A GERINCOSZLOP A GERINCOSZLOP BIOMECHANIBIOMECHANIKÁJAKÁJA

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

• NyakiNyaki ( 7 ) ( 7 )

• HátiHáti ( 12 ) ( 12 )

• ÁgyékiÁgyéki ( (55 ) )

• KeresztcsontiKeresztcsonti ( 5 ) ( 5 )

• FarokcsontiFarokcsonti (3 -5 ) (3 -5 )

Másodlagos görbület

Elsődleges görbület

Nyaki szakasz

Flexió, extenzió,

lateralis flexió,

rotáció

Laterális flexió,

rotáció,

kicsi flexió, extenzió

Flexió, extenzió,

laterális flexió,

Rotáció nagyon kevés

A CSIGOLYÁK IZÜLETEINEK ELHELYEZKEDÉSI IRÁNYA

Transzverzális Frontális sík

Nyaki

Háti

Ágyéki

Az ízületi felszínek dőlésszöge a

transztverzális síkhoz

Az ízületi felszínek dőlésszöge a

transztverzális síkhoz

Az ízületi felszínek dőlésszöge a frontális

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.

A gerincoszlop magasságának 20 - 33 %-át teszik ki.

A porckorongok vastagsága 3 - 9 mm között változik.7

12

5

5

3-5

A porckorong és a csigolyatest vastagságának aránya

1/5 1/32/5

Minél nagyobb az arány, annál nagyobb a csigolyák közötti mobilitás

Háti Ágyéki Nyaki

Mozgásterjedelem

0 5 10 15 20 25

L5-S1

L3-L4

L1-L2

T11-T12

T9-T10

T7-T8

T5-T6

T3-T4

C7-T1

C5-C6

C3-C4

C1-C2

79

65

90

0 50 100

L

T

C

EXTENZIÓ - FLEXIÓ

White and Panjabi, 1978

0 5 10 15 20

L5-S1

L3-L4

L1-L2

T11-T12

T9-T10

T7-T8

T5-T6

T3-T4

C7-T1

C5-C6

C3-C4

C1-C2

35

76

56

0 20 40 60 80

L

T

C

LATERÁLIS FLEXIO

White and Panjabi, 1978

0 10 20 30 40 50

L5-S1

L3-L4

L1-L2

T11-T12

T9-T10

T7-T8

T5-T6

T3-T4

C7-T1

C5-C6

C3-C4

C1-C2

ROTÁCIÓ

14

60

102

0 50 100 150

L

T

C

White and Panjabi, 1978

Mozgásterjedelem az egyes csigolya ízületekben

15

8

1

10

1

47

8

10

8

12

11

10

11

11

12

18

8

8

17

6

7

Flexion - extension

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100

Izületi szög (fok)

90

56

92

Lateral flexion

Rotation

Cervical

Cervical

Cervical

MOZGÁSTERJEDELEM AZ EGYES CSIGOLYA IZÜLETEKBEN

MOZGÁSTERJEDELEM AZ EGYES CSIGOLYA IZÜLETEKBEN

10

4

6

3

6

7

3

6

6

3

6

6

3

6

6

3

6

6

4

6

6

5

6

6

5

6

5

5

6

3

10

7

2

12

10

2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

Izületi szög (fok)

65

76

60

Flexion - extension

Lateral flexion

Rotation

Thoracal

Thoracal

Thoracal

MOZGÁSTERJEDELEM AZ EGYES CSIGOLYA IZÜLETEKBEN

12

8

2

12

7

2

14

7

2

15

8

2

16

7

2

20

3

4

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100

Izületi szög (fok)

35

14

79Lumbar

Lumbar

Lumbar

Flexion - extension

Lateral flexion

Rotation

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0-15 35-49 50-64 65-77

Mo

zgás

terj

edel

em (f

ok)

Életkor (év)

L5-S1

L4-L5

L3-L4

L2-L3

L1-L2

A mozgásterjedelem változása az életkor függvényében

Flexió

Range of motion at the joints of lumbar vertebras at different ages

L1-L2

L2-L3

L3-L4

L5-S1

L4-L5

0

10

20

30

40

50

60

70

0-15 35-49 50-64 65-77

Életkor (év)

Mo

zgás

terj

edel

em (

fok)

L5-S1

L4-L5

L3-L4

L2-L3

L1-L2

A mozgásterjedelem változása az életkor függvényében

Laterális flexió

Range of motion at the joints of lumbar vertebras at different ages

L1-L2

L2-L3

L3-L4

L5-S1

L4-L5

Oldalirányú transzlációs (csúszás)

Transzáció felfelé és lefelé

Transzláció előre és hátra

Oldalirányú forgás (hajlítás)

Rotáció a függőleges tengely körül

Előre-hátra forgás (hajlítás)

Mozgási fajták és irányok a csigolyák között

Porckorongok

Annulus fibrosus

Nucleus pulposusFolyadék összenyomhatatlanNyomás minden irányban gyengítetlenül terjed

A gerincoszlop magasságának 20 - 33 %-át teszik ki.

A vastagságuk 3 - 9 mm között változik.

A CSIGOLYATEST ÉS A PORCKORONGOK MAGASSÁGÁNAK ARÁNYA

1/5 1/32/5

Minél nagyobb a kettő aránya (porkorong magasság/csigolyatest), annál nagyobb a

mozgékonyság

0,2 0,33 0,4

A porckorongok szerkezete

Víz:

Collagen:

Nucleus pulposus: 65-88 %, Annulus fibrosus: 25-30 %

Nucleus pulposus: 6-25 %, Annulus fibrosus: 70 %

65

25

88

30

0102030405060708090

100

NP AF

%

Víz

Kollagén

6

65

25

70

0

10

20

30

40

50

60

70

80

NP AF

%

Minimum és maximum értékek

Reggel kb. egy cm-el magasabbak vagyunk, estére a víz egy része kiszorul

Nyújtás Nyugalom Nyomás

A porckorong alakjának változása

NUCLEUS PULPOSUS ELHELYEZKEDÉSE

NYAKI HÁTI ÁGYÉKI

4 - 4 - 24 - 3 - 34 - 3 - 3

A porckorong vastagságának változása tartós nyomás alatt

1.4 mm 2.0 mm

Vastagság

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

http://images.google.hu/imgres?imgurl=http://www.spineuniverse.com/displaygraphic.php/364/herndisc-BB.jpg&imgrefurl=http://www.spineuniverse.com/displayarticle.php/article28.html&h=350&w=375&sz=18&tbnid=kvuuLeIqvNlhJM:&tbnh=114&tbnw=122&prev=/images?q=nucleus+pulposus&um=1&start=1&sa=X&oi=images&ct=image&cd=1

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

occ-C1

C7- T1

occ-C1: 1.3 Nm

occ-C1: 1.5 Nm

occ-C1: -0.2 Nm

C7- T1: 4.3 Nm C7- T1: 1.2 Nm C7- T1: -1.7 Nm

NYAKI SZAKASZ

Előre hajlítás Hátra hajlításNormál

Nyomóerő az ágyéki szakaszra (L5-S1)Nyomóerő az ágyéki szakaszra (L5-S1)

Egyenes állásEgyenes állás: 100 %: 100 %

Fekvés nyújtott testtelFekvés nyújtott testtel: 25 %: 25 %

Ülés egyenes háttalÜlés egyenes háttal: 140 %: 140 %

Állás törzsdöntésselÁllás törzsdöntéssel: 150 %: 150 %

Ülés törzshajlítássalÜlés törzshajlítással: 180 %: 180 %

A teherkar változása az ágyéki csigolyáknál

Az üléstámla döntöttségének és alakjának hatásaAz üléstámla döntöttségének és alakjának hatása

100 % 80 % 70 % 60 %

A nyomóerő csökkentése az ágyéki szakaszraA nyomóerő csökkentése az ágyéki szakaszra

A nyomóerő csökkentése az ágyéki szakaszraA nyomóerő csökkentése az ágyéki szakaszra

A NYOMÓ-, A NYÍRÓ-, ÉS A REAKCIÓERŐK KISZÁMÍTÁSA

AZ ÁGYÉKI CSIGOLYÁKRA

Nyomóerő

Nyomóerő

Nyíróerő

ls

Fs

Msúlyerő = Fs · ls

li

Fizom

Mi = Fi · li Fs · ls = Fi · li

Tövisnyúlvány (processus spinosus)

35º

Fskomp =Fs · cos 35o Fsny = Fs · sin 35o

Fi

Fkompr = Fi + Fskomp

li = 0.05 m

Fs = 450 N

ls = 0.1 m

Fi = 900 N

issi llFF /)(

Az izom által kifejtett erő nagysága

1350 N

4500 N

Terhelés a porckorongonCsak az izomerővel számolva

Fkomp =(Fs cos 35o ) + Fi =368 + 900

Fkomp = 1268 N

Nyomóerő (Fc)

Fny = (Fs sin 35o)

Fny = 258 N

Nyíróerő (Fny)

NP 1268 · 1,5 = 1902 N

AF 1268 · 5 = 6340 N

Fkomp=1268N

Fs

Fteher

Fi

Fc

35 o

Fsk

omp

=Fs

cos

35o

Fte

her ko

mp =

Ft c

os 3

5o

Fsny = Ft sin 35o

Fteherny = Ft sin 35o

Fs: a személy súlya; Ft: a kézben tartott teher súlya

Fs

Ft

Fi

ks

kt

kiki = 0.05 m

Fs = 450 N

ks = 0.25 m

Ft = 200 N

kt = 0.4 m

Fi = 3850 N

isstti kkFkFF /))()((

Fc =(Ft cos 35o ) + (Fs cos 35o) + Fi

Fc = 4382 N

Fny =(Ft sin 35o ) + (Fs sin 35o)

Fny = 373 N

Nyomóerő (Fc)

Nyíróerő (Fny)

Fkomp=20 257 N

Fny=1405 N

Ha 200 kg-ot tartunkFt=200N

Fkomprssziós = 20 257 N

200 kg a kézben

35 o

Fc

Fny

Fr

REAKCIÓERŐ (Ft=200N)

NFFF nycr 439822

NP 20 000 · 1,5 = 30 000 N

AF 20 000 · 5 = 100 000 N

Reakcióerő alapján:

ha 200 kg a kézben

2

22

t

rm

t

rmM

m= 60 kg r= 0,2 m

t= 0,01 s = 5 = 0,087 rad

= 500/s = 8,7 rad/s

Nmt

rmM 2088

01,0

087,004,0602

Fi = 41 760 N

Dinamikus körülmények között

ki=0,05m

1. Ungváry Gy.: Munkaegészségtan. Budapest 20002. Molnár J., Ungváry Gy.: Munkavédelem. Gyakorlati tanácsadó a munkabiztonság, munkaegészségügy, munkahigiené és foglalkozás-egészségügy területén. Budapest 19993. 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°

75°

20°20° 20°

20°

60 -70°20 -30°

30 -40°

Trunk flexion, hip flexion

Initial position

flexion

60 fok

Hip flexion

90 - 120 fok

Trunk flexion + hip flexion