Transcript A gerincoszlop biomechanikája

A GERINCOSZLOP
BIOMECHANIKÁJA
Gerincoszlop
• Nyaki ( 7 )
Másodlagos
görbület
• Háti ( 12 )
• Ágyéki (7 )
• Keresztcsonti ( 5 )
• Farokcsonti (3 -5 )
Elsődleges
görbület
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 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)
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
2/5
1/3
Ágyéki
Nyaki
Minél nagyobb az arány, annál nagyobb a csigolyák
közötti mobilitás
EXTENZIÓ - FLEXIÓ
C1-C2
C3-C4
C
90
C5-C6
C7-T1
T3-T4
T5-T6
T
65
T7-T8
T9-T10
T11-T12
L1-L2
L
79
L3-L4
L5-S1
0
5
10
White and Panjabi, 1978
15
20
0
25
50
100
LATERÁLIS FLEXIO
C1-C2
C3-C4
C
56
C5-C6
C7-T1
T3-T4
T5-T6
T
76
T7-T8
T9-T10
T11-T12
L1-L2
L
35
L3-L4
L5-S1
0
5
10
White and Panjabi, 1978
0
15
20
20
40
60
80
ROTÁCIÓ
C1-C2
C3-C4
C
102
C5-C6
C7-T1
T3-T4
T5-T6
T
60
T7-T8
T9-T10
T11-T12
L1-L2
L
14
L3-L4
L5-S1
0
10
20
White and Panjabi, 1978
30
40
50
0
50
100
150
Range of motion at the joints of lumbar vertebras at
different ages
L1-L2
L2-L3
L3-L4
L4-L5
L5-S1
A mozgásterjedelem változása az életkor függvényében
Flexió
80
Mozgásterjedelem (fok)
70
60
50
L5-S1
40
L4-L5
L3-L4
30
L2-L3
20
L1-L2
10
0
0-15
50-64
35-49
Életkor (év)
65-77
Range of motion at the joints of lumbar vertebras at
different ages
L1-L2
L2-L3
L3-L4
L4-L5
L5-S1
A mozgásterjedelem változása az életkor függvényében
Laterális flexió
70
Mozgásterjedelem (fok)
60
50
L5-S1
L4-L5
40
L3-L4
30
L2-L3
L1-L2
20
10
0
0-15
35-49
50-64
Életkor (év)
65-77
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)
A gerincoszlop magasságának
20 - 33 %-át teszik ki.
A vastagságuk 3 - 9 mm
között változik.
2011.03.09.
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 %
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 forgás középpont vándorlása
NYAKI SZAKASZ
Előre hajlítás
Normál
occ-C1:
1.5 Nm
occ-C1:
1.3 Nm
Hátra hajlítás
occ-C1:
-0.2 Nm
occ-C1
C7- T1
C7- T1: 4.3 Nm
C7- T1: 1.2 Nm
C7- T1: -1.7 Nm
Nyomóerő az ágyéki szakaszra (L5-S1)
Egyenes állás: 100 %
Fekvés nyújtott tettel: 25 %
Ólés 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
A NYOMÓ-, A NYÍRÓ-, ÉS A
REAKCIÓERŐK KISZÁMÍTÁSA AZ
ÁGYÉKI CSIGOLYÁKRA
Nyomóerő
Nyíróerő
Nyomóerő
Ms = Fs · ls
Fs
Fi
Mi = Fi · li
ls
li
Fs · ls = Fi · li
Ftc =Fs · cos 35o
Fny = Fs · sin 35o
Fi
35º
Fc = Fi + Ftc
Az izom által kifejtett erő nagysága
Fi  ( Fs  ls ) / li
li = 0.05 m
Fs = 450 N
ls = 0.1 m
1350
N
4500
N
Fi = 900 N
2011.03.16.
Nyomóerő (Fc)
Fc =(Fs cos 35o ) + Fi =368 + 900
Fc = 1268 N
Nyíróerő (Fny)
Fny = (Fs sin 35o)
Fny = 258 N
1268
NP  1268 · 1,5 = 1902 N
AF  1268 · 5 = 6340 N
NYOMÓ-, NYÍRÓ-, ÉS REAKCIÓERŐK
Fi
Ft
ki
kt
ks
Fs
Ftny = Ft sin 35o
Fi
Ft
Fsny = Fs sin 35o
35 o
Fs
Fc
Fi  ((Ft  kt )  ( Fs  ks )) / ki
Fi
Fi  ( Ft  kt )  ( Fs  ks ) / ki
Ft
ki
ki = 0.05 m
kt
Ft = 450 N
kt = 0.25 m
Fs = 200 N
ks
Fs
ks = 0.4 m
Fi = 3850 N
Nyomóerő (Fc)
Fc =(Ft cos 35o ) + (Fs cos 35o) + Fi
Fc = 4382 N
20 257 N
Nyíróerő (Fny)
Fny =(Ft sin 35o ) + (Fs sin 35o)
Fny = 373 N
1405 N
REAKCIÓERŐ
Fr  F  F  4398N
2
c
2
ny
Fny
Fc
Fr
35 o
20 257 N
200 kg a kézben
NP  20 000 · 1,5 = 30 000 N
AF  20 000 · 5 = 100 000 N
Dinamikus körülményben
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
m  r   m  r 
M

t
t2
2
2
m  r 2   60 0,04 0,087
M

 2088Nm
t
0,01
Fm x LFm = (Ft x LFt) + (Fw x LFw)
Fm = (Ft x LFt) + (Fw x LFw) x LFm -1
Fm
Ft
LFm
LFm = 0.05 m
LFt
Ft = 450 N
LFt = 0.25 m
Fw = 200 N
LFw
Fw
LFw = 0.4 m
Fm = 3850 N
NYOMÓ-, NYÍRÓ-, ÉS REAKCIÓERŐK
Fm
Ft
LFm
LFt
LFw
Fw
Fts = Ft sin 35o
Fm
Ft
Fws = Fw sin 35o
35 o
Fw
Fc
Nyomóerő (Fc)
Fc =(Ft cos 35o ) + (Fw cos 35o) + Fm
Fc = 4382 N
Nyíróerő (Fs)
Fs =(Ft sin 35o ) + (Fw sin 35o)
Fs = 373 N
REAKCIÓERŐ
Fr =
V Fc2 + Fs2
= 4398 N
Fs
Fc
Fr
sin d  Fc x Fr-1
d = 85
o
35 o
ROTATION
80 - 90°
20°
20°
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
MOZGÁSTERJEDELEM AZ EGYES CSIGOLYA
IZÜLETEKBEN
Cervical
Thoracal
Flexion extension Lumbar
Cervical
Lateral Thoracal
flexion
Lumbar
Cervical
Rotation Thoracal
Lumbar
15
10
8
12
11
10 3 3 3 3 3 4 5 5 5
12
12
8 1 10
14
11
10
15
11
8
6
7
7
1
8
47
6
7
22222 4
7 3
90
17
65
12
16
4 6 6 6 6 6 6 6 6 6
8
18
89
20
55
7
10
75
40
8
10
6 6 6 6 6 6 5 3 22
12
8
7
92
60
14
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100
Izületi szög (fok)
Nyaki szakasz
Mozgásterjedelem az egyes csigolya izületekben
Mozgástartomány
15
Cervical
10
8
11
12
18
90
17
Flexion extension
Lateral
flexion
8 1 10
Cervical
Cervical
1
11
47
11
8
6
56
8
10
12
8
7
92
Rotation
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 3 3 4 5
6
7
6
6
6
6
5
6
6
5
6
6
10
6
6
12
6
6
6
7
5 3 22
65
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)