¿Qué es la biomecánica?
¨…es el estudio de las fuerzas internas y externas y de cómo éstas inciden sobre el cuerpo humano…¨ Hay, G. J., 1985
Siempre resulta más sencillo encontrar una buena definición de la biomecánica a partir del propio concepto de la anatomía. Es decir por medio de la anatomía podemos conocer como es un determinado tejido, cómo se relaciona con otros tejidos vecinos y la relación o proporción que existe entre ambos. Nos resulta una herramienta útil para conocer la estructura de un determinado tejido, órgano, etc. su función y cómo localizarlo en un paciente.
La biomecánica nos permite comprender como actúan las distintas fuerzas, tanto internas como externas, sobre estos tejidos y estructuras anatómicas, por tanto, nos da una idea más global, más integradora y esto nos permite comprender mejor la patología cuando se traslada lo observado al terreno clínico. Evidentemente la biomecánica sin los aportes de la anatomía se quedaría en meras especulaciones físicas.
La biomecánica se vale de principios físicos y de la mecánica clásica a la que además le une los conocimientos de la cinemática (ciencia que estudia el movimiento), fisiología articular y muscular.
Funciones de la columna vertebral
- Dotar de rigidez suficiente para soportar cargas axiales (fuerzas,como el peso, que van desde arriba abajo siguiendo el eje corporal.
- Proteger las estructuras del sistema nervioso central (médula, meninges y raíces nerviosas).
- Otorgar una adecuada movilidad y flexibilidad para los principales movimientos del tronco.
Estructura de la columna vertebral
La columna vertebral es una estructura compleja especialmente adaptada a la bipedestación y es el producto de millones de años de evolución. Combina la rigidez de las vértebras con la plasticidad de los discos vertebrales, así puede soportar grandes pesos y a la vez brindarnos una gran movilidad.
Desde el punto de vista estructural está formada por dos pilares: uno anterior, representado por los cuerpos vertebrales y los discos intervertebrales (recordar que los discos intervertebrales (DIV) no existen entre la C1 y la C2. y otro pilar posterior, en este caso representado por las articulaciones zigoapofisiarias o interapofisiarias. El pilar anterior está separado del pilar posterior por los pedículos que son partes de la vértebra muy resitentes.
Los dos pilares posteriores (uno de recho y el otro izquierdo, están unidos entre si por las láminas y entre ambos se halla el agujero vertebral, donde se aloja la médula espinal y sus membranas.
Se considera al pilar anterior, como un pilar estático, cuya principal función es la de recibir y soportar el peso. Recibe el 80% del peso corporal.
Los pilares posteriores o dinámicos (ya que son los responsables del movimiento de la columna vertebral, reciben solo el 20% del peso corporal.
Segmento vertebral
Un segmento vertebral es el conjunto de dos vértebras contiguas, los elementos blandos que las mantienen unidas. El segmento vertebral no solo interviene en la estabilidad de la columna vertebral sino que además proporciona su movilidad.
El conocimiento de la función de esta parte individual de la columna nos permite establecer y comprender la fisiopatología de la columna vertebral en su conjunto y cómo las distintas disfunciones (articulares, musculares, fasciales, nerviosas, etc. ) generan dolor que el paciente puede percibir bien a nivel cervical, dorsal o lumbar.
Cada segmento vertebral contiene, dentro del canal medular, el segmento medular, y dentro del agujero de conjunción (que recordemos son dos: uno izquierdo y otro derecho) las raíces espinales. Tanto el segmento medular como las raíces espinales están revestidas por las membranas meníngeas.
Segmento medular y una de sus raíces espinales (en amarillo). La raíz espinal está formada por las raíces dorsales (sensitivas) y las raíces ventrales (motoras).
Segmento vertebral típico
- Punto de apoyo (fulcro) de la palanca de movimiento vertebral, a nivel de las articulación zigoapofisiaria.
- Disco intervertebral (DIV). Actúa como un muelle que amortigua el peso que se ejerce sobre el cuerpo vertebral superior.
- Ligamentos interespinosos y epiespinosos (supraespinosos), que actúan como un elemento elástico que opone resistencia cuando las apófisis espinosas se separan, como ocurre en la flexión de la columna vertebral.
Particularidades regionales de los segmentos vertebrales
CERVICAL
- El primer segmento cervical (llamado atlas) es un anillo que no tiene un cuerpo vertebral. Está unido al segundo cuerpo vertebral (axis), que actúa como un poste alrededor del cual rota el primer anillo vertebral. La mayoría de la rotación del cuello está ubicada en estos dos segmentos superiores.
- Como el resto de la columna, los siguientes cinco segmentos cervicales tienen tres articulaciones en cada segmento, incluyendo un disco en el frente y un par de articulaciones facetarias en la parte posterior.
DORSAL
La columna dorsal tiene doce cuerpos vertebrales. Estas estructuras tienen muy poco movimiento porque están unidas firmemente a las costillas y el esternón. Debido al poco movimiento, esta región de la columna por lo general no produce dolor de espalda, aunque la unión entre la columna y las costillas (unión costovertebral) puede ser una fuente de dolor.
LUMBAR
La columna lumbar tiene cinco cuerpos vertebrales. De modo que presentan 5 segmentos vertebrales (L1-L2; L2-L3; L3-L4; L4-L5; L5-S1.
Los cuerpos vertebrales de la parte baja de la espalda son los más grandes de la columna porque cargan la mayor parte del peso del cuerpo.
El par de articulaciones facetarias en la parte posterior de los segmentos vertebrales están alineadas de manera tal que permiten la flexión/extensión pero no mucha rotación. La mayoría de las causas de dolor de espalda se originan en la columna lumbar.
Papel biomecánica del pilar posterior
Como ya se ha comentado este pilar posterior está formado por la superposición de todas las articulaciones zigoapofisiarias o interapofisiarias. Dado que hay un par de articulaciones zigoapofisiarias por segmento vertebral (una derecha y otra izquierda) también existen dos pilares posteriores.
Cada una de estas articulaciones se hallan rodeada por una cápsula articular y cada una de las caras de la articulación están separadas por una pequeña bolita de grasa, que actúa como si fuera un menisco.
Tanto la cápsula articular como este “menisco” están inervadas por fibras nerviosas muy sensibles, propioceptivas (que envían información como la posición de las vértebras por ejemplo, el movimiento que desarrollan, etc. y fibras nociceptivas (de dolor).
Otra función muy importante de estas articulaciones interapofisiarias o zigoapofisiarias es la de evitar el desplazamiento (Listesis) de una vértebra con respecto a otra en el plano póstero anterior (es decir de atrás hacia adelante). Esta es una tendencia mucho más marcada cuanto más abajo nos vamos en la columna vertebral, siendo la L5 la que mayor fuerza ejerce (de atrás hacia adelante) sobre la meseta sacra).
Cada una de estas articulaciones se hallan rodeada por una cápsula articular y cada una de las caras de la articulación están separadas por una pequeña bolita de grasa, que actúa como si fuera un menisco.
Tanto la cápsula articular como este “menisco” están inervadas por fibras nerviosas muy sensibles, propioceptivas (que envían información como la posición de las vértebras por ejemplo, el movimiento que desarrollan, etc. y fibras nociceptivas (de dolor).
Otra función muy importante de estas articulaciones interapofisiarias o zigoapofisiarias es la de evitar el desplazamiento (Listesis) de una vértebra con respecto a otra en el plano póstero anterior (es decir de atrás hacia adelante). Esta es una tendencia mucho más marcada cuanto más abajo nos vamos en la columna vertebral, siendo la L5 la que mayor fuerza ejerce (de atrás hacia adelante) sobre la meseta sacra).
Movimientos de la columna vertebral
Teniendo en cuenta la movilidad global de la columna vertebral, desde la articulación del atlas con el occipital (charnela cervico-occipital) hasta la articulación de L5 con el sacro (charnela lumbosacra); la columna vertebral desarrolla tres tipos de movimientos (globales) diferentes:
- flexoextensión (plano sagital).
- inflexión o flexión lateral (plano frontal)
- rotación axial (plano transversal)
FLEXOEXTENSION
- En la columna lumbar la flexión es de 60º y la extensión es de 20º
- En la columna tóraco lumbar, la flexión es de 105º y la extensión es de 60º
- En la columna cervical, incluyendo la articulación atloido occipital y tomando como referencia móvil el plano mandibular, la flexión es de 40º y de 60º, en el caso de la extensión.
LATERALIZACION
El movimiento de inflexión o lateralización del raquis se realiza en el plano frontal. El plano fijo del movimiento esta tomado por uno que pasa por la meseta de S1 en tanto que el plano móvil será aquel que pasa por ambas apófisis mastoides (plano bimastoideo).
De esta manera la inflexión lateral de la columna vertebral lumbar es de 20º, el de la porción torácica de 20º y el de la columna cervical de 35º a 45º; por lo que la inflexión total del raquis, tomado entre el plano fijo y el plano móvil es de unos 75º a 85º, para cada lado
ROTACION
Las amplitudes de rotación axial, son las más difíciles de apreciar. Por lo que es posible medir el grado de rotación total si se fija la pelvis y se mide la amplitud de rotación solo del cráneo; para lograr esto basta con dejar sentado al paciente y así no puede rotar su pelvis.
La rotación en la columna lumbar es bastante reducida, aproximadamente 5º. La rotación axial del raquis torácico es más importante: 35º, que a diferencia del caso anterior, la disposición de las apófisis articulares favorece, en esta porción, este movimiento. En la columna cervical, la rotación axial es mucho más amplia, ya que alcanza los 45º e incluso los 50º. La rotación axial entre la pelvis y el cráneo alcanza o sobrepasa ligeramente los 90º.
Movimientos acoplados
Al flexionarse la columna en sentido ventral, se produce una rotación y flexión lateral, simultánea y no estrictamente en el plano sagital. Esta combinación de flexión lateral y rotación se llama “acoplamiento” y se da con diferente intensidad según el segmento vertebral considerado. En el acoplamiento hay traslación (deslizamiento) en cada segmento.
CONSECUENCIAS DE LOS MOVIMIENTOS ACOPLADOS
En los movimientos de rotación y lateralización después del 1º grado o dos de movimiento uno induce una parte del otro y son inseparables.
La flexión reduce los radios de la lateralización y rotación, elimina la curva cervical, por lo general más apreciable en los segmentos C4-C5-C6 y a veces invierte ligeramente la curvatura lumbar desde el segmento L3 hacia arriba.
La lateralización limita, la flexión y la extensión, y mientras la región vertebral afectada se mantiene en la posición de la lateralización se observarán las siguientes tendencias:
- En la columna cervical la lateralización hace que la rotación hacia la concavidad (es decir hacia el mismo costado) sea más fácil que hacia la convexidad tanto si el cuello se encuentra en situación neutra, en flexión o en extensión.
- En la columna dorsal debajo de la D3 y en la columna lumbar, la lateralización hace que la rotación sea más fácil hacia la convexidad (es decir hacia el lado opuesto) que hacia la concavidad, cuando la lateralización ocurre en una posición neutra o en extensión. Si la columna dorsal o lumbar son flexionadas y luego dobladas hacia un lado, la rotación será más fácil hacia la concavidad, que en la columna cervical.
La extensión reduce también el alcance de la flexión, de la lateralización y de la rotación.
La rotación limita la flexión y la extensión y va invariablemente acompañada por un grado de lateralización.
Las tendencias fisiológicas son por tanto:
- En la región cervical típica C2-C6. La lateralización va invariablemente acompañada por rotación hacia el mismo lado y viceversa, desde todas las posiciones del movimiento sagital, es decir tanto si el cuello está flexionado, es posición neutra o en extensión.
- En la región torácica alta (C6-D3). Aunque el movimiento disminuye rápidamente desde arriba hacia abajo, la flexión de lateralización va acompañado de rotación hacia el mismo lado y viceversa.
- En la región torácica media e inferior y lumbar. La lateralización va acompañada por rotación hacia el mismo lado (y viceversa) solo en flexión. En la posición neutra o en extensión, va acompañada naturalmente por rotación hacia el lado opuesto y viceversa.
Acoplamiento de la columna.
En un primer momento (A) las espinas se hallan alineadas sagitalmente (S). Durante la flexión lateral, a la derecha (FL) se acompaña de rotación (R) hacia el lado opuesto a FL.
Las charnelas
Sobre la columna actúan varios tipos de estrés provocados por las acciones cotidianas de la persona. Cualquier tipo de estrés o su combinación tiene mayor repercusión en las vértebras de transición (charnelas) que existen entre cada región vertebral, caracterizadas por la inestabilidad que les confiere su mayor movilidad. En general, las vértebras de cada región se parecen mucho entre sí, salvo las que constituyen la línea de transición entre dos regiones.
Éstas son:
- Charnela craneo-cervical.
- Charnela cervico-dorsal. Una gran parte de los cambios posturales del cuerpo humano se originan en la unión cervico-dorsal, siendo una zona que se traumatiza constantemente en las actividades de la vida diaria.
- Charnela dorso-lumbar. Esta zona de transición presenta la característica mecánica de ser rígida a nivel torácico, pero con las facetas articulares más bien horizontalizadas, por lo que ofrecen poca resistencia a la torsión.
- Charnela lumbo-sacra. Representa un punto débil del raquis, por la inclinación de L5 y S1.
Ligamento iliolumbares, responsables de la estabilidad de la charnela lumbosacra
- En posición neutra los ligamentos están relajados.
- En lateralización se tensan unos y ceden otros.
- EN laflexoextensión actúan limitando la fuerte tendencia a la listesis que tiene esta parte de la columna lumbar
Acción de los músculos sobre la columna vertebral
Los músculos intrínsecos del raquis se disponen formando dos masas o tractos musculares paralelos, uno medial o interno, constituido por músculos que unen entre sí las apófisis espinosas de vértebras adyacentes o distantes, y otro lateral externo, constituido por los músculos que de igual modo que los anteriores, unen las apófisis transversas y las costillas en su ángulo posterior.
Los músculos del tracto medial cortos son: interespinosos, recto posterior menor de la cabeza, recto posterior mayor de la cabeza, oblicuo posterior mayor de la cabeza, músculos rotadores y sacro-coccígeo; los largos son los multífidos y semiespinales.
Los músculos cortos del tracto lateral son el oblicuo menor de la cabeza e intertransversos; y los largos, el dorsal largo, iliocostal y esplenio.
Los músculos extrínsecos principales con acción directa o indirecta sobre el raquis son: esternocledomastoideo, trapecio, recto abdominal, oblicuo interno y externo, cuadrado lumbar, psoas iliaco, angular del omóplato, romboides, dorsal ancho y pectorales (como antagonista del trapecio y romboides).
Los músculos, en base a su comportamiento y acción, se suelen dividir en tónico-posturales y fásicos. Los primeros están constituidos por fibras cortas, dispuestas oblicuamente con referencia al eje longitudinal del músculo.
La musculatura tónica está formada mayoritariamente por fibras de contracción lenta. Tiene función de sostén, se activa de forma automáticamente y al contener mayor cantidad de tejido conectivo, tiende al acortamiento. Los músculos posturales son activos en bipedestación, aunque su actividad se reduce al mínimo cuando existe una alineación correcta de los segmentos corporales.
La musculatura fásica está formada mayoritariamente por fibras de contracción rápida. Se trata de una musculatura activada, fundamentalmente, de forma voluntaria con una función dinámica.
La musculatura tónica o estática, ante una patología crónica o una inactividad prolongada, va a tener tendencia a la hipertonía y acortamiento, mientras que la musculatura fásica, por el contrario, tenderá hacia la hipotonía o laxitud.
Estabilidad vertebral
En general se considera como inestabilidad a la condición por la cual el movimiento de un segmento vertebral (dos vértebras adyacentes separadas por un disco, ligamentos y carillas articulares) excede el movimiento normal bajo niveles de cargas fisiológicos. Si se daña cualquiera de estos componentes del segmento vertebral se puede producir inestabilidad, tanto si se dañan los ligamentos largos como la función de la cápsula articular.
La acción de la fascia tóracolumbar
La fascia toracolumbar incluye todos los músculos erectores de la columna y el músculo cuadrado lumbar. Por sus inserciones estabiliza la columna vertebral, erecta, cinética y mecánicamente al reextender la columna desde una posición flexionada, ventralmente. Esta fascia forma parte, también, del sistema de flexión lateral y rotación de la columna.
Fascia tóracolumbar (superficial y profunda) Cámara hidroaérea (en rojo)
La columna erecta se estabiliza por las vainas aponeuróticas, que se tensan cuando los músculos de la espalda se contraen, junto con el músculo oblicuo profundo (menor), los músculos abdominales, el músculo transverso abdominal y el dorsal ancho, cuyas inserciones posteriores crean el compartimento interno de los músculos erectores.
El músculo transverso activa el compartimento anterior (la cámara hidroaérea abdominal) y el dorsal ancho activa el compartimento de los músculos erectores de la columna; los otros músculos abdominales (los oblicuos y el recto abdominal) son fundamentalmente flexores y rotadores, no estabilizadores.
En cualquier movimiento de una extremidad superior los músculos transversos se contraen anticipadamente a la estabilización del tronco. Esta acción se denomina “feed forward”, en contraste con el “feed back”, que es para una acción completa.
El músculo cuadrado lumbar es el músculo del tronco extensor que coordina la “estabilidad tubular” (de la fascia tóracolumbar profunda) del tronco, por su unión a la fascia de la espina.
Estas posturas prolongadas y repetitivas provocan deslizamiento de vértebras adyacentes, que no es atribuible a la laxitud de los ligamentos o de la cápsula articular sino que se relaciona con el espesor del disco, que causa inestabilidad. Esto es debido a que la compresión sobre el disco (y la deshidratación resultante de esto) se acentúa en posturas de flexión repetitivas y prolongadas y causan estrechamiento del disco. A su vez, este estrechamiento causa inestabilidad, puesto que los ligamentos y las fibras anulares discales ya no se encuentran bajo la misma tensión.