BIOMECCANICA DELLA COLONNA VERTEBRALE

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La colonna vertebrale dell’uomo è una struttura di notevole complessità. Serve da supporto al tronco ed alla testa, protegge il midollo spinale e la sua flessibilità permette i movimenti del tronco sui tre piani. La stabilità e la resistenza della colonna vertebrale vengono assicurate, in maniera intrinseca, dai legamenti e dai dischi intervertebrali mentre i muscoli fungono da strutture entrinseche. L’unità funzionale di base della colonna vertebrale è chiamata segmento di movimento ed è costituita dalle vertebre e dai tessuti molli che uniscono quest’ultima tra loro.

La porzione anteriore è costituita dai corpi vertebrali sovrapposti, dal disco intervertebrale e dai legamenti longitudinali. La porzione posteriore è formata dagli archi vertebrali, dalle articolazioni intervertebrali, dai processi trasversi e spinosi e dai legamenti corrispondenti. I corpi vertebrali sono sottoposti principalmente a forze di compressione e le loro dimensioni sono in funzione del peso che devono sostenere. I corpi vertebrali della colonna lombare sono più alti ed hanno una maggiore circonferenza rispetto a quelli della colonna toracica e cervicale; grazie alle loro maggiori dimensioni sono in grado di sopportare le notevoli sollecitazioni meccaniche che agiscono sulla colonna lombare. Il disco intervertebrale è importante sia dal punto di vista meccanico che da quello funzionale; è composto internamente dal nucleo polposo ed esternamente dall’anello fibroso. Le attività della vita quotidiana impongono al disco carichi complessi, dovuti al combinarsi di forze di compressione, flessione e torsione.

I movimenti di flessione anteriore e laterale e quelli di estensione sollecitano il disco principalmente in tensione e compressione, mentre i movimenti di rotazione producono sollecitazioni tangenziali. Il disco normale conferisce al segmento di movimento proprietà idroelastiche e si comporta come un cuscinetto posto tra le vertebre che assorbe energia e ridistribuisce i carichi. La degenerazione del disco è un processo naturale. Con il passare degli anni diminuiscono le sue capacità di ritenzione idrica e si riducono quindi l’elasticità e la capacità di assorbire energia e ridistribuire le sollecitazioni. Tutto ciò lo rende incapace di adattarsi ai carichi della vita quotidiana. La porzione posteriore del segmento ha funzione di guida del movimento.

La direzione del movimento è determinata dall’orientamento delle superfici articolari delle articolazioni intervertebrali. È possibile effettuare movimenti di flessione laterale, estensione e rotazione, con una ampiezza che dipende dalle caratteristiche di ciascun gruppo di vertebre. Il movimento della colonna vertebrale si sviluppa grazie all’azione coordinata del sistema neuromuscolare agonista che lo produce e dell’antagonista che lo controlla. Il grado di mobilità è differente nei vari livelli della colonna e dipende dall’orientamento delle superfici articolari in ciascuna zona. Questa mobilità si sviluppa grazie all’azione coordinata di vari segmenti: nella regione dorsale sarà limitata nella gabbia toracica ed in tutto il tronco favorita dalla nutazione pelvica. Sia la gabbia toracica che la pelvi sono strutture scheletriche che influenzano la cinematica vertebrale.   La porzione toracica della colonna dà uno scarso contributo alla flessione della colonna nel suo insieme. I muscoli posteriori dell’anca agiscono controllando la nutazione anteriore della pelvi. Quando si raggiunge la flessione massima, i muscoli estensori della colonna vertebrale riducono la loro attività. In questa posizione, la postura in flessione viene equilibrata passivamente dai legamenti posteriori, i quali, inizialmente rilasciati, in questa nuova posizione si tendono in seguito all’allungamento del rachide. Nel passaggio dalla massima flessione alla posizione eretta, si produce la sequenza inversa. La pelvi si sposta indietro e quindi la colonna si estende.

Quando il tronco si estende, la muscolatura dorsale è attiva nella fase iniziale del movimento. Questa attività iniziale decresce all’aumentare dell’estensione e la muscolatura addominale entra in attività per controllare il movimento. L’estensione massima o forzata richiede nuovamente l’azione dei muscoli estensori. Durante la flessione laterale del tronco, il movimento può essere centrato principalmente sulla colonna dorsale o lombare. Anche se la geometria delle superfici articolari della colonna dorsale permette la flessione laterale, in realtà questa viene limitata dalla gabbia toracica, in maniera differente in ciascun individuo. I sistemi trasverso-spinali ed interspinali dei muscoli estensori della colonna, insieme alla muscolatura addominale, realizzano la flessione laterale della colonna. La rotazione si combina con la flessione laterale del torace. La rotazione avviene sia a livello della colonna toracica, come a livello lombosacrale.

La rotazione lombare, è minima a causa dell’orientamento delle superfici articolari. Durante la rotazione, la muscolatura posteriore e quella addominale agiscono sui due lati della colonna; il movimento della pelvi è fondamentale nella rotazione funzionale del tronco. i carichi applicati sulla colonna sono determinati dal peso del corpo, dall’attività muscolare  e dalle forze esterne. Le curve della colonna sul piano sagittale(cifosi e lordosi) favoriscono l’azione ammortizzatrice della colonna e le permettono di sopportare carichi superiori a quelli sostenibili qualora fosse completamente dritta. La muscolatura responsabile del tono posturale è sempre in attività nella stazione eretta, anche se la sua funzione è minima quando i segmenti del corpo sono correttamente allineati. Anche quando il corpo è in questa condizione la postura eretta non è una situazione totalmente statica. Qualsiasi spostamento della linea di gravità crea un momento di forza. Affinchè il corpo rimanga in equilibrio, questo momento di forza deve essere contrastato dall’attività muscolare.

L’oscillazione posturale pertanto avviene ad intermittenza. I muscoli estensori della colonna, sono spesso in attività, in maniera intermittente, per mantenere la posizione eretta del tronco. Il livello di attività dei differenti gruppi muscolari varia notevolmente da un individuo all’altro. Il grado abituale di cifosi e lordosi, per esempio determina la postura di ciascun individuo.  La colonna lombare è il segmento della colonna vertebrale sul quale maggiormente agiscono le sollecitazioni. In un uomo che pesa 70 kg, il carico sopportato dal terzo disco lombare è di 70 kg, cioè circa il doppio del peso della parte del corpo situata al di sopra del livello di misurazione, che equivale a circa 40 kg. Bisogna segnalare che i carichi sono maggiori quando si è seduti rispetto a quando si è in piedi. I carichi minori si hanno nella posizione supina, quando vengono a mancare quelli prodotti dal peso del corpo. La biomeccanica permette di analizzare il movimento della colonna e quantificare le forze complesse cui vengono sottoposti il rachide e le strutture che lo sorreggono. L’analisi biomeccanica può fornire dati pratici, di valore incalcolabile, per il trattamento ortesico delle patologie della colonna. La continua e stretta collaborazione tra chirurghi ortopedici, bioingegneri e tecnici ortopedici, assicurerà un’efficace applicazione di questi principi biomeccanici.