מבוא ל Obesity ו- Spinal Biomechanics

השמנת יתר הגיעה למגפות ברחבי העולם, עם דיווח ארגון הבריאות העולמי שלמעלה מ-1 מיליארד אנשים מסווגים כשמנת יתר.מצב זה אינו רק מגביר את הסיכון למחלות לב וכלי דם או סוכרת; הוא משנה ביסודו את הסביבה המכנית של עמוד השדרה, עמוד השדרה האנושי הוא פלא של הנדסה - עמודה מעוקל של 33 חוליות רוח, על ידי מכשולים פנימיים, היבטים משותפים, רשת מורכבת של תפקודים ושרירים גמישים, על פני מערכת העצבים.

מקורות ל-Switchal Load Distribution

עומס ספיןל נורמלי הוא איזון דינמי בין כוחות חיצוניים (גרפי, כוחות תגובה הקרקע) לבין כוחות פנימיים (מתח חובה, קשיחות רצועה) (כאשר עומד זקוף, עמוד השדרה של lumbar נושא את העומסים הדחוסים הגבוהים ביותר, לעתים קרובות להגיע שלוש עד ארבע פעמים משקל הגוף במהלך פעילות יומיומית כגון הרמת שרירים או bending.

מכניזם של עששת בלתי נמנעת

Obesity משפיע על התפלגות עומס השדרה באמצעות מספר מסלולים מקושרים.המובן מאליו הוא העלייה הישירה בדחיסת אשפה צירית.עבור אדם עם מדד מסת גוף (BMI) מעל 30 המשקל הנוסף של torso, השדים, ואיברים הבטן מוסיף מאות של כאבי ראש משותפים של כוח דחוס לכל פלח פנימי.

גישות מודלים ביומכניים

כדי לכמת את הממשק המורכב בין משקל גוף, יציבה, טעינה ספיןאלית, החוקרים מעסיקים מגוון של מודלים חישוביים.מודלים אלה מתרגמים נתונים אנטומיים ופיזיולוגיים לתחזיות של כוחות פנימיים ולחצים.

ניתוח יסודות Finite Element Analysis

ניתוח אלמנט פינט (FEA) מחלק את עמוד השדרה לאלפים או מיליוני מרכיבים קטנים, כל אחד מהם מנכסים חומריים שהוקצו (למשל, קשיחות, מהירויות) שמקורם במבחנים ניסיוניים על רקמת האדם.על ידי יישום תנאים של משקל וכוח שרירים, FEA יכולה גם למפות לחץ ופיצות נוזלים עם רזולוציית שטח גבוהה.

מודלים Multibody Dynamics

בעוד FEA מצטיין בניתוח מתח מקומי, מודלים רב-גוף (MBD) ללכוד תנועה שלמה גוף וכוחות שרירים.מודל MBD מייצג את השלד כמו פלחים קשיחים המחוברים על ידי מפרקים עם דרגות מוגדרות של חופש. Actuators המייצגים שרירים בודדים או קבוצות שרירים לייצר כוחות על פי דפוסי הפעלה (מנתוני עמדה אלקטרומוגרפיה או דינמיקות הפוכה).

מודלים מוסקולקליים עם אופטימיזציה

גישה חזקה נוספת משלבת דינמיקות גוף קשיח עם שגרות אופטימיזציה לפתרון דפוס של הפעלת שרירים הממזערת את תפקוד העלות (למשל, אנרגיה מטבולית או לחץ שרירים) כלים כגון OpenSim וכלBody מאפשרים לחוקרים ליצור מודלים ספציפיים על ידי דרוג מודלים גנריים באמצעות עומסים גנריים עם עומסי שרירים נמוכים.

מודלים מדויקים תלויים בהבנה אילו משתנים המשפיעים ביותר על חלוקת עומס.ארבעה גורמים עומדים כ קריטיים.

גוף חלוקת המונים ומרכז של התעלות

הבטן מהווה נתח לא פרופורציונלי של עלייה במשקל אצל אנשים שמנים רבים. בטן בולטת מעבירה את מרכז הכבידה קדימה ביחס ציר הירך, יצירת זרוע רגע גדולה יותר.מודלים ביומכניים לכמת את ההשפעה הזו באמצעות רגע הגזע הסרגיט, אשר מגביר את העומס ליניארי עם חיכוך המותניים.עבור כל עלייה של סנטימטר בכת המותניים, הכוח הדחוס ב L5-S1 עולה יותר ויותר על פני כדוריות שומן מקומי, בעוד שפחות גבוה יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, מתחת למתחמי שומן יציבים, בעוד שומנים, בעוד שפחות יציבים, כמו גם על פני השטח התחתון של שומן יציבים, בעוד שומנים, בעוד שומנים, בעוד שפחות.

אסטרטגיות ל Compensation

Obesity לעתים קרובות גורמת יציבה אופיינית: לורדוזיס מוגברת, נטייה אגן אחורית, ו coracic kyphosis. בעוד היערכות זו מסייעת נגד השינוי קדימה במרכז של הכבידה, זה מגיע עלות. Hyperlordosis צר את התוספת הבין-מולבית עבורamina ומדחסס את המפרקים הקדמיים, המוביל ל posterior overloading מחקרים הראו כי הם יכולים לשמור על רמות נמוכות יותר מאשר לחץ דם טבעי עם כמה לחץ דם מאוחר יותר מאשר לחץ דם יכול להיות נמוך יותר מאשר לחץ דם מאוחר יותר מאשר לחץ על פני השטח.

כוח השרירים מאוזן

חדירה שומן והורדת מסת השריר באזורים הפרספנטליים - הידוע בשם השמנת יתר קוסמית - ליצור קישור חלש בשרשרת שיתוף העומס. כאשר העצירים אינם יכולים לייצר מספיק מומנט, עמוד השדרה מסתמך יותר על ligaments פסיביים ואת הנקבוביות הקדמיות הקדמיות כדי לעמוד בפני התכופות קדימה. זה מתח פסיבי הוא פחות יעיל ומרכז פחות לחץ באזור קטן יותר, חלש יותר, חלש יותר, לחץ כפול של שרירים מחלחלים.

ניוון בין-מולאלי כקונקווינס וקופצי

ניוון של הדיסק - אובדן של לחות, פיזור של קצבה, והתמוטטות של גובה דיסק - הוא גם תוצאה של טעינה משתנה וגורם כי שינויים נוספים עומס הפצה.דיסק מחוספס לא יכול לשמור על לחץ תוך-ידי דלקתי, כך כוחות דחיסה מועברים יותר ויותר לנקודות הדבקה ופרקטיקות קדמית.

השפעה זמנית של Obesity על ספיגות

מחקרים רבים ניסו לכמת את גודל עומס יתר הקשור להשמנה.למרות שתוצאות משתנות בהתאם לשיטת המודל והאוכלוסייה, תמונה עקבית מופיעה: השמנת יתר מגדילה באופן משמעותי את עוצמת הדחיסה ואת כוחות החריפה על עמוד השדרה התחתון.

כוחות דיכוי

אצל אנשים במשקל רגיל, הכוח הדחוס על הדיסק L5-S1 במהלך עמידה שקטה הוא בערך 500-600 N. עבור אדם שמנים (BMI 35–40), מספר זה יכול לעלות ל-800-1100 N במהלך שרביט פשוט קדימה של 30 מעלות, עומס דחוס גישה 1500 N בננים רזה ו-2,500 N באלה עם השמנת יתר. כאשר מרימים 10 ק"ג מהקומה, 000 אחוז נמוך יותר, אם כי לא יכול להיות יותר ל-L5 גרם למתח נמוך יותר גבוה יותר, אם כי הוא נמוך יותר, אם כי הוא נמוך יותר, אם כי הוא מעל ל-L5 אינץ 'מתח נמוך יותר מאשר לחץ דם גבוה יותר מאשר נמוך יותר מאשר נמוך יותר מאשר נמוך יותר מאשר t.

כוחות Shear

כוחות Shear - במיוחד aterior-posterior-ar - הם מסוכנים במיוחד כי קצב fibrosus חלש יותר ב Shear מאשר בדחיסה. במהלך משימות כיפוף, כוחות Shear ב L4-L5 במבוגרים שמנים הם לעתים קרובות כפולים אלה ב אנשים רזים.עלייה זו מונעת חלקית על ידי הזרוע של הגזע, בחלקה יותר על ידי היכולת מופחתת של השרירים המחוברים לתרגום עמוק אלטרדם הם לפתח שברים אחד של כוחות כואבים אחד (חלק אחד) אבל הם מלוכדים אחד כואבים אחד על ידי הזרוע השנייה כאב אחד של השני של השני של גזע אחד, אבל הם לפתח שברים אחד.

השפעות זמניות של פעילויות דינמיות

מודלים סטטיים ללכוד רק חלק מהסיפור. במהלך הליכה, העומס המחזורי של עמוד השדרה מגיע לשיאים בשביתה הליאל ו-e-off. Gait ניתוח בשילוב עם דינמיקות הפוכה מראה כי אנשים שמנים יש כוחות תגובה קרקע גבוהה יותר (בגלל מסה גדולה יותר) ושינה kinematics משותפים (reduced hip, הגדלת המגרש) אלה מגבירים את הרכיבים הדינמיים של עומס השדרה.

השלכות קליניות למניעת טיפול ומניעה

הבנת ההשפעות הביומכניות של השמנת יתר על עמוד השדרה מציעה תובנות ניתנות פעולה עבור רופאים, מטפלים פיזיים, וחולים.

ניהול משקל כהתערבות ביולוגית

ירידה במשקל ישירות מפחיתה עומסי תרד. הפחתה של 10% במשקל הגוף יכול להפחית כוח דחוס ב L5-S1 עד 50-100 N, בהתאם למשימה.יותר חשוב, אובדן שומן הבטן המוחש יכול להפחית את המעבר קדימה במרכז כוח הכבידה, ובכך להפחית את הביקוש על שרירי לחץ גב.

פעילות גופנית וריפוי גופני היעד של הליבה וחוזק הגללוטאלי

חיזוק הליבה (Transversus abdominis, multifidus, pelvic הרצפה) ו hip extensors (gluteus מקסימליus) מסייע לשחזר את יכולת שיתוף העומס של המערכת הפעילה. תרגילים לשיפור שליטה מוטורית - כגון "המראה "ב" תרגילי" - שיפור קו-קוטרנס מיותרים וצמצום העומסים פיזיים צריך גם לטפל פוסט-חום כדי להפחית את הגמישות הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הירכיים.

אסטרטגיות ארגונומיה וסיוע

עבור אנשים שאינם מסוגלים לרדת במשקל משמעותי, שינויים ארגונומיים יכולים לעזור לנהל עומסים ספינים.לטיפה של עזר, עבודות פנים, כיסאות תומכים המספקים תמיכה בשכונות להפחית את הרגע הנקי על עמוד השדרה. עבודה המפחיתה תנודות סטטיות ארוכות ורמת המריבה כבדה הם חשובים במיוחד עבור עובדים שמנים.בנוסף, באמצעות חזייה אחורית במהלך משימות מסוימות יכול להוריד את השרירים, אם כי בטווח הארוך עשוי להפחית את הפחתת הרגישות גבוהה יותר, למרות שעדיין יש צורך בטמפרטורות גבוהות יותר, אם כי יש צורך בטמפרטורות גבוהות יותר.

כיוונים עתידיים למחקר

תחום הדוגמנות הביו-מכניות של השמנת יתר ועומס השדרה מתקדם במהירות. כמה דרכים מבטיחות ישלטו את ההבנה שלנו ולשפר את הכלים הקליניים.

לכידת בזמן אמת וחיישנים עישיפים

מודלים נוכחיים לעתים קרובות להסתמך על תנועות סטטיות או מוגדרות מראש.מחקרים עתידיים תכלול נתונים מיחידות מדידה לא רצויות (IMUs), לחץ-חישה בסתירות, ותיקונים אלקטרומיוגרפיה כדי ללכוד את דפוסי התנועה הארוכים של אנשים שמנים במהלך חיי היומיום. אלגוריתמי למידת מכונה יכול אז למפות נתונים אלה של זמן אמת למודלים מותאמים אישית, המאפשר מעקב מתמשך של מערכות כאלה יכול להזהיר את המשתמשים כאשר הם מציעים תיקונים בטוחים וטעימים.

מודלים של Finite Elements של Imaging

ההתקדמות ב-MRI ו- CT הדמיה מאפשרת כעת שיקום של גיאומטריה תלת-ממדית מפורטת של עמוד השדרה, כולל רמות הידבקות דיסק, חדירה שומן, ו-Replate מורפולוגיה. על ידי שילוב התמונות האלה עם תכונות חומרים ספציפיות לחולה (למשל, מ-revenance elastography), החוקרים יכולים ליצור מודלים שחיזוי לא רק כוחות אלא גם הסיכון של נזק רק ברמה התאית.

מחקרים ארוכי טווח המקשרים מטען להתחדשות

רוב המודלים הקיימים הם צולב: הם צופים עומסים בנקודה אחת. מודלים ארוכי טווח שדמיינו שנים של טעינה מצטברת, בשילוב עם נושאים שעקבו לאורך זמן, יעזרו לקבוע קישורים סיבתיים בין דפוסי טעינה לבין שינויים ניווניים. מחקרים כאלה מאתגרים בשל הצורך בדמיית חוזרת ובשליטה בפעילות, אך הם חיוניים לאימות אסטרטגיות מניעתיות.

מסקנה

Obesity משבש עמוק את האיזון העדין של הכוחות בתוך עמוד השדרה, המוביל לעלייה עומסי דחיסה ו Shear, מכניקת פוסט-ural שינוי, ומודלים ביומכניים - בין אם באמצעות ניתוח אלמנט סופי, דינמיקה רב-גוף, או סימולציות מולקולריות באופן משמעותי, מספק עדשות חזקות להבנת מערכות יחסים מורכבות אלה יש ערך קליני ישיר, תוך כדי שיפור אסטרטגיות טיפול ממוקדות יותר, טיפול פסיכולוגי, כמו גם טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, ומניעה של תרופות נוגדות יותר, טיפול פסיכולוגיות יותר.

לקריאה נוספת, ראה את הסקירה של השמנת יתר וגילוי דיסקרטי (FLT:2Spine Journal) על עומסים בעמוד השדרה של נושאים שמנים FLT 3: ו-(FLT:4Clinical Biomechanics) על ניתוח השמנת יתר:5LT:5