno inclinazione maggiore La compressione del nucleo è molto alta E il movimento più lesivo! Ancora di più se associato ad un movimento in flessione

40 I movimenti del disco! Sovraccarico statico su vertebra inclinata: Si metteranno in tensione le fibre con inclinazione inversa alla componente T! Conclusioni Qualsiasi movimento mette in tensione le fibre dell anulus e provoca un aumento della pressione del nucleo

41 La rotazione automatica del rachide! Durante i movimenti di flessione laterale, il rachide opera una rotazione automatica su se stesso nel senso della convessità! I responsabili di questo meccanismo sono: Il disco con il suo nucleo I legamenti intertrasversari! Nella flessione anteriore, il soggetto normale non deve presentare gibbi Animazione

42 L ampiezza dei movimenti di rotazione! La rotazione assiale cresce dal basso verso l alto: Lombare 5 Dorsale 35 Crevicale 50! La differenza sta nel: Numero di vertebre Disposizione delle faccette articolari

43 Valutazione della flessibilità articolare del rachide! La valutazione della flessibilità del rachide si può effettuare attraverso test da campo! Bisogna eliminare i fattori che perturbano la misurazione

44 Architettura della cintura pelvica! In senso discendente il carico passa da L5 al sacro che lo distribuisce sull acetabolo! In senso ascendente la resistenza del suolo arriva attraverso collo e testa del femore sull acetabolo! Una parte delle resistenze si scarica sulla sinfisi pubica

45 Architettura della cintura pelvica! Il sacro è dotato di un sistema autobloccante La disposizione dei legamenti fa si che più aumenta il carico e più il sacro si blocca tra gli iliaci

46 Architettura della cintura pelvica! Il sacro è dotato di un sistema autobloccante La disposizione dei legamenti fa si che più aumenta il carico e più il sacro si blocca tra gli iliaci

47 L assetto del cingolo pelvico! La sinfisi pubica costituisce un elemento fondamentale per la solidità del bacino Deve sapersi adattare alle sollecitazioni senza rompersi! L atteggiamento dell anca influisce sull assetto del bacino

48 Il tratto lombare

49 Il tratto lombare

50 Il rachide lombare nel suo insieme! 5 vertebre! 3 angoli Sacrale Lombo-sacrale Inclinazione del bacino! E soggetto ai movimenti di antiversione e di retroversione

51 Valutazione assetto del bacino Piollet Schulthess NORMALE ANTIVERSO RETROVERSO

52 La rotazione delle vertebre lombari! Il centro di rotazione non è al centro del corpo vertebrale ma dietro, tra le lamine! Al movimento di rotazione si associa obbligatoriamente un movimento di scivolamento! Il tratto lombare non è progettato per i movimenti di torsione (1 per ogni vertebra) Vertebra lombare

53 La rotazione delle vertebre lombari! Il centro di rotazione non è al centro del corpo vertebrale ma dietro, tra le lamine! Al movimento di rotazione si associa obbligatoriamente un movimento di scivolamento! Il tratto lombare non è progettato per i movimenti di torsione (1 per ogni vertebra) Vertebra lombare

54 Cerniera lombo-sacrale! E il punto debole di tutta l architettura! In casi di stress eccessivo si realizzerà una lisi dell istmo vertebrale con successiva spondilolistesi! Possiamo fare molto per migliorare lo stato di benessere del malato di spondilolistesi

55 I muscoli laterali del tronco! Quadrato dei lombi Inclina il tronco omolateralmente! Psoas Inclina il tronco omolateralmente Ruota il tronco controlateralmente Lordotizza

56 I muscoli laterali del tronco! Quadrato dei lombi Inclina il tronco omolateralmente! Psoas Inclina il tronco omolateralmente Ruota il tronco controlateralmente Lordotizza

57 Detensione dei flessori dell anca

58 Il sistema pneumico! Nella flessione avanti del busto, il peso P applicato su P1 sarà contrastato dall azione dei muscoli spinali applicati in S1. La loro forza deve essere 7-8 volte maggiore di P1. Il carico su L5-S1 sarà P1+S1! Si calcola che un peso di 10 Kg sollevato interamente dal tronco, necessita di una forza dei muscoli spinali dai 256 ai 363 Kg. Il carico sopportato dal nucleo arriva fino ai Kg, oltre il punto di rottura della vertebra. Come è possibile che il disco sopporti tale carico senza rompersi?! La manovra di Valsalva consente di ridurre i bracci di leva.

59 Statica lombare! Le curve del rachide si compensano con delle controcurve! Mantenimento della stazione eretta Tricipite surale Ischio-crurali Glutei paravertebrali

60 Statica lombare! Posizione seduta ischiatica Il bacino tende ad andare in antiversione! Posizione non rilassante! Posizione seduta ischio-femorale Massimo relax! Posizione seduta ischio-sacrale Relax lombare, ventilazione difficile, scompensi cervico-dorsali

61 Il canale di coniugazione! Modificazioni afisiologiche delle curve del rachide lombare possono dare sofferenza del canale di coniugazione e quindi dei nervi spinali! Un attento programma di ginnastica è in grado di migliorare la meccanica vertebrale

62 Il meccanismo d azione del Diaframma! Muscolo chiave della respirazione! Assume un ruolo di primaria importanza dal punto di vista della sfera psico-sociale dell individuo

63 Antagonismo-Sinergia tra diaframma e addominali! La loro azione è di continuo antagonismo sinergico! Da qui l importanza del ruolo della muscolatura addominale anche nel rachide dorsale

64 Il concetto delle catene ascendenti e discendenti! Non sempre il dolore ci indica la zona di origine! Spesso l organismo si organizza per compensare un deficit e questo porta all iperfunzione di altre strutture