Biomeccanica colonna vertebrale piano sagittale

Biomeccanica colonna vertebrale: piano sagittale

Dott. Mauro Lastrico, fisioterapista.

Estratto da:
"Biomeccanica muscolo-scheletrica e metodica Mézières"
Autore: dott. Mauro Lastrico
Marrapese Editore

Osservando la disposizione anatomica dei muscoli che influenzano direttamente la colonna vertebrale, il bacino ed il cranio, si può affiancare alla suddivisione anatomica del rachide una suddivisione muscolo-scheletrica miofunzionale distinta in:

• lordosi cranio-cervico-dorsale estesa dal cranio al processo spinoso di D3
• cifosi dorsale estesa dal processo spinoso di D4 a quello di D6
• lordosi dorso-lombo-sacrale estesa dal processo spinoso di D7 al sacro.

Lordosi-cranio-cervico-dorsale
E' l'unico tratto di colonna in cui sono presenti muscoli con la doppia inserzione in colonna sia anteriormente (muscoli anteriori del collo) che posteriormente (paravertebrali). Il sostegno al prolungamento sino a D3 della lordosi cervicale in senso muscolare è dato proprio dai muscoli che si trovano al davanti della colonna cervicale che si inseriscono sino a D3: m. retto anteriore della testa, m lungo della testa, m. lungo del collo.
Anteriormente, inoltre, gli scaleni e gli sterno-cleido-mastoidei.
Posteriormente i paravertebrali, gli elevatori della scapola ed i fasci superiori dei trapezi.
Nelle figure successive, sono rappresentate le linee di forza dei singoli muscoli, considerando come punto mobile le inserzioni craniali e vertebrali.

Muscoli posteriori:
l'aumento del tono basale ed il successivo accorciamento, determinano:

• flessione posteriore del cranio per l'azione diretta dei paravertebrali e dei fasci superiori dei trapezi ed indiretta per l'azione degli elevatori della scapola
• aumento della lordosi cervicale per l'azione diretta dei paravertebrali e degli elevatori della scapola ed indiretta per l'azione dei fasci superiori dei trapezi

Muscoli anteriori:
il loro interessamento crea quadri diversi a seconda se il cranio mantenga o meno il suo allineamento con l'apice della cifosi fisiologica

• con l'occipite sulla stessa verticale della cifosi dorsale e la colonna cervicale in lordosi fisiologica: gli sternocleidomastoidei, nella loro azione bilaterale, flettono anteriormente il cranio inducendo come risultante meccanica la riduzione della lordosi;

se però la posizione del cranio è in flessione posteriore, la linea di forza degli sternocleidomastoidei passa al di dietro della mastoide, determinando l'inversione di azione. Essi fletteranno posteriormente il cranio concorrendo all'aumento della lordosi insieme con gli scaleni.

 I muscoli anteriori del collo (retto anteriore della testa, lungo della testa e lungo del collo), quando la colonna è in lordosi fisiologica e l'occipite in asse con le vertebre toraciche, hanno la linea di forza che passa al davanti della linea mediana che divide sagittalmente le vertebre ed in questo caso la loro azione è quella di rettificare il tratto cervicale.

Nel caso in cui la colonna sia in iperlordosi, la linea di forza si trova a passare posteriormente alla linea mediana ed in questo frangente l'azione diventa quella opposta: i muscoli anteriori del collo aumenteranno la lordosi.
 

• col cranio punto mobile: per necessità strategiche del sistema complesso muscolo-scheletrico, sternocleidomastoidei, scaleni e muscoli anteriori del collo, entrano in sommatoria e sinergia di azione e determinare la proiezione anteriore del capo rettificando in direzione obliqua la colonna cervicale.

Il recupero dell'orientamento dello sguardo avviene attraverso la contrazione dei paravertebrali posteriori e dei fasci superiori dei trapezi che flettono posteriormente il cranio.

Cranio
I riflessi posturali interagiscono tra loro al fine di mantenere la posizione del cranio ben orientata nello spazio, con la rima degli occhi il più possibile orizzontale, implicando tutti i muscoli cranio cervico scapolari.
Vettorialmente i muscoli che aumentano la lordosi cervicale, direttamente od indirettamente, sono dominanti ed un loro accorciamento determina anche la flessione posteriore del capo interferendo con la visuale.
Per recuperare l'orientamento orizzontale degli occhi, i muscoli anteriori della colonna cervico-dorsale entrano in eccesso di tensione e, "srotolando" in avanti il rachide, antepongono il cranio. A tale anteposizione concorrono direttamente anche gli sternocleidomastoidei.
La visuale orizzontale in questo modo è recuperata ma il baricentro craniale non si trova più allineato col corpo vertebrale di D3.
Si determina così un momento di forza M determinato dal prodotto della forza G applicata al baricentro craniale e la forza, uguale contraria, R applicata al corpo di D3 moltiplicato per la loro distanza. Momento di forza che può essere bilanciato attraverso l'ulteriore tensione dei muscoli posteriori ad inserzione occipitale (paravertebrali e fasci superiori dei trapezi) e vertebrale alta (elevatori della scapola). 

Di conseguenza, nei quadri radiografici in cui si evidenzia la rettificazione della colonna cervicale, il suo andamento obliquo in aventi può essere la risultante dell'azione in contrazione e successivo accorciamento dei muscoli anteriori,che contrastano l'iniziale iperlordosi cervicale indotta dalla tensione dei muscoli posteriori.
L'andamento rettificato ed obliquo potrebbe però anche essere espressione dell'interessamento primario dei muscoli anteriori che spostano in avanti il cranio con lo sguardo diretto al suolo. Il recupero della visuale orizzontale sarà poi garantita dall'azione degli estensori del capo.
Quando, invece, radiograficamente la colonna appare rettificata e verticale, essendo il quadro incompatibile con l'azione dei muscoli agenti localmente, la rettificazione è la risultante della diminuzione della cifosi dorsale fisiologica ad apice D5, causata dai paravertebrali dorsali e dagli adduttori scapolari (vedi paragrafo successivo).
Anche quando la colonna cervicale appare rettificata ed obliqua, la causa del quadro è l'iperlordosi: nel tentativo di riportare il cranio sulla verticale della cifosi dorsale (passivamente, attivamente o posizionando il paziente supino), la conseguente cocontrazione di tutti i muscoli agenti in colonna cervicale rivelerà l'aumento della lordosi.

Sia che la colonna cervico-dorsale presenti una aumentata lordosi o una rettificazione con proiezione anteriore del capo, le forze G e le reazioni R, applicate al cranio e alle singole vertebre, determinano dei momenti di forza e delle compressioni, con le loro componenti g ed r, ai dischi intervertebrali.
Le forze complessive G ed R creano un momento di forza complessivo M dato dal prodotto delle forze G ed R per la loro distanza d. Il momento di forza risultante proietta il cranio verso il pavimento e, tranne che in clinostasi, deve essere equilibrato da un'attivazione ad alta intensità dei muscoli posteriori: paravertebrali, elevatori della scapola, fasci superiori dei trapezi.

Cifosi dorsale
Geometricamente rappresenta la congiunzione con convessità posteriore delle due convessità anteriori delle lordosi cervico-dorsale e dorso-lombare e si estende dai processi spinosi da D4 a D6, con apice fisiologico a D5.
Quando è in andamento fisiologico l'apice D5 è in allineamento col margine mediale delle scapole e quest'ultime si trovano ai lati della gabbia toracica.

I muscoli che hanno direttamente un effetto sul tratto di colonna sono tutti posteriori (paravertebrali, romboidi e fasci inferiori e medi del trapezio).
Sia i paravertebrali, con linee di forza longitudinali, che romboidi e fasci medi ed inferiori del trapezio, con linee di forza oblique, diminuiscono la fisiologica cifosi dorsale ad apice D5.

L'ipocifosi dorsale determinata dai fasci medi ed inferiori del trapezio e dai romboidi avviene per adduzione scapolare.
Il bilanciamento all'adduzione è determinato dal dentato anteriore che però ha una potenzialità vettoriale inferiore e risulta sottodominante. Tale inferiorità vettoriale diventa ancora più consistente se si considera che anche fascio superiore del trapezio, elevatore della scapola e gran dorsale partecipano all'adduzione delle scapole.
Di conseguenza, la forza traente degli adduttori scapolari prevale su quella di coesione della scapola alla gabbia toracica operata dal dentato anteriore: non sono quindi le scapole che "escono", ma la colonna che "entra".

L'azione muscolare diretta sulla porzione infrascapolare è quindi in rettificazione (ipocifosi) del tratto di colonna D4-D6. 

Nei quadri ipercifotici, D5 è comunque in infossamento per l'azione degli adduttori scapolari e l'apice cifotico è spostato caudalmente tra D7 e D12 per l'azione dei muscoli dorso-lombari: si determina cioè un'inversione di curva.

In figura è rappresentata la progressiva insorgenza di un quadro ipercifotico: i muscoli della lordosi cervico-dorsale aumentano la lordosi e proiettano anteriormente il capo per il mantenimento dell'orizzontalità degli occhi: il tratto cifotico fisiologico D4-D6 si rettifica; i muscoli della lordosi dorso-lombare oltre ad aumentare la lordosi stessa, proiettano posteriormente e verso il terreno le ultime vertebre dorsali che divengono così l'apice della cifosi andando in inversione di curva.

Lordosi dorso-lombo-sacrale
A livello lombare i vettori dominanti con inserzione diretta in colonna sono:

• posteriormente i paravertebrali, i quadrati dei lombi ed i gran dorsali;
• anteriormente il diaframma e l'ileopsoas.

La lordosi lombare viene prolungata dalle inserzioni vertebrali dei gran dorsali sino a D7. 

Tutti i muscoli agenti con inserzione sulla colonna sono coagonisti nell'aumentare la lordosi dorso-lombare. Gli unici antagonisti sono rappresentati dai retti addominali i quali però, non avendo inserzione diretta in colonna ed essendo vettorialmente inferiori, risultano sottodominanti. I retti addominali inoltre, hanno una linea di forza verticale che produce vettori orizzontali poco significativi. La possibilità di contenimento della lordosi lombare è quindi legata alla loro capacità di irrigidire la parete addominale.
Tutti i muscoli con inserzione in colonna hanno invece linee di forza sia oblique che verticali. Ciò produce vettori che anche con un piccolo aumento dell'intensità basale (il tono muscolare) sono in grado di modificare l'andamento della colonna. Le linee di forza oblique possiedono componenti vettoriali verticali che, sommandosi a quelle dei paravertebrali, oltre ad aumentare la lordosi, determinano l'irrigidimento della colonna.
Inoltre, gran dorsale, paravertebrali ed iliaci, creano un momento di forza che può provocare l'antiversione del bacino.
L'equilibrio è così molto instabile ed anche un modesto accorciamento dei muscoli agenti direttamente in colonna, determina la modificazione della curva dorso-lombare proiettandola anteriormente.
A lordosi aumentata le singole forze G ed R applicate ad ogni corpo vertebrale determinano, con le loro componenti g ed r, compressioni ai dischi intervertebrali. Le forze complessive G ed R possono non incontrarsi su un disco, e quindi non venire ammortizzate. Se la loro congiunzione avviene sulle faccette articolari delle articolazioni intervertebrali, si possono creare compressioni meccaniche potenzialmente degenerabili in fratture delle faccette stesse.

Nei quadri radiografici in cui si evidenzia una rettificazione del tratto lombare, poiché localmente i muscoli agiscono in senso opposto, la verticalizzazione può essere la risultante dell'antiversione del bacino e/o della diminuzione della cifosi dorsale:

in fig 1 la sinusoide vertebrale fisiologica, in fig 2 i gran dorsali ed i paravertebrali portano in antiversione il bacino e ciò produce inizialmente l'aumento della lordosi lombare. Se però il bacino viene portato verso l'orizzontale dall'ulteriore trazione esercitata dai gran dorsali e dagli iliaci, fig 3, e si vuole mantenere la stazione eretta (D7 funziona da punto fisso), il tratto di curva lombo-sacrale viene trasformato in due tratti rettilinei con apice angolare sulla quinta vertebra lombare.
La diminuzione della lordosi lombare è quindi il prodotto dell'esasperazione delle forze di trazione che determinano l'aumento della lordosi, con particolare interessamento della coppia gran-dorsali-iliaci, che danno luogo ad un momemto di forza al bacino determinandone l'orizzontalizzazione. Momento di forza che, come ormai sappiamo, è dato dal prodotto della forza espressa dai gran dorsali ed dagli iliaci moltiplicato per la loro distanza tra il punto di applicazione della forza ed il centro di rotazione.
Con l'orizzontalizzazione del sacro si determina un momento di forza anche tra sacro e quinta lombare causato dalle forze G ed R. Tale momento, proiettando anteriormente la quinta lombare, può creare una listesi.

La colonna lombare potrebbe però essere anche in diminuzione di lordosi per effetto della diminuzione della cifosi dorsale, causata dagli adduttori scapolari e dai paravertebrali dorsali,

in questo caso la diminuzione di lordosi non riguarderà solo il tratto di colonna dorso-lombare, ma anche quello cervico-dorsale.

Bacino
La sua stabilità antero-posteriore è determinata dai muscoli gran dorsali, paravertebrali,  iliaci e retti femorali per l'antiversione (in magenta) e dagli ischio-crurali e dai retti addominali per la retroversione (in azzurro).

La dominanza di forza vettoriale è a favore dell'antiversione principalmente per la grande forza di trazione potenzialmente esprimibile dai gran dorsali.

Clinicamente i quadri più frequenti sono rappresentati o da un eccesso ad ampio raggio della lordosi dorso-lombare con antiversione del bacino, o da una verticalizzazione del tratto lombare associata all'orizzontalizzazione del sacro con fulcro angolare sulla quinta/quarta vertebra lombare. 

Più rari i quadri in cui i vettori dominanti sono i retroversori del bacino. In questo caso il bacino sarà retroverso, la colonna lombare potrà risultare rettilinea per l'effetto della spinta meccanica indotta dalla retroversione del bacino (fig 4.43a) ma anche in iperlordosi per l'effetto trazionante della coppia di forza diaframma/psoas (fig 4.43b). Nel secondo caso, si evidenzia una coppia di forza contrappositiva agente sulla colonna, creata dalle forze di diaframma e psaos (in magenta) e dalla forza meccanica risultante dalla retroversione del bacino (in azzurro).

Conclusioni
In sintesi, i muscoli direttamente agenti sagittalmente sulla sinusoide cranio-sacrale, in stazione eretta, possono determinare:

Cranio

• flessione anteriore per l'azione degli sterno-cleido-mastoidei
• flessione posteriore per l'azione  dei fasci superiori dei trapezi e dei paravertebrali cranio-vertebrali. Se il cranio si trova in flessione posteriore, gli sternocleidomastoidei invertono la loro azione e divengono coagonisti, in quanto la loro linea di forza si viene a trovare al di dietro della mastoide
• anteriorizzazione per l'azione degli scaleni. Una volta anteriorizzato il cranio, partecipano all'azione ed aiutano la sua fissazione, i muscoli anteriori del collo e gli sternocleidomastoidei
• posteriorizzazione per l'azione dei fasci superiori dei trapezi e, se la flessione posteriore del capo è associata all'aumento della lordosi cervicale, per l'azione degli elevatori della scapola e dei paravertebrali. Non esistendo muscoli con inserzione extracorporea, la posteriorizzazione del cranio, senza accentuazione della lordosi cervicale, è possibile solo attraverso l'accentuazione della lordosi dorso-lombare o attraverso la diminuzione della cifosi dorsale.

Lordosi cervico-dorsale

• rettificazione attraverso l'azione degli scaleni e dei muscoli anteriori del collo (retto anteriore della testa, lungo della testa, lungo del collo). La colonna cervicale viene così proiettata in avanti divenendo rettilinea ed obliqua. Oppure, la rettificazione, può essere indirettamente provocata dalla diminuzione della cifosi dorsale: in questo caso la colonna avrà un andamento rettilineo e verticale.
• iperlordosi per l'azione diretta di scaleni, elevatori della scapola e paravertebrali; indiretta, per flessione posteriore del capo, su azione dei fasci superiori del trapezio. 

Cifosi dorsale ad apice D5

• rettilinizzazione per l'azione dei fasci medi ed inferiori del trapezio, dei romboidei, dei paravertebrali dorsali

Cifosi dorsale con apice compreso tra D6 ed L1

• accentuazione dovuta all'azione dei gran dorsali (inserzioni sui processi spinosi da D7 a D12) che proiettano posteriormente e verso terra le vertebre. 

Lordosi dorso-lombare

• rettificazione come conseguenza dell'orizzontalizzazione del sacro per l'azione dei gran dorsali, degli iliaci e dei retti femorali. D7, per il mantenimento della stazione eretta, fa da punto fisso. Il tratto di curva lombo-sacrale viene trasformato in due segmenti rettilinei determinando la formazione di un angolo al passaggio lombo-sacrale. La rettificazione della lordosi lombare può anche essere la risultante meccanica determinata dalla retroversione del bacino per l'azione combinata degli ischio-crurali e dei retti addominali. O la risultante scheletrica della diminuzione della cifosi dorsale ad apice D5
• iperlordosi per l'azione diretta di gran dorsali, paravertebrali, psoas, diaframma, quadrato dei lombi.

Bacino

• antiversione per l'azione di gran dorsali, paravertebrali,iliaci, retti femorali
• retroversione per l'azione degli ischio-crurali e dei retti addominali

Non tutti i quadri hanno la stessa probabilità di manifestarsi. Applicando l'analisi vettoriale sui muscoli agenti, risultano delle dominanze che indicano non le uniche, ma le  possibilità di azione più frequenti.
Inoltre, qualunque modifica su un tratto di colonna, determinando la variazione del baricentro, necessita il coinvolgimento e la modificazione delle altre porzioni.

In sintesi, le linee di forza dei muscoli vettorialmente dominanti agenti su cranio, sinusoide vertebrale, bacino: