Namáhanie chrbtice na tlak a vzper
Namáhanie chrbtice na vzper
vzperný tlak a stabilita - zanedbávaná biomechanika
Chrbtica je multitkanivový muskuloskeletálny systém, ktorý si vie poradiť s veľkými viacosovými zaťaženiami a pohybmi pri rôznych aktivitách a bežne je vystavená opakovanému kombinovanému zaťaženiu vrátane axiálneho krútiaceho momentu. Ale aj chrbtica má svoje obmedzenia, limity a v liečebnej rehabilitácii dbáme na opatrnosť a bezpečnosť pacienta. Chrbtica je taká pevná, pružná, stabilná ako jej najslabší segment. Pavučina elastínových vlákien poskytuje pružnosť, zatiaľ čo kolagénové vlákna poskytujú pevnosť a stabilitu.
Opakované pohyby flexie-extenzie s nízkou veľkosťou tlakových síl sú účinným mechanizmom spôsobujúcim herniáciu disku. Je potrebné, aby sme kvantifikovali pridanie axiálneho krútiaceho momentu k účinnosti mechanizmov zlyhania, ako je tomu pri hernii disku. Všímajme si indície tlakového zaťaženia najmä pri nadváhe a obezite pacientov, ktorí podstupujú proces liečebnej rehabilitácie hernie spinálneho disku či skoliózy.
Namánie chrbtice na tlakový vzper vytvára skoliotické zakrivenie na chrbtici v kombinácii s ďalšími namáhaniami. Excentricky pôsobiaca hmotnosť vaku vyvoláva tuhnutie horného trapézového svalu a prenos ťažkostí do krčnej chrbtice - tuhá šija a výskyt bolestivých spazmov.
Ale napr. cvičenia lumbálnej extenzie, flexie, torzie sú prospešné v kombinácii s mechanickou trakčnou terapiou v liečebnej rehabilitácii, pretože zlepšujú funkcie a poskytujú úľavu od bolesti.
Obezita
Nielen na Slovensku, ale ani v zahraničí nepripisujú v biomechanike pozornosť rizikovému namáhaniu chrbtice na vzper (vybočenie). V angličtine buckling. Chýba aj na tomto obrázku. V mechanike (statika) sa najnižšie kritické vzperné zaťaženie nazýva Eulerovo vzperné zaťaženie. Kritické napätie je priemerné axiálne napätie v priereze pri kritickom zaťažení.
Obezita je faktor, ktorý môže viesť k chronickej bolesti dolnej časti chrbta. Tento problém bude v blízkej budúcnosti ďalej eskalovať so súčasne rastúcim počtom populácie s nadváhou a obezitou. Nárast telesnej hmotnosti zvýši zaťaženie v driekovom sektore chrbtice, čo povedie k potenciálnemu faktoru degenerácie medzistavcových platničiek. Navyše nadmerné zaťaženie aplikované na lumbálnu chrbticu má tendenciu zlomiť koncovú doštičku tela stavca pred poškodením medzistavcovej platničky – perspektíva detí a mládeže s nedostatkom pohybu a nevhodnými stravovacími návykmi.
Stačí malá dysbalancia a chrbtica je výrazne rizikovo namáhaná na vzper.
Zaťaženie aplikované na lumbálnu chrbticu zvýši intradiskálny tlak, intersegmentálnu rotáciu a pôsobenie na fazetové kĺby. Tlaková záťaž na chrbticu znižuje výšku disku v dôsledku zníženia objemu želatínovej hmoty v nucleus pulposus. Keď je tekutina vytláčaná z disku, tkanivo sa reorganizuje, čo spôsobí tečenie kolagénových vlákien viskoelastického prstenca. V dôsledku toho sa zvýši hydrostatický tlak a vonkajší prstenec sa začne vydúvať.
Zvýšenie telesnej hmotnosti zvýši napätie vo všetkých vertebrálnych segmentoch v driekovom sektore chrbtice, najmä v segmente L4-L5 a L5-S1. Okrem toho býva nucleus pulposus vážnejšie postihnutý v porovnaní s anulus fibrosus. Pohyby flexie a extenzie bedrovej chrbtice majú rozdielny percentuálny vplyv na medzistavcovú platničku, ťažší jedinci budú pociťovať zvýšené zaťaženie pri medzistavcovej platničke bez ohľadu na polohu chrbtice. To môže byť faktor, ktorý povedie ku skorému poškodeniu medzistavcových platničiek.
Kompresia + torzia = kombinované namáhanie.
Obezita sama osebe zvyšuje problematické riziko namáhania chrbtice na vzper.
KOMPRESIA CHRBTICE
Fibrokartilaginózna štruktúra spájajúca vertebrálne telá je najsilnejšia pri znášaní tlakového zaťaženia, ale nie je vhodná na to, aby odolala kombinovanej flexii a axiálnej rotácii. Počas cvičenia sa prejavuje kontraproduktívny účinok kinetických reťazcov (ukazovatele sily, dráhy pohybu a výsledného krútiaceho momentu) premietnutý do postúry, lokomócie a ďalších činností nielen v bežnom živote. Pri kompresii sa medzi namáhanými kompozitnými tkanivami chrbtice zvyšuje trenie, ktoré výrazne ovplyvňuje proces deformácie najmä pri nízkej viskoelasticite tkaniva. Tlaková torzia je proces plastickej deformácie. Aby sme predišli nestabilite, je potrebný recipročný proces medzi aktívnymi (svaly), pasívnymi (osteoligamentózna chrbtica) a nervovými zložkami.
Viskoelasticita biologických tkanív (napr. kolagénových vlákien viskoelastického prstenca medzistavcovej platničky) sa prejavuje kombináciou pružných a viskóznych vlastností - koža, chrupka, šľachy a väzy, cievy, svalové tkanivo (deformácia po zaťažení, časová závislosť, relaxácia, krepanie - vŕzganie, hysteréza - viskoelastický jav, ktorý sa týka deformácie tkaniva v dôsledku krátkodobého zaťaženia, teplotná citlivosť, rýchlosť zaťaženia).
Na obrázkoch je chrbtica v procese liečebnej rehabilitácie zaťažená frekventovaným ale neraz prehliadaným vysoko rizikovým namáhaním na vzper (vybočenie, posunutie). Napätie v chrbtici spôsobené priamym zaťažením je malé v porovnaní s napätím, ktoré je spôsobené porušením chrbtice jej vybočením, kedy sa začína negatívne prejavovať rizikové namáhe chrbtice v šmyku (strihu) na povrchu tkanív. Skrátenie a zlyhanie chrbtice nastrane v dôsledku vybočenia, posunutia - smer pôsobenia axiálnej, radiálnej a tangenciálnej sily (ohybová tuhosť-pružnosť). Vzperná nestabilita spôsobí deformáciu chrbtice (vzájomná zmena polohy častíc chrbtice je obvykle sprevádzaná zmenou rozmerov a tvaru chrbtice). Pri trakčnej kinezioterapii k takýmto deformáciám nedochádza.
Aj keď hovoríme o izolovanej spinálnej rotácii, šikmé brušné svaly nie sú pri tomto type cvičenia izolované, pretože sa do rotácie zapájajú aj svaly vystierača chrbtice (m. erector spinae). Ak do rehabilitačnej cvičebnej zostavy pridáme rotačné cvičenie, mali by sme postupovať pri klasických rehabilitačných cvičeniach opatrne. Nemali by sme vykonávať žiadne kombinované cviky, pri ktorých trup ohýbame alebo prehýbame a následne otáčame (najmä v extrémnych pozíciách), pretože tým nadmerne a zbytočne zaťažujeme segmenty chrbtice najmä pri aktivácii kompresie chrbtice. To by mal byť v ojedinelých prípadoch najvyšší level liečebnej rehabilitácie. Zlyhanie vertebrálneho segmentu sa výrazne zvyšuje, keď zaťaženie prebieha vo viacerých smeroch súčasne. Ak sa dostávame od malých zanedbateľných deformácií k nezanedbateľným, sme svedkami straty stability chrbtice - zmena polohy a tvaru.
Namáhanie chrbtice na vzper
Z mechaniky: Na počiatku zaťažovania sa zaťažovaná tyč stláča a od určitého okamžiku sa začne prehýbať.
Vzper je spôsob namáhania chrbtice zaťaženej osovým tlakom. V dôsledku rôznych nepresností zaťaženia spôsobených najmä asymetrickým rozložením záťaže na chrbticu, nerovnováhou svalových reťazcov, tlaková sila nepôsobí vždy presne v osi segmentov chrbtice, chrbtica pri jej zaťažovaní vybočí a dochádza ku zmene namáhania – chrbtica je namáhaná aj ohybom.
Technicky zvládnutý drep je znakom vitality organizmu, funkčnej chrbtice v driekovom sektore, funkčných bedrových, kolenných i členkových kĺbov. Variantu bezpečného trakčného drepu môžu cvičiť tehotné dámy i jedinci s nadváhou či obezitou.
Kritické zaťaženie je najväčšie zaťaženie, ktoré nespôsobí bočný priehyb (vybočenie), deformáciu. Pri zaťaženiach väčších ako kritické zaťaženie sa chrbtica vychýli do strany (zlyhanie chrbtice), dochádza ku strate stability tvaru. Keď sa zaťaženie zvýši nad kritické zaťaženie, bočné priehyby sa zväčšujú, a chrbtica môže zlyhať v iných režimoch, ako je napr. poddajnosť tkanív.
Konštrukčná sila chrbtice je sila, deformácia alebo zrýchlenie pôsobiace na konštrukčné prvky chrbtice. Zaťaženie spôsobuje napätie, deformáciu a posun v jej konštrukcii. Chrbtica zostane rovná pre zaťaženia menšie ako je kritické zaťaženie. Veľkosť deformácie nad kritickú silu závisí na geometrických rozmeroch a tvare prierezu chrbtice, na spôsobe uloženia (väzbách) jej koncov a kvalite tkanív chrbtice (väčšie riziko pri zdravotných poruchách). Po zaťažení nad kritickú silu si chrbtica nezachová počiatočný stav tzv. pružnej rovnováhy silových účinkov pôsobiacich na ňu.
Aj u chrbtice (segmentoch) má veľkosť deformácie istú hranicu. Za touto hranicou nastávajú trvalé premeny kompozitných tkanív, trvalé deformácie a vznik trhlín. Táto hranica je hranicou elasticity. Hlavným znakom plastickej deformácie je nevratnosť (ireverzibilita).
V bežnom živote sa s namáhaním chrbtice na vzper stretávame napr. pri nosení nákupu, jednostrannom nosení školského vaku. Vybočenie je náhla deformácia konštrukčného prvku chrbtice (zaťažená tlakom), ku ktorej dochádza, keď tlakové zaťaženie v prvku presiahne kritickú hodnotu (pri vzpere je konkávna časť chrbtice namáhaná na tlak a konvexná časť na ťah).
Precenením svojich schopností, úrazmi, dopravnými nehodami vznikajú trvalé následky na zdraví človeka, imobilita, ktoré v mnohých prípadoch nedokáže vyriešiť ani chirurgický zákrok.
Príklady vzperového namáhania: špecifický prípad namáhania tlakom (vzperný tlak), ide už o kombinované namáhanie tlakom (sekundárne ťahom - konvexný oblúk) + ohybom + krútením + šmykom); zmeny deformačných uhlov. 1 drep fixovaný v hornej časti na Smithovom stroji (multipress); parafráza skoliózy, 2 drep veľkou činkou. Vybočenie môže spôsobiť slabé svalstvo, svalová nerovnováha, nerovnomerne excentricky rozložená záťaž, vysoká záťaž, nesprávna technika, neurologický problém, ...
V biomechanike sa ľubovoľná všeobecná sila pôsobiaca na chrbticu rozkladá na tri zložky vektorovým rozkladom (trojrozmerné namáhanie)
-
Axiálna sila pôsobí v smere osi chrbtice. Axiálna sila má tendenciu chrbticu naťahovať (trakčná kinezioterapia) či stláčať, prípadne posúvať (vzper). Všeobecný význam slova axiálna je „v smere osi“.
-
Radiálna sila pôsobí kolmo k osi chrbtice v rovine prechádzajúcej osou chrbtice. Radiálna sila má tendenciu chrbticu ohýbať.
-
Tangenciálna sila pôsobí kolmo k osi chrbtice v rovine neprechádzajúcej osou chrbtice. Tangenciálna sila má tendenciu chrbticu otáčať (aj ohýbať).
Deformácia chrbtice pri namáhaní chrbtice na vzper pôsobením jednostranného zaťaženia - axiálna sila pri kompresii chrbticu stláča a posúva. Vytvárajú sa vyznačené rizikové oblasti.
-
Vzťah tangenciálnej a radiálnej sily
Tangenciálnu silu je možné nahradiť radiálnou silou rovnakého smeru a veľkosti a krútiacim momentom. Vzťah medzi tangenciálnou silou a radiálnou silou možno chápať v kontexte kruhového pohybu.
DEKOMPRESIA CHRBTICE
Axiálna ťahová sila v trakčnej kinezioterapii vyvoláva na chrbtici jej dekompresiu.
Pri polohe v ohybe chrbtice zaberá uvoľnenie zadných tkanív (najmä dorzálna mediálna hernia) pred aplikáciou ťažnej sily. Trakcia spôsobí ohybový moment na chrbtici, ako aj axiálnu distrakciu. Preto sú axiálne napätie a ohybový moment generované ťažnou silou účinnejšie pri optimálnom naťahovaní zadných tkanív.
Uhol ťahu pri trakcii ovplyvňuje trenie medzi segmentami chrbtice. Terapeuti pri výbere techniky liečby pri bolesti krížov zvažujú relatívnu veľkosť a smer vyvolaných záťaží a ich variácie s úrovňou segmentov.
Systém cielenej celostnej trakčnej kinezioterapie chrbtice využíva efekt optimálne cielenej dekompresie chrbtice. Zmeníme smer (uhol) ukotvenia elastického lana (therabandu) a cvičenie nadobúda potrebné progresívne rehabilitačné benefity.
Aby sme podporili v trakčnej kinezioterapii biomechanický účinok veľkosti a smeru vyvolaných záťaží, lokalizujeme podľa zdravotnej etiológie ventrálno-dorzálne dýchanie ipsilaterálne alebo kontralaterálne podľa asymetrických zdravotných ťažkostí (riešenie svalovej nerovnováhy).