Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar

Átírás

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar Helyzetkép az emberi gerinc biomechanikájával foglalkozó nemzetközi kutatási irányzatokról és az emberi gerinc húzásvizsgálatára vonatkozó magyar kutatások főbb eredményei TDK dolgozat 2000/2001. Készítette: Konzulensek: Szabadszállási Tibor Építőmérnök hallgató Kurutzné Dr. Kovács Márta Dr. Lovas Antal

2 TARTALOM Bevezetés 1.Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése 1.1. Kísérleti kutatások Embereken végzett kísérletek A nyaki gerincszakaszt érintő kísérletek A háti szakaszt érintő kísérletek A lumbálisális gerinc vizsgálata Az emberi gerinc több szakaszt érintő kísérletek Állatokon végzett kísérletek Rendkívüli körülmények vizsgálata 1.2. A numerikus modellek Véges elemes modellek Egyéb numerikus modellek 1.3. Kísérleti és numerikus kutatások 1.4. A nemzetközi irodalmi áttekintés összegzése 2. Módszer a gerinc nyúlásának mérésére súlyfürdő-kezelés során 2.1. A súlyfürdő-kezelés célja 2.2. A súlyfürdő-kezelés története 2.3. A súlyfürdő-kezelés leírása 2.4. A gerinc és a súlyfürdő biomechanikája

3 2.5. A gerinc nyúlásának meghatározására kifejlesztett módszer ismertetése 3. A mérési eredmények kiértékelése 3.1. A mért állomány összetétele 3.2. Megnyúlási adatok elemzése 3.3. Az eredmények gyakorlati haszna, a dolgozat összegzése Irodalomjegyzék Mellékletek

4 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése Bevezetés Ötödéves hallgatója vagyok a Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemnek az Építőmérnöki Karon. Már a tavalyi évben is részt vettem a Tartószerkezetek mechanikája tanszék tanárai által vezetett súlyfürdővel kapcsolatos kutatásba, melynek módszeréről egy évvel ezelőtt TDK dolgozatban számoltunk be. Most a kutatások további folytatása érdekében elengedhetetlen nemzetközi szakirodalmi áttekintésről olvashat a kedves olvasó, az első pontban. Ezzel a szakasszal kapcsolatos magyarázó ábraanyagot a melléklet tartalmaz. A második pontban a mérési módszert és a hazai irodalmi eredményeket fogjuk ismertetni, majd a dolgozat harmadik szakaszában az eredmények kiértékelésével foglalkozunk. 1. Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése Mint minden tudományos munkában, így az emberi gerinc biomechanikájával kapcsolatban is fontos annak ismerete, hogy elődeink, vagy más korabeli kutatók milyen törvényszerűségeket fedeztek fel, mértek meg, vagy akár csak sejtettek. Így a nemzetközi irodalom ismerete, lehetővé teszi, hogy saját munkánkat is el tudjuk helyezni egy rendszerbe. Ezt az irodalmat az Internet segítségével tekintettük át, így ennek frissessége magáért beszél. A mellékelt irodalomjegyzék és a vonatkozó rövid ismertetések alapján táblázatosan (számszerűen és százalékosan) fogjuk kimutatni, hogy milyen irányzatok, iskolák, kutatások vannak a gerinc biomechanikája szempontjából manapság. A kutatásokat három nagy csoportba fogjuk sorolni, melyek a következők: kísérleti módszer, numerikus kutatás, és a kettő kombinációja. (A cikkekben előforduló idegen szavak magyarázata a mellékletben található) 1.1. Kísérleti kutatások Ezen belül a kísérleti kutatást állatokon és embereken elvégzett kísérletekre fogjuk bontani. Figyelembe vesszük, hogy a kísérletet élő egyeden (in vivo), vagy cadaveren, azaz tetemen (in vitro) hajtották e végre. Különös tekintettel leszünk arra, hogy a vizsgálat során általános, vagy rendkívüli terhelésnek tették e ki az alanyokat. 1-1

5 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése Embereken végzett kísérletek Ezen kísérleteket irányultságuk szerint is osztályozzuk, miszerint a gerinc nyaki-, háti-, ágyéki- szakaszát, vagy az egész gerincet vizsgálják A nyaki gerincszakaszt érintő kísérletek A nyaki gerinc legfontosabb funkciója a fej tartása. A törzs mozgásai a nyaki gerinc csillapító hatására, megszűrve tevődnek át a fejre, tehát a fej helyzetét mintegy stabilizálja a nyaki gerinc. Éppen ezért a nyaki gerinc vizsgálatok jó része a nyak mozgását elemzi. Az átnézett cikkek között két in vivo nyaki gerinc vizsgálat szerepel [1-2], melyek mozgásvizsgálattal foglalkoznak. Az egyik cikk in vitro eredményeket is feldolgoz [2]. Egy szimultán röntgenstereofotogrammetriai módszert fejlesztettek ki a szerzők a nyaki gerinc mozgásának in vivo mérésére, és a mérés pontosságának elemzésére. Cadaver száraz C4 és C5 csigolyákat használtak a mozgás szimulálására. Ezen csigolyák alsó és felső felületébe fém érzékelőket ültettek be. Előre ismert mozgásokat hajtottak végre a csigolyákon, és ugyanezeket mérték az érzékelők segítségével. A jellegzetes mozgástípusok elemzése során a módszer nagy pontosságát tapasztalták. Ugyanezeket a vizsgálatokat megismételték vízfürdőben is, hogy a lágy szövetek hatását is elemezzék. A tapasztalatok szerint a lágy szövetek nem befolyásolják a mérés pontosságát. Végül a módszert in vivo is kipróbálták egy betegen. A következő tanulmány [3] az alsó nyaki gerincszakasz discoligamentális szerkezetének stabilitásra gyakorolt hatását elemzi. In vitro kísérletek útján egészséges és sérült nyaki mozgás-szegmensek tesztelésére, teher-elmozdulás görbe meghatározására került sor. A C5- C6 szegmensek egészséges és mesterségesen létrehozott instabil állapotú mintadarabjain végzett mérések alapján megállapították, hogy a discoligamentális szerkezetnek az előre- és hátrahajlás, vagyis a test szagittális síkjában történő igénybevétel esetén van a legnagyobb hatása. Oldalirányú hajlítás és csavarás esetén ez a hatás nem számottevő. A következő két tanulmányban [4-5] az elmozdulások és a terhek játszák a főszerepet. Természetesen mindkettő a stabilizálás és a terhelhetőség szemszögéből. Egészséges, sérült és mesterségesen stabilizált gerinc in vitro összehasonlító vizsgálatát végezték el a szerzők. [4] Azt tapasztalták, hogy a C5-C6 szegmens sérülése jelentősen megnöveli a felette levő egészséges C4-C5 szegmens relatív elmozdulásait. Kisebb mértékben, de ez tapasztalható akkor is, ha a C5-C6 szegmens stabilizálása megtörténik. 1-2

6 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése A másik cikkben [5] 35 friss felnőtt emberi cadaver nyaki gerinc mozgásszegmens kísérleti mérése történt a tipikus terhelési esetekre: nyomás, nyírás, előre- és hátrahajlás, oldalhajlítás és csavarás. Intakt és a posterior elem eltávolítása utáni állapot tesztelése történt. A legnagyobb teher: 73.6 N volt nyomásra, 39 N nyírásra, 2.16 Nm hajlításra. Fő és társult mozgásokat mértek, merevséget számítottak. A porckorong degenerációjának a mozgásszegmens merevségére gyakorolt hatását és a mozgásszegmens tönkremeneteléhez szükséges nyomaték nagyságát ugyancsak mérték. Nyomásra a nyaki szegmens merevségét a háti és ágyéki szegmensekével hasonlónak találták, míg a többi igénybevétel esetén kisebbnek bizonyult. A posterior elem eltávolítása után a nyaki szegmens merevsége mintegy a felére csökkent. A tönkremenetelt okozó hajlítónyomaték a nyaki gerincben nagyságrenddel kisebb volt, mint az ágyéki szakaszon. A nyaki gerincszakasz traumatikus instabilitásának megszüntetésére (a fentiekben már volt egy példa) implantátumot alakalmaznak. A [6-7] tanulmány Cadaver nyaki mozgásszegmens (két csigolya a köztük lévő porckoronggal) hajlítási és csavarási teszteléséről számol be. Először az intakt szegmensen a billentési, az elfordítási és az elcsavarodási szöget határozzák meg, majd utólagosan a szegmens teljes discoligamentális instabilitását idézik elő. Ezután az instabilitás megszüntetésére megfelelően kialakított implantátumokat és azok kombinációit alkalmazzák, majd ezek stabilizáló hatását mérik. Következtetéseket vonnak le az alkalmazott implantátumokra és azok kombinációira a hajlítási és csavarási stabilitás visszanyerhetősége szempontjából. Az inplantátumok beépítése után az érintett gerincszakasz mozgáshatárai megváltoznak. Ezzel foglalkozik a [8] cikk. Friss emberi gerincből kivett kísérleti mintadarabot készítettek a C2-T2 izületi szakaszon. A klinikailag releváns terheket a C2 csigolyára működtették. A C4- C7 csigolyaszakaszon minden csigolyára érzékelő diódákat szereltek, amelyek a csigolyák terhelés hatására bekövetkező elmozdulásait rögzítették. A próbatesteket először intakt állapotban tesztelték, aztán a C5-C6 csigolyák közötti porckorong eltávolításával járó discectomia után, majd az ugyanitt alkalmazott csont implantátum, végül fémlemez 1-3

7 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése beültetése után. Az eredmények összehasonlítása azt mutatja, hogy a sérült C5-C6 szakaszon az elmozdulások az intakt állapothoz képest jelentősen megnőnek: 66.6%-os növekedés előrehajláskor, 69.5% hátrahajláskor, 41.3% oldalhajláskor és 37.9% elcsavarodáskor. A csontbeültetés után jelentősen korlátozódik a mozgás: általában-45.9% a mozgáscsökkenés minden terhelési esetnél, kivéve az előrehajlást, ahol ennél kisebb a mozgáskorlátozottság. A csontbeültetéssel együtt alkalmazott fémlemez esetén még jobban korlátozódik a mozgás (- 70%) minden terhelési esetnél. A végeselemes modellezéshez pontos méretekre van szükség, ezért elengedhetetlen a csigolyák bonyolult alakjának pontos leírása. A [9] tanulmány egy ilyen adatfelvételt mutat be. A nyaki gerinc C2-C7 szakaszát e célra kialakított morphometerrel mérték a kutatók. Hosszméreteket, szögeket, keresztmetszeti területeket mértek a csigolyatestek, a gerinccsatorna, a pediclum, a processus spinosus, a processus transversus, a ligamentum vonatkozásában, megállapították a nyaki gerinc alkotórészeinek fontos méreteit. Az eredményeket 72 emberi nyaki csigolya pontos felmérése alapján rögzítették A háti szakaszt érintő kísérletek Természetesen a háti gerincszakaszon is elvégezték a szükséges méretfelvételeket [10]. A kutatók, az imént említett műszerhez hasonlót alkalmaztak. A háti gerinc három szakaszra osztható: felső, középső és alsó szakaszra. A felső a nyaki, az alsó a lumbális gerinchez csatlakozik. Az elemzés a középső T3-T9 szakaszra koncentrál. A [9] cikkben már említett paramétereket rögzítették 144 emberi háti csigolya pontos felmérése alapján. A [11] cikk Új módszert ajánl a costo-vertebrális gerinc-szegmensek mechanikai paramétereinek mérésére. A paraméterek a háti gerinc numerikus modellje megalkotásához szükségesek. Friss emberi gerincből nyert nyolc háti szakasz T1-T2, T5-T6 és T9-T10 szegmenseit tesztelték. Minden funkcionális egységet először intakt állapotban, majd a costotransverzális ligamentum kimetszése után tesztelték. Opto-elektronikus módszert alkalmaztak a csomópont 3D mozgásának mérésére. Meghatározták: a nemlineáris teher-elmozdulás diagrammokat, a kis-merevségű zónák mozgását, 1-4

8 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése a kvázi-lineáris zónához tartozó rugalmassági modulusokat. Az emberi gerinc thoracolumbális szakasza a gerinctraumák szempontjából frekventált hely. A kezelés szempontjából igen fontos ezen gerincszakasz mechanikai viselkedésének pontos megismerése. A [12] tanulmány in vitro kísérletek alapján, a thoracolumbális T11-T12-L1 szakasz teljes háromdimenziós mozgását írja le. 11 darab T11-L1 háromcsigolyás kadaver emberi gerincből vett mintadarab készült, erre működtették a tipikus terhelési irányokba eső nyomatékot (előre- és hátrahajlás, kétirányú csavarás és oldalra hajlás), majd a mozgást sztereofotogrammetriai úton mérték. Teher-elmozdulás diagrammokat állítottak elő mindenegyes intervertebrális szinthez, külön-külön mindenegyes elmozduláskomponenshez (három eltolódás, három elfordulás). Az elcsavarodás és hátrahajlás mozgástartományát szignifikánsan különbözőnek találták a két szegmensen (T11-T12 és T12-L1), amelyet a facet geometriájában mutatkozó különbség magyaráz. A [13] cikk szerzői in vitro biomechanikai kísérleteket végeztek a thoraco-lumbális gerincben kialakuló fokozatos traumák instabilitási hatásainak elemzésére. Ezek a hatások az enyhe izületi szalag-hasadástól egészen a csonttörésig terjedhetnek. A klinikai instabilitás mértékeként a mozgástartomány és a neutrális zóna nagyságát mérték. A gerinc T11-L1 thoraco-lumbális szakaszát vizsgálták. Tíz kísérleti mintadarab mesterséges fokozatos traumatizálását végezték el, és terhelték a tipikus esetekre: előre-hátra, oldalra hajlás, és csavarás. A sérülési küszöböt 84 Nm-ben állapították meg minden mozgástípusnál. A sérülési küszöbnél neutrális zóna 566%-os növekedést, míg a mozgástartomány csak 94%-os növekedést mutatott az intakt állapothoz képest. A maximális traumához tartozó 137 Nm elérésekor az előre-hátrahajláshoz a neutrális zóna 700%-os, az oldalhajláshoz 1700%-os, a csavarodáshoz 3000%-os növekedése tartozik. A mozgástartomány ugyanakkor csak 115%, 184% és 425% növekedést mutat. A kísérletek tanúsága szerint elsősorban a neutrális zóna lehet a sérülés indikátora, nem pedig a mozgástartomány. Az utóbbit használva egy traumatizált paciensnél a sérülés jelentős alábecsülése fordulhat elő A lumbálisális gerinc vizsgálata A gerincnek ez az a szakasza mely a leginkább igénybe van véve. Éppen e miatt a kutatások jó része is erre a területre irányul. A továbbiakban a rendszerezést a szerint fogojuk folytatni, hogy a kísérleteket élő embereken, vagy tetemek mintáin végezték el. A cadavereken végzett kísérleteket pedig aszerint fogojuk csoportosítani, hogy stabilizációval kapcsolatos e a cikk, vagy a derékfájással kapcsolatos problémákat deríti fel, vagy 1-5

9 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése elmozdulások és igénybevételek mérése a cél, vagy a porckoronggal foglalkozik e a tanulmány. IN VIVO MÉRÉSEK A háti gerincszakasz esetén már megemlítettük, hogy a háti gerincszakaszokon keletkező elváltozások derékfájást idézhetnek elő. Ez még inkább így van az ágyéki szakaszon. Éppen ezért foglalkoznak sokan erre a szakaszra jutó terhek vizsgálatával, mint ahogy a [14-15] cikkekben is erre látunk példát. A megszokott elektromyografikus (EMG) mérési eljárás mellett a [14] cikk kutatói indokoltnak látták más in vivo mérési módszerek (mozgás-analízis, nyomásmérő lemez) alkalmazását is, a lumbális gerincben lévő nyomóerők meghatározására emelés közben. Sajnos azonban a direkt mérési módok túlontúl invazívok, a nyomásmérő lemezek alkalmazása pedig egy munkahelyen körülményes. Továbbá az EMG mérés, amely nem feltétlen invazív és hordozható, nem alkalmas az inerciaerők mérésére. Ezért aztán a jelen tanulmány többféle mérési módszer kombinációját alkalmazza a gerincben ébredő belső erők meghatározására. Nyolc férfi 6.7 és 15.7 kg súlyú dobozokat emelt fel a padlóról, miközben az L5-S1 szegmensbeli nyomatékot mérték kétféle módon. Az egyik módszerben kapcsolt szegmens-modell alapján Kistler nyomásmérő lemezzel és Vicon mozgásmérő rendszerrel kapott eredményekből tudták számolni a belső erőket. A másik módszerrel pedig a gerincizmok aktivitásának EMG mérése útján következtettek - a statikus és dinamikus EMG eredmények arányát figyelembe véve - a statikus nyomatékból a dinamikusra. A kapcsolt szegmens modellt használták a tengelyirányú lökés meghatározására is, amely az L5-S1 szegmensben ébredő reakcióerő egyik komponense. Ez az erő a gerinc tengelye mentén hat, melyet a törzsizomzat aktivitása és a test statikus súlya csillapít. Eredmények: A hátrahajlási nyomatékok maximuma a két módszer szerint hasonló értékre adódott, és megfelelt a gerincben ébredő nyomásnak is ( kn). A gerincben keletkező tengelyirányú lökés (amelyet EMG-vel nem lehet mérni) lassú emelésnél elhanyagolható, de még a hirtelen nagy emelésnél is a legnagyobb gerincnyomás 4%-a alatt maradt. A tengelyirányú lökés legnagyobb értéke arányos a talajon keletkező függőleges reakcióerővel. Megállapítható, hogy bár EMG-vel a gerinc dinamikus terhelése mérhető, azonban az eredmények a kiegészítőleg alkalmazott nyomásmérő lemez segítségével tovább pontosíthatók, mivel emelésnél a lábakról jelentős lökés éri a gerincet felfelé. 1-6

10 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése A [15] cikk kutatói szintén nyomásmérő lapot használtak, de a váratlan terhek hatására ébredő hajlítónyomatékok és nyomóerők meghatározása volt a céljuk. A 12 önkéntes alanyt nyomásmérő lapra állították, majd 0, 2, 4 és 6 kg-os terhet kaptak (ha férfi volt az alany, míg a nők ennek 60 %-át kapták) az alábbi módokon: Üres doboz fülét fogja, és abba dobják be a terhet, Az előzőekhez hasonló módon, de a szeme be van kötve, és a füle bedugva, Egy sima asztalon csúsztatják neki az ismeretlen terhet tartalmazó dobozt. Mindezt az alábbi testhelyzetek mellett: függőleges, előrehajolva, mérsékelten előrehajolva. A gerincben lévő nyomást, amely az izmok működése következtében jön létre, elektromyografikus jelek útján mérték az izmokba helyezett érzékelők segítségével. A gerinc tengelye menti inercia-erőket a függőleges talajreakcióból határozták meg. A gerincre ható hajlítónyomatékokat a gerinc mért görbülete és a cadaver gerincre a szakirodalomból vett hajlítási merevség összevetésével számították. A gerinc stabilitását nemcsak inplantátumokkal fokozhatják, hanem kívülről is megerősíthetik derékszorítókkal és fűzőkkel. Ennek hatásait elemzik a [16-17] tanulmány szerzői. Lumbosacrális fűzőt, székes hát-szorítói és egy képlékenyen öntött thoracolumbosacrális rögzítő szerkezetet hasonlítottak össze a [16] cikk írói a hát- és hasizmok tevékenységének korlátozása szempontjából. A tipikus négyféle testmozgást elemezték (előre-hátrahajlás, oldalhajlás, csavarás), álló és ülő testhelyzetben, öt egészséges felnőtt emberen alkalmazott szorítószerkezet mellett. Az izmok hosszváltozásában lumbosacrális fűző esetén a 9% csökkenéstől a 44% növekedésig, székes hátszorító esetén 27% csökkenéstől 25% növekedésig, a thoracolumbosacrális rögzítés esetén a 38% csökkenéstől a 19% növekedésig találtak értékeket. Mindhárom szerkezet jelentősen csökkenti a nagymozgásokat, és tehermentesíti a lumbális gerincet és izmokat. A [17] cikkben ugyanezek a szerzők a nagymozgások meggátlása szempontjából vizsgálták ezeket a szerkezeteket. Mindhárom szerkezet esetén azt tapasztalták, hogy a szabad mozgásoknak a fele, ill. kétharmada jöhet csak létre. Az 1960-as években Nachemson által végzett úttörő in vivo mérések óta nem történtek hasonló kutatások a porckorongon belüli nyomás meghatározására. A [18] tanulmány célja a 1-7

11 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése discusban fellépő nyomófeszültségek in vivo meghatározása a mindennapi élet által produkált tipikus terhelési esetekre. A mérési módszer szerint a porckorongban fellépő nyomást egy 45 éves 70 kg-os férfi L4-L5 közötti ép discusába, a nucleus pulposusba bevezetett 1.5 mm-es műszer regisztrálja. A 24 órás periódusban a legkülönbözőbb tipikus testhelyzetekben mérik a nyomást: hasonfekve 0.1 Mpa, oldalt fekve 0.12 Mpa, ernyedten állva 0.5 Mpa, előrehajoltan állva 1.1 Mpa, támasz nélkül ülve: 0.46 Mpa, erősen görnyedten ülve 0.83 Mpa, hanyagul ülve 0.3 Mpa, 20 kg-os súlyt emelve görbült háttal 2.3 Mpa, roggyantott térddel 1.7 Mpa, egyenes háttal 1.1 Mpa. Az éjszakai pihenés alatt a nyomás Mpa között változik. Az eredmények erős hasonlóságot mutatnak Nachemson számaival, és az izmok nyomásnövelő hatását is bizonyítják. A [19] cikk kutatói ugyancsak in vivo kísérletek segítségével a harmadik lumbális porckorongban keletkező nyomást mérték aktív és passzív feszítés hatására. Azt tapasztalták, hogy aktív feszítésnél a nyomás növekszik a feszítőerővel arányosan, passzív feszítésnél a nyomás a nyugalmi nyomás értéke közelében marad. A hátizmok összehúzódása a feszítésnél, a discus nyomását növeli. IN VITRO MÉRÉSEK Az in vitro mérések száma jóval meghaladja az in vivo méréseket, hiszen a cadaver anyagon jóval több mindent el lehet végezni, mint az élőn. Ezért az ilyen irányú kísérleteket még külön osztályoztuk. A kísérletek a lumbális gerincszakasz stabilitásának, a derékfájás okainak, kinematikai és igénybevételi mérések, valamint a porckorong tulajdonságainak 1-8

12 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése meghatározására irányulnak. Ezek egyáltalán nem függetlenek egymástól, hiszen a lumbális gerincszakasz degeneratív elváltozásai stabilitásvesztést okoznak, amit vagy az izomzat megerősítésével, vagy műtéti beavatkozással lehet helyreállítani. Az ilyen gerincműtétek során általában a porckorong helyére inplantátumot ültetnek be, vagy a porckorongot máshogy próbálják pótolni. Ezért fontos a porckorong tulajdonságainak ismerete. Így látható, hogy az általunk felsorolt területek egy célt szolgálnak, nevezetesen a gerincszakasz instabilitásának megszüntetését. Tehát az fent említett témakörök, és az alábbiakban felsorolásra kerülő tanulmányok tartalma több átfedést fog mutatni, de az áttekinthetőség kedvéért mégis határt kellet húznunk. Kérjük az olvasót, ha esetleg hibásnak találná besorolásunkat, ezt vegye figyelembe. Deréktáji fájdalmak A testtartás hatását elemzi a [20] dolgozat in vitro kísérletek útján. A lumbális gerinc tipikus terhelése során fellépő mellékmozgásokat mérték, amelyek a derékfájás indikátorai lehetnek. A célra friss cadaver emberi gerinc ötszegmenses L1-S1 lumbális szakaszából készítettek mintadarabot, amelyet 10 Nm nagyságú, öt lépésben felhordott tiszta hajlító, majd tiszta csavaró nyomatéknak vetettek alá, ötféle tipikus testtartásban. A térbeli mozgást mérték a mintadarab mind az öt szegmensében. Az eredmények azt mutatták, hogy a mellékmozgások jelentősen eltérnek a mintadarabon belül az egyes szegmensek elhelyezkedési szintjétől függően. Például közömbös testtartásban a balra forgató tiszta csavarónyomatékból az L1-L2 szegmensben mintegy 2 fokos jobbrahajlás, az L5-S1-ben mintegy 2.5 fokos balrahajlás keletkezik, míg a középső L3-L4 szegmensben nem jön létre oldalhajlás. Ugyanakkor minden szegmensben 1-2 fokos előrehajlás is létrejött. Baloldali tiszta hajlító nyomaték hatására minden szegmensben mintegy 1.7 fokos jobbracsavarodás észlelhető, kivéve az L1-L2 szegmenst, továbbá minden szegmensben mintegy fokos előrehajlást is észleltek. A testtartás hatását elemezve például az L2-L3 szintjén alkalmazott balra forgató tiszta csavarónyomatékból jobbrahajlás is keletkezett, amely 0.5 fok teljesen hátrahajlított, és 2.5 fok teljesen előrehajlított testtartásban. Természetesen mellékhatásként előrehajlás is létrejött, fokos mértékben. Ugyancsak az L2-L3 szegmensre alkalmazott tiszta balra hajlító nyomatékból 2.5 foknyi elcsavarodás is fellép, ami nem függ a szegmensek helyétől, viszont a többi mellékmozgás érzékeny a lumbális szegmensek helyzetére és a testtartásra. 1-9

13 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése A deréktáji fájdalmak okozói klinikai tapasztalat szerint-, gyakran a lumbális gerinc társult mozgásai lehetnek. In vitro biomechanikai kísérletekről számol be a [21] dolgozat, amelyek a testtartás és a mechanikai tulajdonságok hatását elemzi a lumbális gerinc társult mozgásának viselkedésében. Kilenc frissen mélyhűtött cadaver emberi lumbális L1-S1 gerincszakaszból készült mintadarab. Kétféle modell került elemzésre a mozgás leírására az alkalmazott nyomaték hatására: az egyiknél feltételezték, hogy a társult mozgásokat kizárólag a lordosis miatti megváltozott csigolya-elhelyezkedés okozza, a másiknál ezt a gerinc belső mechanikai tulajdonságainak tulajdonítják. Az eredmények szerint a társult mozgások részben a lordosis következményei, azonban a gerinc belső mechanikai tulajdonságainak figyelembevétele jelentősen javíthatja az intervertebrális társult mozgások kialakulásának jóslását. A két hatás csaknem azonos a gerinc elcsavarodása és az oldalra hajlás társulásában. Ezzel szemben az előrehajlás és oldalrahajlás társulása szinte kizárólag a lordosis számlájára írandó. Mindkét hatás figyelembevétele indokolt a kutatók szerint. Kinematikai és igénybevételi mérések A következő három cikk [22-24] még mindig a derékfájással foglalkozik, de mégis inkább ide soroltuk, mert a kinemetika több hangsúlyt kap. A [22] tanulmány az ágyéki gerinc L1-S1 szakaszán mindenegyes csigolyaszint háromdimenziós rugalmas mechanikai tulajdonságait dokumentálja. Az in vitro kísérletekhez kilenc frissen mélyhűtött cadaver emberi lumbális gerincből készített mintadarabot használtak. A tipikus terhelési irányokba eső nyomaték (előre- és hátrahajlás, kétirányú csavarás és oldalra hajlás) hatására keletkező mozgást sztereofotogrammetriai úton mérték. Teher-elmozdulás diagrammokat állítottak elő mindenegyes intervertebrális szinthez, külön mind a hat elmozduláskomponenshez. A görbék nemlineárisnak adódtak, és az elmozdulások társultan léptek fel. Itt visszautalnánk a [20] irodalom eredményeivel való azonosságra. A [23] tanulmány a [22] továbbfejlesztése, hiszen ugyanazokkal a módszerekkel a thoracolumbális T11-T12-L1 szakasz teljes háromdimenziós mozgását írja le in vitro kísérletek alapján. 11 darab T11-L1 háromcsigolyás kadaver emberi gerincből vett mintadarab készült. Az elcsavarodás és hátrahajlás mozgástartományát szignifikánsan különbözőnek találták a két szegmensen (T11-T12 és T12-L1), amelyet a facet geometriájában mutatkozó különbség magyaráz. A gerinc normális, fiziológiai mozgása közben létrejövő, háromdimenziós csigolyaközi elmozdulásait írja le a [24] tanulmány. A friss cadaver gerincen a csigolyaközi lemez 1-10

14 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése magasságának, szélességének és keresztmetszetének változásait mérték a gerinc mozgásának függvényében. A kísérletek szerint különbség észlelhető az egészséges és degenerált gerincre vonatkozó adatokban, amelyek az ideggyökerek irritációja nyomán a gerincfájdalmak okozói lehetnek. A [25-26] cikkek a [22]- hez hasonlóan a lumbosacrális csomópontot vizsgálja. A [25] teljes lumbális gerinc normális mozgásának szisztematikus elemzését adja. Tíz friss emberi gerinc lumbális L1-sacrum és ilium szakaszából készített mintadarabokon végeztek kísérleteket. 10 Nm nagyságú tiszta hajlító és csavaró nyomatékot működtettek fokozatosan, és mérték a neutrális zónát, rugalmas zónát, a rotációs és transzlációs mozgástartományt. A neutrális zóna előre- és hátrahajláskor, jobbra-balra csavaráskor és jobbra-balra hajlításkor az alábbinak adódott: L1-L2 szegmensnél: 1.6, 0.9 és 1.4 fok, L2-L3 szegmensnél: 1.0, 0.8 és 2.0 fok, L3-L4 szegmensnél: 1.4, 0.7 és 1.4 fok, L4-L5 szegmensnél: 1.8, 0.4 és 1.6 fok, L5-S1 szegmensnél: 3.0, 0.4 és 1.8 fok. A mozgástartomány ugyanazokban előrehajláskor, hátrahajláskor, egyoldali csavaráskor és egyoldali oldalhajlításkor: L1-L2 szegmensnél: 5.8, 4.3, 2.3 és 4.9 fok, L2-L3 szegmensnél: 6.5, 4.3, 2.6 és 7.0 fok, L3-L4 szegmensnél: 7.5, 3.7, 2.6 és 5.7 fok, L4-L5 szegmensnél: 8.9, 5.8, 2.2 és 5.7 fok, L5-S1 szegmensnél: 10.0, 7.8, 1.4 és 5.5 fok. Az [26] tanulmány mozgástartományon túl, az emberi lumbosacrális csomópont teherelmozdulás összefüggésének meghatározásával foglalkozik dolgozat, kilenc friss felnőtt emberi L5-S1 gerincszegmens kísérleti vizsgálata útján. Elülső, hátsó és oldalirányú nyírásra maximálisan 160 N erővel, nyomásra 320 N erővel, előre- és hátrahajlásra, oldalirányú hajlításra és csavarásra 15.7 Nm nyomatékkal terhelték a mintadarabokat. Az L5 csigolya alsó véglemezének középpontja hat elmozduláskomponensét a teher felvitelétől számított 15-ik és 60-ik másodpercben mérték. A mintadarabokat újra mérték a posterior elem kimetszése után. Az eredmények szerint a maximális tesztelő erőknél az intakt szegmenshez képest a sérült szegmens mozgásai

15 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése szor nagyobbak nyírásra, 2.09-szer nagyobbak hajlításra, és 2.74-szer nagyobbak csavarásra. Általában a lumbosacrális L5-S1 csomópontot merevebbnek találták mint a legtöbb lumbális szegmenset az előre-hátra és oldalra hajlásra, de kevésbé merevnek találták csavarásra. A [27] tanulmány 42 friss emberi cadaver ugyancsak a lumbális mozgásszegmens vizsgálatáról számol be, ír a kor, a nem, a szegmensszint és a degeneráció a lumbális gerinc mechanikai mozgására gyakorolt hatásáról. A fent említett tipikus terhelési eseteken kívül tengelyirányú nyomás hatására is vizsgálták a mozgást és a porckorongban fellépő nyomás mellett, az elülső, a hátsó és az oldalirányú nyírás hatását is mérték. Azt találták, hogy a fő jellemzők az egyes szegmens-típusokon belül alig mutatnak eltérést, (Ezt láthattuk a [25] cikk kapcsán a mozgástartományra vonatkozóan.) ugyanakkor az egyes mozgásszegmensek viselkedésében mutatkozó szórás lényeges lehet. A [28] cikk a discectomiának a teljes lumbális gerincszakasz kinematikájára gyakorolt hatásával foglalkozik. Friss, emberi izületi mintadarabokat készítettek a teljes lumbális gerincszakaszról, amelyre a sacrumba beágyazott próbatest legfelső csigolyájára működtették a már említett tipikus terhelési eseteket Mindenegyes csigolya háromdimenziós mozgását regisztrálták. Először az intakt gerinc mozgását vizsgálták, majd mesterségesen hozták létre a műtéti beavatkozások miatti instabilitást a jobboldali L4-L5 szinten. Részleges facectomia, subtotális discectomia, valamint totális discectomia került szimulálásra, majd valamennyi beavatkozás következtében a létrejött mozgásokat mérték, és hasonlították össze az intakt gerinc mozgásával. Valamennyi mintadarabnál azt tapasztalták, hogy a subtotális discectomia lényegesen kisebb mozgásokat okoz a sérült oldalon, mint a teljes discectomia. A következő három [29-31] cikkben az igénybevételek veszik át a főszerepet. Az intakt lumbális gerincszakasz csigolyaközi csomópontjainak ciklikus csavarásával foglalkozik a [29] dolgozat. Emberi gerincből 24 mintadarabot készítettek, amelynek felére konstans csavarónyomatékot működtettek ciklikusan, és az elcsavarodást mérték az idő függvényében. A mintadarabok másik felén meghatározott nagyságú elcsavarodást hoztak létre, és a keletkező csavarónyomatékot mérték. A tapasztalatok szerint a fáradásos tönkremenetel elsősorban a kezdeti elcsavarodástól függ, és csak másodsorban függ az alkalmazott csavarónyometéktól. Adott nyomatéki teher mellett meghatározható egy bizonyos kritikus kezdeti elcsavarodási szög, amely alatt a próbatest nem megy tönkre a fáradás miatt. A tönkremenetel helye különböző volt: a porckorong véglemezeinél, az izületi szalagoknál, vagy a csigolyaközi szövetek egyéb szakaszain következett be. 1-12

16 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése A következő [30] tanulmány a lumbális gerincizületek ciklikus hajlítási terhelésének hatását elemzi, 11 darab friss, L1-sacrum izületi szakaszt tartalmazó mintadarab kísérleti vizsgálata alapján. Speciális rögzítő szerkezet és vizsgálókamrát készítettek, hogy a mintadarabokon az előre- és hátrahajlás elmozdulásterhei 5 órán át 0.5 Hz mellett 100%-os nedvességtartalom biztosításával alkalmazhatók legyenek. A maximális ciklikus hajlítónyomatékot a témával foglalkozó szakirodalom alapján a mindennapi, emelést is figyelembevevő igénybevételnek megfelelően 3 Nm értékben vették fel. A ciklikus terhelés során a hátrahajlási elmozdulásokban mintegy 10%-os növekedést, míg a többi igénybevételeknél jelentéktelen változást észleltek. Az eredmények azt mutatják, hogy a mindennapi szokásos igénybevételeknek megfelelő alacsony hajlítónyomaték a porckorong fáradásos tönkremenetelét egymagában nem idézi elő, azonban ha az a discusra ható nagy nyomóerővel párosul, akkor az előidézi és meggyorsítja a derékfájáshoz vezető lumbális instabilitási folyamatokat. A [31] dolgozatban nem a kis intenzitású ciklikus hatáskokat vizsgálták, hanem azt, hogy a nagy terhek milyen hatással vannak mozgásszegmensek mechanikai tulajdonságainak megváltozására. Tizennégy friss emberi, átlagosan 29 éves férfiak gerincéből vett cadaver lumbális mozgásszegmensen végeztek méréseket. Az elülső, hátsó és oldalirányú nyírásra maximálisan 1029 N erőt, az előre- és hátrahajlásra, valamint oldalirányú hajlításra és csavarásra maximálisan 95 Nm nyomatékot működtettek. Eredményül a legnagyobb véglapeltolódásra 9 mm-t, legnagyobb véglap-elfordulásra 18 fokot kaptak. A merevségi adatok nyírásra N/mm, nyomatékra 6-11 Nm/fok értéket adtak. Megállapították, hogy a lumbális mozgásszegmensek nagy passzív ellenállást tanúsítanak olyan nagy terhekre is, amelyekből nagy elmozdulások keletkeznek. A lumbális gerinc stabilitása A következőkben bemutatásra kerülő cikkekből kiderül, hogy a gerinc stabilitását az izomzat [32-34], vagy inplantátum adhatja.az izomzat hatását elemzi a [32] cikk az emberi lumbális gerinc stabilitásában feszítő terhelés, hátrahajlás esetén. A gerinc biomechanikájával foglalkozó számos in vitro kísérlet során nem szentelnek figyelmet a környező izmok hatásának elemzésére, pedig ezek in vivo jelentős stabilizáló hatással rendelkeznek. A [33] tanulmány öt különböző izomkötegnek az L4-L5 szegmens mozgására gyakorolt hatását elemzi flexiós-extenziós (előre- és hátrahajlás), valamint oldalirányú hajlítás és rotáció (csavarás) hatására. A kísérletek során hét cadaver emberi 1-13

17 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése lumbosacrális gerinc-szakasz vizsgálatára került sor olyan speciális gerinc-tesztelő műszerrel, amely az izomkötegek hatásának figyelembevételére is alkalmas. Háromdimenziós monoszegmentális mozgás követése történt az izmok nélküli, és az izmok figyelembevételével kialakított modellen. Az eredmények tanúsága szerint az izmok jelentősen befolyásolják a teher-elmozdulás görbét. Az izmok hatása csökkenti a mozgástartományt, és a mozgás-szegmens neutrális zónáját. Az eredmények szerint a biomechanikai modellek kialakításánál a legfontosabb izomkötegek hatásának figyelembevétele mindenképpen javasolt, mint ezt a következő cikk kapcsán látni is fogjuk, ugyanis az izmok lumbális gerinc stabilitására gyakorolt hatását elemzi a [34] tanulmány. Tizennyolc frissen mélyhűtött cadaver lumbális emberi gerinc-szakasz (L2-S2) tesztelését végezték el a kutatók, flexiós-extenziós, oldalhajlítási és csavarási igénybevétel hatására. Megállapították, hogy oldalhajlítás és csavarás esetén az izmok mintegy 20%-os csökkenést okoznak az elmozdulástartományban, miáltal jelentősen növelik a stabilitást. Ugyanakkor a test előre- és hátrahajlásakor az izmoknak destabilizáló hatása lehet. A [35] dolgozat ugyancsak érinti a lágy szövetek kérdését, mert a műtét miatti izületi szalag-átrendezés, valamint a fokozatos facetectomia lumbális gerinc stabilitására gyakorolt hatásának meghatározása a célja. Egyoldali és kétoldali részleges facetectomia, egyoldali és kétoldali teljes facetectomia került elemzésre. A hatféle fiziológiai terhelési irányban alkalmazott nyomatékok hatására a neutrális zónát és a mozgástartományt mérték sztereofotogrammetriai mérőműszerrel. Azt tapasztalták, hogy a mozgástartományt nem befolyásolja az izületi szalagok átrendezése egyik terhelési esetben sem. Egyoldali részleges facetectomia után előrehajláskor a mozgástartomány kissé növekszik, baloldali teljes facetectomia után a jobboldali elcsavarodási tartomány növekszik. A kétoldali teljes facetectomia hátra- és oldalhajláskor a mozgástartományt nem befolyásolja. A kísérletek tanúsága szerint a részleges facetectomia nem befolyásolja a gerinc stabilitását, ellenben a teljes - különösen, ha az egyoldali - a gerinc instabilitásához vezet. Amikor a konzervatív kezelés nem vezet eredményre a Laminectomia elfogadott gyógyító eljárás. Ilyenkor azonban felmerül a gerinc érintett részének funkcionális instabilitása, ezért mesterséges stabilizátor beültetésére van szükség. A [36] tanulmány célja meghatározni a laminectomiát követő funkcionális instabilitást, és az alkalmazott rugalmas, vagy merev eszközök stabilizáló hatását, figyelembevéve az intersegmentális lumbális izomerők hatását is. Már a [32-34] cikkekben láttuk hogy ennek milyen fontos hatásai lehetnek. Hat cadaver emberi gerinc került tesztelésre, hajlító- és csavarónyomatéki terheléssel. 1-14

18 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése A [36] cikkben említett mesterséges stabiliztálás hatásával foglalkozik a [37] tanulmány. Friss emberi lumbális cadaver gerincszakasz (T12/L1-sacrum) kísérleti vizsgálatával, az intakt, a sérült és a stabilizált állapotot hasonlítja össze. Háromdimenziós erő-elmozdulás diagrammok készültek a jellegzetes klinikai terhelési esetekre. Az instabilitást az L4-L5 szakaszon hozták létre. A stabilizálást három egymás után alkalmazott transpediculáris csavarral oldották meg. Mindenegyes csavar esetén végrehajtották a terhelési kísérletet, és az eredményeket az intakt próbatestével vetették össze. Megállapították, hogy az alkalmazott erősítések megfelelően visszaadják a sérült gerincszakasz stabilitását. Az egyes csavarok hatása között nincs lényeges különbség. A [38] cikk kutatói is csavarozott megerősítéssel foglalkoztak. Céljuk ugyanis a porckorong-betét mellett alkalmazott utólagos transzlamináris csavar-erősítés gerincstabilizáló hatásának elemzése volt. Hat emberi cadaver gerincegységet teszteltek az alábbi feltételek mellett: intakt állapotban, csak tramslamináris csavar-erősítéssel, csak porckorong-betéttel, az utóbbi kettő együttes alkalmazásával. A tipikus klinikai hajlítási terhelési eseteket elemezték. Azt tapasztalták, hogy csak betét alkalmazása jelentősen stabilizál előre- és oldalhajlás esetén, de hátrahajlásra és csavarásra nem. Az emellett alkalmazott translamináris csavar hátrahajlásra és csavarásra is stabilizál. Csak translamináris csavar alkalmazása jobban stabilizál csavarásra, mint a betét önmagában bármely mozgásra. A kísérletek tanúsága szerint a kettő együttes alkalmazásával mindegyik mozgás irányában megfelelő stabilitás érhető el. A sebészeti beavatkozások esetén a gerinc veszít stabilitásából, az intakt stabilitáshoz képest. Ez befolyásolja a gerincszakasz dinamikus terhelhetőségét. Ezt vizsgálták a [39-40] cikk kutatói. A próbatestekbe beépített diódák és kamerák segítségével rögzítették a mozgást, számították a sebességet és gyorsulást az előre- és hátrahajlítás, jobb- és balra hajlítás igénybevételei során intakt állapotban discectomia után valamint egyoldalú fecetectomia után 1-15

19 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése kezdeti emelési terhelés nélkül, és 400 N emelési teher mellett. A vizsgálat célja a mozgás iránya és a kezdeti teher befolyásának elemzése a mozgás dinamikája szempontjából. A [39] tanulmány tapasztalata szerint az intakt gerinc-szegmens mozgása, sebessége és gyorsulása relatíve független a mozgás irányától és a kezdeti tehertől. A sebészetileg instabilis gerincszegmens dinamikája irányfüggővé válik, és erősen függ a kezdeti tehertől. A [40] cikk vizsgálatának célja (ugyanazon szerzőktől) a mozgás közben megfigyelhető kisebb rándulások, irányváltások elemzése a mozgás iránya és a kezdeti teher szempontjából. A tapasztalat szerint kisebb rándulások, mozgási bizonytalanság figyelhetők meg mind az intakt, mind a műtött szegmensen egyaránt, mértékük azonban a műtött szegmensnél kisebb, mivel ott a beavatkozás miatt a mozgás irányítottá válik. A [41] cikk kutatói tíz T11-L1 thoraco-lumbális gerincszakaszt tették mesterségesen fokozatosan instabilabbá, és terhelték a tipikus esetekre: előre-hátra, oldalra hajlás, csavarás. A klinikai instabilitás mértékeként a mozgástartomány és a neutrális zóna nagyságát mérték. A sérülési küszöböt 84 Nm-ben állapították meg minden mozgástípusnál. A sérülési küszöbnél neutrális zóna 566%-os növekedést, míg a mozgástartomány csak 94%-os növekedést mutatott az intakt állapothoz képest. A maximális traumához tartozó 137 Nm elérésekor az előre-hátrahajláshoz a neutrális zóna 700%-os, az oldalhajláshoz 1700%-os, a csavarodáshoz 3000%-os növekedése tartozott. A mozgástartomány ugyanakkor csak 115%, 184% és 425% növekedést mutatott. A kísérletek tanúsága szerint elsősorban a neutrális zóna lehet a sérülés indikátora, nem pedig a mozgástartomány. Az utóbbit használva egy traumatizált paciensnél a sérülés jelentős alábecsülése fordulhat elő. Szintén a lumbális gerinc stabilitásával foglalkozik a [42] cikk, de erről több információt nem sikerült megtudni. A porckorong tulajdonságaival foglalkozó kutatások A fentiekben már láthattuk, hogy sok kutatásban szerepel a porckorong vizsgálata. Ez egyáltalán nem véletlen, hiszen a gerinc leggyengébb szegmensei a porckorongok. Éppen ezért a legnagyobb igénybevételeknek kitett gerincszakaszon részletesebben foglalkoznak ezzel a kutatók, így mi is. A továbbiakban a porckoronggal foglalkozó cikkeket egy általános 1-16

20 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése és a porckorong szerkezetével foglalkozó részekre osztjuk fel. Ezen dolgozatok ismertetésével fogjuk folytatni. A porckoronggal foglalkozó általános kutatások Ebben a szakaszban a degenerativ elváltozásainak vizsgálata [43-48] mellett a porckorongban lévő nyomáseloszlásról [49-50], valamint a porckorong szerkezeti vizsgálatairól lesz szó [51]. A [43] dolgozat, a porckorong degenerációja és a lumbális gerinc többirányú hajlékonysága közötti összefüggés meghatározásáról számol be. 12 cadaver teljes lumbális emberi gerinc 47 porckorongját vetették alá az előre- és hátrahajlás, a csavarás, az oldalra hajlás nyomatékainak a cikk írói. Előre- és hátrahajláskor a mozgástartomány csökkent, a neutrális zóna növekedett a porckorong degenerációja esetén. Csavarásnál a neutrális zóna növekedett, oldalhajlásnál a mozgástartomány szignifikánsan csökkent a porckorong degenerációja esetén. A [44] tanulmányban azt vizsgálták, hogy a csigolyatestben lévő kisebb sérülések a porckorong progresszív tönkremeneteléhez vezethetnek e. A porckorong degenerációjával együtt járt az izületi szegmens egészének a szerkezeti tönkremenetele, valamint a sejt- és szövetszerkezet megváltozása. De nem tisztázott a kérdés, hogy melyik volt előbb. A kísérlet során 38 cadaver lumbális mozgásszegmens (átlagosan 51 éves paciensekből) komplex mechanikai tesztelését végezték el a tipikus in vivo aktivitást szimuláló terhekre. A porckorongban keletkező nyomás eloszlását mérték, nyomásmérő transducerek elhelyezése útján. A mérést megismételték, miután a szegmensen egy olyan túlnyomás miatti sérülést, degenerációt hoztak létre, amely a szegmens magasságában 1%-os összenyomódást okozott. Ezután 4 órán át könnyű kézi munkát imitáló terhelést alkalmaztak a sérült szegmensen ismétlődő jelleggel, és újból mérték a feszültségmegoszlást. Ezt követően a porckorong metszeteiről fényképeket készítettek. Eredményül azt tapasztalták, hogy a csigolyatest véglemezének sérülése a határos nucleus nyomását csökkenti mintegy 25-27%-kal, és az anulusban nyomófeszültség-csúcsot okoz. Ez a jelenség különösen az év közöttieket érinti. Az ismétlődő terhelés tovább tehermentesíti a nucleust és terheli túl az anulust, kiváltképp lordosisos pozitúrában. 15 porckorongon alkalmazott szagittális síkmetszetek azt mutatták, hogy közülük 9 porckorongnál az anulus belső kollapszusa állt elő, 11 porckorongon extrém külső kihahsasodást tapasztaltak, 1-17

21 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése 2 porckorong sugárirányban teljesen felhasadt, az egyiknél a nucleus is kitüremkedett. A szöveteket illetően a kísérletek nyomán megállapították, hogy a mátrixban lévő nyomófeszültségek változása meggátolja a porckorong sejtjeinek anyagcseréjét, amely a szövetek progresszív tönkremeneteléhez vezethet. A csigolyatestek véglemezének sérülései tehát a porckorong és az izületi szegmens degenerációját idézhetik elő. A fentiekben láthattuk, hogy az ismétlődő mechanikai terhelés, vagy a csigolyatestek elváltozásai károsítják a lumbális porckorongot, és vezet annak degenerációjához. A [45] tanulmány írói felvetik a kérdést, hogy az élő porckorong miért nem válaszol az őt ért terhelési hatásokra úgy, mint más musco-sceletális szövetek (önmaga megszilárdításával). Az egy oldalas cikk csak a kérdésfelvetés szintjén marad. Laboratóriumi kísérletek lennének szükségesek, mert e kérdést kívánatos lenne megválaszolni. A [46] cikk kutatói a porckorong degenerációjának és csigolyatestek csontsűrűségének hatását vizsgálja a gerinc normális mozgására és az alkalmazott biotechnikai stabilizációs beavatkozásokra. 72 gerincegységnél vizsgálták a porckorong degenerációját és a csontsűrűséget. 24 gerincegységnél végeztek háromdimenziós hajlékonysági tesztet intakt és stabilizált esetre. 48 gerincegységnél mérték a csont-implantátum kapcsolat kompressziós tulajdonságait. Az eredmények szerint kismértékben degenerált porckorong esetén a csigolyák csontsűrűségét lényegesen kisebbnek találták, mint az összes többi degenerációs szinten. A porckorong degenerációjának növekedése a gerinc nagyobb elcsavarodását és kisebb oldalhajlását eredményezi. Előre- és hátrahajlásnál, valamint oldalra hajlásnál az erősebb csigolyacsont lényegesen jobb stabilizációs hatást eredményez. Természetesen kompressziós terheknél ugyanez az eredmény: az erősebb csigolyacsont nagyobb kompressziós teherbírást jelent. A szerzők szerint jelentős összefüggés van a csigolyák csontsűrűsége és a porckorong degenerációs szintje között a gerinc stabilitásában. A csontsűrűség a legfontosabb faktora a gerinc-stabilizációnak, míg a porckorong degenerációjának mérsékeltebb hatása van a mozgásokban. A részleges porckorong-eltávolítás mechanikai következményeivel foglalkozik a [47] dolgozat. A műtét miatt sérült mintadarabon lényegesen nagyobb elmozdulásokat tapasztaltak minden terhelési esetnél (flexió-extenzió, azaz előre-hátrahajlás, valamint jobbra és balra 1-18

22 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése hajlás, jobbra és balra csavarodás), mint az intakt próbatestnél. Ezért a műtét során minél kisebb darabot távolítanak el a nucleusból, annál inkább limitálhatóak ezek a nem kívánatos mozgások. Ha teljes egészében el kell távolítani a porckorongot, akkor az őt helyettesítő implantátumok egyik fontos szerepe, hogy fenntartsák a csigolyák közötti távolságot, amely nyomásra a legérzékenyebb. Ez függ az alkalmazott implantátumtól, a csigolyák csontminőségétől és az utólagos stabilizációs szerkezettől. A [48] tanulmány arról számol be, hogy három különböző porckorong implantátum kompresszív viselkedésének elemzését az utólagos megerősítések és a csontkörnyezet sűrűsége függvényében végezték el. 36 cadaver emberi lumbális gerincegység tesztelése történt a háromféle implantátum-típus valamelyikét alkalmazva. Ezek felénél utólagos stabilizációt is alkalmaztak. Minden mintadarabot törésig terheltek centrikus nyomóerővel. Azt tapasztalták, hogy mind a törőteher, mind a 3mm-es összenyomódáshoz tartozó teher értéke és a csontsűrűség között erős korreláció van. Ugyanakkor sem az implantátum típusának, sem az alkalmazott utólagos stabilizációnak nincs hatása a törőteherre. A 3 mm-es összenyomódáshoz tartozó tehernél enyhe különbségek még észlelhetők voltak a típusoknál, de az utólagos stabilizációnak itt sem volt hatása. A kísérletek tanúsága szerint a csigolyák csontsűrűségének műtét előtti mérése fontos információ a műtét megtervezésénél és a gyógyulási kilátásokban. A [49] dolgozat kísérletei a cadaver porckorongban határozták meg a nyomás eloszlását speciálisan kialakított nyomásmérő tű segítségével, az életkor és a degeneráció függvényében. A tűt a porckorong szaggittális középsíkjában az átmérő mentén mozgatták függőlegesen és vízszintesen, mialatt a porckorongot állandó nyomóerővel terhelték. A kísérletek során 87, éves ember cadaver porckorongján állították elő a feszültségtérképet, amely szerint a porckorongban a hidrosztatikus nyomási zóna sugarát az életkor miatti degeneráció mintegy 50%-ára csökkenti, a megfelelő feszültség 30%-os csökkenése mellett. Az anulus szélessége 80%-kal nőtt, benne a kompressziós feszültségcsúcs 160%-kal emelkedett. Az életkor és degeneráció hatása az L4-L5 szegmensben jobban érvényesült, mint az L2-L3 szegmensben, és a posterior anulusban jobban érvényesült, mint az anteriorban. Az életkor és a degeneráció önmagában is szoros összefüggést mutatott, és a degeneráció elhelyezkedése gyakorolta a legnagyobb hatást a feszültségeloszlásra. A nagy feszültségkoncentráció az anulusban okozhatja a fájdalmat, és vezethet további károsodáshoz. Hátrahajlításkor a lumbális porckorongokban a nyomófeszültség csökken. Ennek mértékét vizsgálja az [50] cikk, átlagosan 48 éves donorokból nyert 19 lumbális mozgásszegmenset tesztelve az alábbi terhekre: 1-19

23 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése enyhe előrehajlás, 2 fokos hátrahajlás, 4 fokos hátrahajlás és indifferens állapot (nincs hajlás). A porckorong támasztószöveteiben lévő nyomás eloszlását mérték miniatűr mérőeszközzel a porckorong szagittális síkbeli átmérője mentén. A porckorong sérülését, degenerációját mechanikusan idézték elő. A tapasztalatok egyeznek a [49] tanulmányéval, miszerint a degeneráció nyomáscsökkenést okoz a nucleusban, és feszültségkoncentrációt idéz elő az anulusban. Amikor az összes porckorongot együtt vizsgálták, a 2 fokos hátrahajlás megnövelte a legnagyobb nyomófeszültséget a posterior anulusban, a közömbös testhelyzetéhez viszonyítva mintegy 16 %-kal. A 4 fokos hátrahajlásnál ez kevésbé jelentkezik. Kimondható, hogy a lumbális hátrahajlás azoknak a porckorongoknak a posterior anulusában csökkenti a nyomófeszültséget, amelyekben a legkisebb a nyomófeszültség neutrális testhelyzetben. A [51] dolgozat a porckorong élő sejtjeinek mechanikai tulajdonságainak és morfológiájának meghatározását célozza meg. A vizsgált sejteket az anulus fibrosusból, a nucleus pulposusból és az átmeneti zónából különítették el. Az eredmények szerint a porckorong sejtjei a viszkoelasztikus szilárd anyag tulajdonságait mutatják. Határozott különbségeket figyeltek meg az anulus fibrosus, a nucleus pulposus és az átmeneti zóna morfológiájában, sejtfelépítésében és biomechanikai tulajdonságaiban. A nucleus pulposus mintegy háromszor merevebbnek és sokkal viszkózusabbnak bizonyult, mint az anulus fibrosus vagy az átmeneti zóna. Következésképpen a porckorong alapvetően két biomechanikailag megkülönböztetendő sejtpopulációra osztható. Ezek a mechanikai különbségek fontos szerepet játszhatnak a porckorong működésében és degenerációjában. A porckorong részeivel foglalkozó kutatások Az elöbbi cikkben olvasható, hogy a porckorongot egy külső gyűrűszerű anulus fibrosus,[52-59] és egy belső mag nucleus pulposus[60-62] alkotja. A továbbiakban e két résszel külön foglalkozó cikkeket ismertetünk. Az [52-54] tanulmányok az emberi lumbális csigolyaközi porckorong anulus fibrosusának nyúlási tulajdonságaival és biokémiai összetételével foglalkozik. Az utóbbi a degeneráltság hatását is vizsgálja. Az [52] tanulmányban a nyúlási tulajdonságokat, a 1-20

24 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése biokémiai összetevőket és az anatómiai elhelyezkedést hasonlították össze. Szignifikáns különbségeket találtak az anulus nyúlásképességében sugár- és kerületi irányban. Az anterior sokkal merevebb, mint a posterolaterális területek. Ugyancsak a külső részek merevebbek, mint a belső zóna. A kutatók szerint a nyúlásképességbeli regionális különbségek elsősorban anatómiai, és nem annyira a biokémiai összetevők függvénye. Az [53] dolgozatban a nyúlási modulust, a tönkremeneteli feszültséget, alakváltozást és alakváltozási energiasűrűséget mérték az életkor és az anatómiai pozíció függvényében. Az eredmények összhangban vannak [52] tanulmány eredményeivel, de az anterior anulus fibrosusnak a nagyobb nyúlási modulusa mellett nagyobb törési feszültséget álapítottak meg mint a posterolaterális anulusnak. A külső szakaszon pedig az anulusnak a nagyobb nyúlási modulusa mellett a törési feszültségei is nagyobbak, és kisebbek a szakadási alakváltozásai, mint a belső régiókban. Az alakváltozási energiasűrűség alig változik a hely függvényében. Enyhe összefüggés található az életkor és a porckorong nyúlási tulajdonságai között. Összefoglalva: az anulus nyúlási és szakadási tulajdonságai elsősorban a porckorongon belüli radiális elhelyezkedés, és kevésbé az anterior és posterolaterális helyzet függvényei. Az anulus nyúlási tulajdonságai tehát elsősorban az anatómiai szerkezet és összetevők függvényei, és az életkor ebben alig játszik szerepet, mint azt az [52] kapcsán láthattuk. A lumbális anulus fibrosus egytengelyű húzással szembeni ellenálló képessége és víztartalma közötti összefüggést elemzi az [54] tanulmány az anatómiai elhelyezkedés és az életkoron kívül a degeneráció függvényében. A tanulmányban az L3-L4 szegmensből négy különböző anatómiai helyszínről (anterior külső, posterolaterális belső) vett mintadarabok tesztelése történt: kvázistatikus egytengelyű húzásra, fiziológiai sós fürdőben. A degeneráció mértékét morfológiai séma szerint vették figyelembe. Az eredmények szerint az anulus fibrosus Poisson-tényezője, törési feszültsége és alakváltozási energiasűrűsége jelentősen, a nyúlási modulus kisebb mértékben függ a degeneráció fokától. Valamennyi anyagi tulajdonság azonban lényeges és markáns függőséget mutat az anatómiai elhelyezkedéstől, és kevésbé érzékeny a degeneráció mértékére. Gyenge összefüggést figyeltek meg az életkor és a Poisson-tényező, valamint az alakváltozási energiasűrűség között. Az anulus fibrosus szöveteinek víztartalmát az életkor és a degeneráció nem befolyásolja. Összefoglalva: a nyúlásképességet döntő módon az anulus fibrosus porckorongon belüli, elsősorban sugárirányú elhelyezkedése határozza meg. Ezt a függőséget sem az életkor, sem a degeneráció nem befolyásolja. Ezek az eredmények a teljes porckorong numerikus biomechanikai modelljénél is előnyösen alkalmazhatók. 1-21

25 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése A csigolyaközi porckorong biokémiai összetevőinek az emberi nemdegenerált anulus fibrosus kompresszív tulajdonságara gyakorolt hatásával foglalkozik az [55] cikk. Megállapították, hogy az anulus fibrosus inhomogén az anyagállandók és a biokémiai összetevők sugárirányú és területi eltérései tekintetében. A mechanikai viselkedés tehát egyaránt az anatómiai szerkezet és egyaránt a biokémiai összetevők függvénye. Az L2-L3 szegmensből vett mintadarabokon végzett nyomásvizsgálati tesztek eredményeiről számol be az [56] dolgozat is. Az eredmények szerint a rugalmassági modulus növekedése - a degeneráció előrehaladtával - annak tudható be, hogy a víztartalom csökkenésével a szövetek sűrűsége növekszik. (Ezzel ellentétes az [54] cikk állítása.) A degeneráció fokozódásának hatása abban nyilvánul meg a tanulmány szerint, hogy az anulus - teherviselési folyamata során - a kezdeti folyadékszerű állapotból a szilárd testszerű állapotba megy át. (Itt utalnánk vissza az [45] cikk felvetésére.) Összehasonlítva az anulus réteges hálózatát, amely húzásra jelentős anizotrop tulajdonságokat mutat, nyomásnál nem játszik lényeges szerepet a nyomási merevségben, vagy a nyomás során kialakuló folyadékszerű viselkedésben. Az anulus fibrosus nyírási anyagállandóinak meghatározását szolgáló kísérletekről számol be az [57] dolgozat. Hét nem degenerált, és hat degenerált porckorongból vett hengeres mintadarabok csavarásos nyírási tesztelése történt statikus, és dinamikus körülmények között. Az eredmények szerint az anulus fibrosus anyaga kevésbé merev és nagyobb az energia-elnyelő képessége magasabb nyírófeszültségi amplitúdónál, merevebb nagyobb oszcillációs frekvenciánál, merevebb és kisebb energia-elnyelő képességű nagyobb tengelyirányú nyomás mellett. A dinamikus nyírási modulus értéke 100 és 400 kpa között változik a kísérleti körülmények és a degeneráció függvényében. A nyírási viselkedés dominánsan rugalmas. Az eredmények szerint a nemlinearitás, a nyomás és nyírás társulása, a belső viszkoelasztikus tulajdonságok, továbbá kisebb mértékben a degeneráció befolyásolják az anulus fibrosus nyírási tulajdonságait, amelynek a porckorong teherviselésében jelentős szerepe van. A facetek és az anulus szálainak a csavarási ellenállásban kifejtett szerepével foglalkozik az [58] dolgozat. Az anulus bizonyos irányú szálait kivették, míg az ellentétes irányúakat érintetlenül hagyták. Az így kipreparált mozgásszegmenst kétoldali facetectomia után torziónak vetették alá. 12 lumbális mozgásszegmens tiszta csavarásos terhelését vizsgálták. A mozgás hat komponensét mérték. Hat szegmensnél először végezték az anulus dissectiót és utána a facetectomiát, a másik hatnál épp fordítva, és közben is végeztek méréseket. Megállapították, hogy 8.5 Nm baloldali tengelyirányú csavarónyomaték hatására 1-22

26 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése az anulus bal irányú dissectiója után az elcsavarodás 2 fokot ért el, míg a kétoldalú facetectomia után 1.2 fokot. A másik irányban nem volt különbség. A két beavatkozás együttes hatására az elcsavarodás 7.6 fok balra, és 3.3 fok jobbra. Következtetésképpen, a degenerációmentes lumbális mozgásszegmensben az anulus szálai jobban ellenállnak a tengelyirányú csavarásnak, mint a facetek. Az [59] cikk szerzői degenerált és nem degenerált emberi anulus fibrosus statikus és dinamikus folyási potenciálját vizsgálták. Azt találták, hogy az anulus statikus folyási potenciálja a porckorong degenerációja fokától és a folyadékot tartalmazó mintadarab orientációjától függ. A dinamikus folyási potenciál a porckorong degenerációjára érzékeny. A cikk az első, amely az emberi porckorong szöveteinek folyási potenciáljával foglalkozik. Megállapításai szerint a potenciál változása a degeneráció következtében a szövetek szerkezetében és összetételében előálló változásokat jelzi. A következő három tanulmány [60-62] a nucleus pulposus mechanikai tulajdonságait viszgálja. Torziós nyírási kísérletek útján elemezeték a vizskoelasztikus nyírási tulajdonságokat a [60] cikk kutatói normális, és morfológiailag különböző mértékben degenerált emberi nucleus pulposus mintadarabokon, az életkor évet felölelő skáláján. Feszültség-relaxációs és dinamikus tesztelést végeztek. A pillanatnyi és a dinamikus nyírási modulus jelentős növekedését, ugyanakkor a nucleus energiaelnyelő-képességének a csökkenését tapasztalták az életkor növekedésével, valamint a degeneráció előrehaladtával. Általános konklúzió, hogy a nucleus pulposus az életkor növekedtével és a degeneráció előrehaladtával a folyadékszerű viselkedésből a szilárd testszerű viselkedésbe megy át. (Szintén visszautalnánk [45] cikk felvetésére.) A [61-62] tanulmány közös szerzői a nucleus pulposusa viszkoelasztikus tulajdonságainak tisztázására kifejlesztett új eljárást ismertet. A csavarás során keletkező nyírást vizsgálták tizenhárom emberi lumbális porckorongból vett izolált nucleus pulposus mintadarabon, tranziens és dinamikus körülmények között. Lineáris viszloelasztikus törvényt vettek figyelembe, amelyhez az anyagállandókat feszültség-relaxációs kísérletekből nyerték. Az eredmények szerint a nucleus jelentős viszkoelasztikus tulajdonságokat mutat nyírásra. Tranziens körülmények között az ernyedési feszültség a zérus felé tart, ami folyadékszerű viselkedésre utal. Dinamikus körülmények között azonban az anyagi paraméterek (nyírási modulus, fázisszög) inkább egy viszkoelasztikus szilárd anyagra utalnak. A szerzők által javasolt feszültség-alakváltozás görbe a viszkoelasztikus törvényekkel mutat hasonlóságot, amely jellemezhet folyadékot is és szilárd testet is. A [62] cikkből derül ki, hogy a feszültség- 1-23

27 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése alakváltozás görbe lineáris viszkoelasztikus törvényekkel mutat hasonlóságot, a dinamikus vizsgálatok azonban nemlineáris anyagi viselkedést jeleznek. Végezetül a lumbális gerincet érintő egyéb tanulmányokat mutatnánk be. [63-67] Az első három [63-65] az inplantátunokat érinti. A [63] cikk a csigolyák csontsűrűségének hatását elemzi háromféle implantátumra, és utólagos stabilizációjukra. Mindenegyes betéttípushoz hat lumbális gerincegységről készült mintadarab, amelyeket többirányú hajlítási tesztnek vetettek alá az alábbi körülmények között: intakt állapotban, betéttel stabilizáció nélkül, betéttel utólagos stabilizációval, betéttel és keresztkapoccsal. A tipikus terhelési eseteket vizsgálták: előre- és hátrahajlás, kétirányú csavarás, kétirányú oldalhajlás. A csigolyák relatív mozgását optoelektronikus kamerával rögzítették. Az eredmények szerint nincs lényeges különbség a háromféle implantátum-típus stabilizációs hatása között. A betéteket önmagukban alkalmazva az előre- és oldalhajlás intervertebrális mozgásait jelentősen csökkentik, de nincs stabilizáló hatásuk sem hátrahajlásra, sem csavarásra. Minden betéttípusnál a legnagyobb stabilizációs hatást előre-, hátra- és oldalhajlásra az utólagos transpediculáris megerősítéssel érték el, míg csavarásra a keresztkapocs bizonyult a legjobbnak. A csigolyák csontsűrűsége meghatározóan fontos faktora a stabilizációs eljárásoknak. Mint ezt már láttuk korábban. A [64] tanulmány kétféle csigolyaközi megerősítési módszerének összehasonlító biomechanikai elemzését ismerteti. A kétféle stabilizáló módszer: csak porckorong-betét, betét utólagos translamináris csavarerősítéssel. A fent említet módszerekkel, tizenkét cadaver emberi lumbális gerinszakaszt teszteltek tiszta hajlításra 10 Nm értékig a klinikai terhelési eseteknek megfelelően: előre- és hátrahajlásra, kétirányú csavarásra, kétirányú oldalhajlásra. Három állapotot vizsgáltak: intakt, csak betét, betét és translamináris csavar együtt. Megállapították, hogy a [63]- hoz hasonlóan, a vizsgált betéttípusok egymagában stabilizálják az előre- és oldalra hajlást és a csavarást, a hátrahajlás stabilizálásához azonban a translamináris csavarokra is szükség van. A [65] cikk ugyanerről számol be. 1-24

28 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése A [66] kutatás kísérleteinek célja a gerincferdülés kezelésére alkalmazott korai sebészeti beavatkozás elemzése, megbízhatóságának bizonyítása. 8 mintadarab in vitro tesztelése történt a sagittális síkban nyomásra és előrehajlásra. Az eredmények bíztatóak a gyermekkorban elvégzett műtéti megerősítések megbízhatóságát tekintve. A [67] dolgozat szerzői scoliotikus csigolyák csavarása mérésének pontosításával foglalkoznak CT felvételek alapján. Gerincferdüléses mintadarabból vett 11 cadaver csigolyáról 259 CT felvételt készítettek. A szagittális elcsavarodás Aaro és Dahlborn féle mérési szögeit és egy új csavarási paramétert mértek. Öt mérési pontot digitalizáltak, és így öt csavarási paramétert számítottak. A nem megfelelő vizualizálás hatását elemezték. Megállapították, hogy az Aaro és Dahlborn féle mérési módszer jobb, mint a többi mérési technika, és még tovább fejleszthető, ha a CT felvételek bizonyos minőségi követelményeket teljesítenek. A végeselemes modellek készítéséhez nélkülözhetetlenek a pontos méretek, így e témakörben is találkoztunk méretfelvétellel, pontosítással. A [68] tanulmány 60 emberi lumbális csigolya elemzése alapján megadja a lumbális csigolyák korábbinál pontosabb számszerű anatómiai leírását. Hosszméreteket, szögeket, keresztmetszeti területeket mértek a csigolyatestek, a gerinccsatorna, a pediclum, a processus spinosus, a processus transversus, a ligamentum vonatkozásában. Megállapították a lumbális gerinc alkotórészeinek fontos méreteit, amelyek pontosabb klinikai diagnózist és sebészeti tervezést tesznek lehetővé Az emberi gerinc több szakaszt érintő kísérletek A következőkben vagy az egész gerincszakaszt érintő kutatásokról, vagy két szakasz együttes vizsgálatáról szóló cikkeket mutatunk be, vagy helyzetképet adó, összehasonlító cikkről számolunk be. A [69] tanulmány például in vivo mérési eljárást ismertet az implantátumokra ható erők és erőpárok meghatározására. Ez azért fontos, mert a gerincben töréseket idéznek elő az implantátumok, és ezek befolyásolják a gerinc erőjátékát és magára az inplantátumra ható dinámokat is. Az izomzat nélküli emberi gerinc képtelen a normál fiziológiai terhek viselésére. A [70] dolgozat egy in vitro kísérletről számol be, amely az interszegmentális izomerők gerinc instabilitásában játszott szerepének meghatározását célozza. Intakt, és fokozatosan létrehozott sérülésű friss emberi gerincegységeken hajtották végre a háromdimenziós biomechanikai tesztet, növekvő izomerők és a tipikus fiziológiai klinikai terhek mellett. A tapasztalatok 1-25

29 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése szerint az interszegmentális izomerők a mozgástartományt növelik és a neutrális zónát csökkentik előrehajláskor, mindkettőt csökkentik hátrahajláskor, oldalra hajláskor nincs rájuk hatással, csavaráskor a mozgástartomány szignifikánsan csökken, a neutrális zóna pedig alig változik. A szerzők megállapították tehát, hogy az interszegmentális izomerők segítenek a sérült gerinc stabilitásának fenntartásában, kivéve előrehajláskor. Továbbá megállapították, hogy a neutrális zóna alkalmasabb a gerinc instabilitásának indikátoraként, mint a mozgástartomány. A [71-73] cikkek in vivo mérésekről számolnak be gerincferdüléssel kapcsolatban. A [71] tanulmányban nyolc idiopathic scoliosisos betegen, Cotrel-Dubousset-féle gerincmegerősítést alkalmaztak. Opto-elektronikus érzékelők segítségével, infravörös kamerával megfigyelték a gerinc-mozgását Az érzékelőket a megerősített alsó és felső csigolyák, valamint az intakt szomszédos csigolyák processus spinosusába helyezték. Az előzőhöz hasonlóan a [72] cikk is a ferdült gerinc mozgását elemzi. Mivel a gerincferdülés térbeli deformitás, kezelése és korrigálása 3D szemléletet igényel, optoelektronikus, non-invasív módszert alkalmaztak a pre- és postoperatív állapotban. Az érzékelőket a bőrbe helyezték, és az egész test mozgását követték: fej, vállak, medence, gerincoszlop, statikus és dinamikus állapotban. A módszer megbízhatósága megfelelőnek bizonyult. A [73] dolgozat CT felvételek segítségével a scoliosis morphometriájával foglalkozik A vizsgált morphometriai paraméterek: a csigolyatest beékelődése, a processus spinosus helyzete és méretei, a pediculáris dimenziók kétoldali eltérései. Ezt a módszet is megbízhatónak látták a scoliotikus gerinc morphometriájának elemzésére. A [74] tanulmány rugalmassági modulus és a térfogati tulajdonságok összefüggését vizsgálja izületi porcból nyert minta alapján. A [75-76] cikkek (azonos szerzőktől) anyagi és tervezési elvek megállapítására törekszik az intervertebrális porckorong stabilizálását célzó implantátumra vonatkozóan. A cikkekben a szálerősítéses kompozitból készült szerkezetek is tárgyalásra kerülnek. A [77-86] cikkeket helyzetképek sorozata adja. A [77] a porckorong degenerációját elemzi az életkor, a nem és a szegmens helyzete szempontjából. A férfiak porckorongja degeneráltabb volt, mint a nőké a legtöbb korcsoportban, különösen a második, ötödik, hatodik és a hetedik évtizedben. Az L4-L5 és az L3-L4 szegmens sérülései nagyobbak voltak, mint a többi lumbális szegmenséi. Ezeket a makroszkopikus megfigyeléseket az 1-26

30 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése epidemiológiai radiographikus adatok is megerősítették. Az értékelés további eredményei azt sugallják, hogy nagy mechanikai terhelés - esetleg táplálkozási hiányosságokkal kombinálva - felelős lehet a férfi porckorongok korai degenerációjáért. A nyolcvanas évek közepét megelőző 30 év gerinc és törzs vizsgálatára vonatkozó kísérleti biomechanikai kutatásainak összegzését adja a [78] tanulmány. A gerincrendellenességek kezelésére kifejlesztett műtéti megoldások az utóbbi időben drámai fejlődésen estek át. A [79-80] tanulmányok összegzésének célja a gerincstabilizációs módszerek és eszközök folyamatos fejlesztése. A [81-85] tanulmány a stabilizációs eszközökkel foglalkozik. A [81] cikk csak a porckorong-betétre koncentrálva 141 munka áttekintését adja, az alábbi témákat érintve: betét-anyagok, a megerősítések in vitro kísérletei, stabilizációs megoldások elemzése mesterséges gerinc-modelleken, in vivo emberi elemzések, állati gerinc-modellek, végeselem-modellek, a merevség hatása, a csont modellezése. A [82] cikk szerzői is a porckorong protézissel foglalkoztak, és 105 eset elemzését végezték el. A műtét után átlagosan 51 hónappal a páciensek 79%-a kitűnő állapotban volt, 87%-uk visszatért a munkába. A [83] cikk már több megerősítést vizsgál, míg a [84] az implantátumok anyagával kapcsolatban, a biokompatibilitásra is kitér. A [86] cikk módszertant ad az in vivo és az in vitro kísérletek elvégzésére. A következő cikkeknek csak a cimük ismert így ezeket csak felsorolom. A [87] -ben terhelő hatások mérésével foglalkoznak a szerzők, a [88] méréstecnikára ad javaslatot,szaknyelvi kélrdéseket tisztáz a [89]. A [90] tanulmány a gerinc izületeinek sérülését vizsgálja, a gerinc merevségének és terhelhetőségének szempontjából, a [91] a lunbosacrális izület csavarási terhelhetőségének változására tér ki. A [92] dolgozat azt vizsgálja, hogy a folyadék befecskendezés, hogyan befolyásolja a porckorong tulajdonságait. A [93] cikk a csigolyák közötti nyomatékátvitel problémáját feszegeti. A [94-97] cikkek sorrendben: az emberi gerinc terhelhetőségéről, háromdimenziós mozgásvizsgálatról, 1-27

31 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése két gerinc csavasrodásmérő eljárás összehasonlításáról, és végül a porckorongok viszkoelasztikus tulajdonságairól szólnak Állatokon végzett kísérletek Az állatokon elvégzett kísérletek is lehetnek in vivo, vagy in vitro jellegűek. Az első négy kísérlet [98-101] célja, hogy összehasonlítsák a borjú, valamint a birka gerincszakaszait az emberével. A [98] tanulmányban meghatározták a mozgás neutrális zónáját, a mellkasi és lumbális gerincszakasz (T6-L6) merevségi adatait a fő anatómiai síkokban lejátszódó hajlító és csavaró nyomatékok hatására. Kimutatták, hogy a borjúgerinc ezen jellemzői nagy hasonlatosságot mutatnak az emberi gerincre vonatkozó adatokkal, így a borjúgerinc meglehetősen jól alkalmazható az emberi gerinc helyettesítésére az in vitro kísérleteknél. A [99] cikk ugyanerről a témakörről pontosabb képet ad a [98]-nál. Jelentős hasonlóságot tapasztaltak a tanulmány szerzői a borjú és ember gerincének viselkedésében, elsősorban a csavarás és az oldalirányú hajlítás szempontjából. Az előre- és hátrahajlás szempontjából a borjú gerince merevebbnek bizonyul, mint az emberé, amely a funkcionális okokat tekintve evidens. Megállapítható, hogy a borjúgerinc előnyösen alkalmazható bizonyos in vitro kísérleteknél az emberi gerinc helyettesítésére. A [ ] tanulmány szerzői megállapították, hogy a gerinc globális szerkezete szempontjából a birkagerinc használható kísérleti modellje lehet az emberi gerinc mellkasi és lumbális szakaszának, és bizonyos fenntartásokkal a nyaki szakasznak is. A tanulmány részletes adatbázist nyújt arra vonatkozólag, hogy eldönthessük az adott vizsgálati szempontból alkalmazhatjuk-e a birkagerincet az emberi gerinc modellezésére, vagy sem. A [ ] cikkek inplantátumok hatásait vizsgálják állati greincen. A [102] dolgozat nyolc friss borjúgerincen alkalmazott teljes L4 corpectomia utáni fa-implantátum és stabilizáció következményeit, és alkalmazhatóságát elemzi in vitro kísérletek során. Először az intakt L1-L6 szakaszt helyezték a hajlítógépbe, és 6 Nm nyomatékkal terhelték mind a hat terhelési irányban. Ezután végezték el az L4 teljes corpectomiáját, és a stabilizációs műtétet, majd a hajlítási terhelési próbát. Az eredmények szerint a módszer és eszköz alkalmasnak látszik előre- és hátrahajlásra, valamint mindkét oldali hajlításra, de csavarásra nem. A [103] vizsgálat a nyúlgerincbe beépített rögzítő berendezés mechanikai tulajdonságait elemzi. A [104] cikk szintén a nyúl gerincét, és annak mechanikai jellemzőit vizsgálja. 1-28

32 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése A porckorong ékszerű deformációjának korrigálásával foglalkozik a [105] dolgozat patkányok gerincén végzett in vivo kísérletek alapján. Az alábbi feltételezések igazolása volt a cél: Az aszimmetrikus terhelés miatt kialakult ékszerű deformitás korrigálható a teher aszimmetriájának a megfordításával. Az aszimmetrikus terhelés miatt kialakult ékszerű deformitás megmarad, ha a terhet csak egyszerűen megszüntetjük. A csigolyák krónikus statikus terhelés következtében előálló tengelyirányú (longitudinális) hosszváltozása eltűnik, ha a terhelést megszűntetjük. Külső rögzítő berendezést alkalmaztak a ferdülés előidézésére, és a tengelyirányú centrikus nyomás (a testsúly 60 %-a) alkalmazására. Két, egyenként 12 darab öthetes patkányból alkotott kísérleti csoportot vizsgáltak. Ezt az aszimmetrikus terhelést alkalmazták valamennyi kísérleti állaton 4 hétig, hogy kialakuljon a porckorong ékszerű deformitása. Ezután a két csoportot szétválasztották. Az első csoportnál a teher megfordításának hatását vizsgálták. Itt a 4 hetet követő első héten tetszőleges irányú terhelést adtak, majd 4 hétig a kezdeti teher aszimmetrikus változatát alkalmazták. A második csoportnál a kezdeti 4 hét után levették az aszimmetrikus terhet, és semmiféle terhelést nem alkalmaztak az 5 hét során. Az állatokat a kísérlet kezdetétől fogva hetente vizsgálták, és radiografikus úton rögzítették a csigolyák ékelődési állapotát. Azt tapasztalták, hogy a csigolyák ékszerű deformitása az okozó terhelés ellentettjének alkalmazásával hatékonyan gyógyítható. A [106] cikkben írók szintén patkányokon kísérleteztek, hogy többet tudjanak meg porckorong nyomásváltozásáról. A kísérleteket patkány farkon hajtották végre. A [107] tanulmány a nyúl gerincét vizsgálja. A [ ] tanulmányok arra térnek ki, hogy a mérés egyes körülményei hogyan befolyásolják a kapott eredményeket. A [108] cikk szerzői bebizonyították, hogy a biomechanikai teszteknél a formalinban konzervált anyag tulajdonságai eltérnek az élő anyag jellemzőitől, ugyanis a formalinban konzervált gerincnél a mozgástartomány mintegy 80%-ra, a neutrális zóna 96%-ra esett vissza a cikk adatai alapján. A [109] tanulmány szerint az eredmények összehasonlíthatósága miatt egy kísérleten belül a próbatestek hosszát állandó értéken kell tartani. A [110] dolgozat viszont arról számol be, hogy a kapott eredményeket lényegesen nem befolyásolja, hogy a minta fagyasztva van, vagy nincs. 1-29

33 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése Rendkívüli körülmények vizsgálata A [111] cikk a gerincet érő váratlan, hirtelen terhek hatásával foglalkozik. Ezek igen nagy erőkkel járhatnak, és a derékfájás előidézői lehetnek. A [112] tanulmány a lumbális gerinc merevségeivel foglalkozik, és a húzási merevségét is meghatározza. A továbbiakban visszautalnánk a [15] tanulmány in vivo vizsgáltára, melynek keretében a gerincet váratlan terhelés hatására vizsgálták, valamint az [52-54] cikkekre, melyek kutatói az anullus fibrosust húzókísérletekre tanulmányozták A numerikus modellek A numerikus modelleket két osztályba soroltuk aszerint, hogy végeselemes [ ], vagy sem [ ] Véges elemes modellek A végeselemes modelleket a gerinc szakaszainak megfelelően csoportosítottuk. Így a [ ] cikkek a lumbális gerincszakaszt, a [ ] pedig a nyaki részt vizsgálják. A [ ] cikkek térbeli nemlineáris végeselem-modell alkalmazásáról számolnak be. A [113] tanulmányban a lumbális gerincet intakt és sebészetileg mesterségesen stabilizált állapotban hasonlították össze, egy (L4-L5) és két szegmenses (L3-L5) modellen. A számítások szerint a műtéttel megbolygatott csontkörnyezetben feszültségcsökkenés tapasztalható, ugyanakkor a porckorong-implantátumok a tengelyirányú terhek mintegy 80%- át viszik át, az ép porckorong 96%-os átvitelével szemben. Ezért a betét környezetében a csigolyatestben feszültségpajzs keletkezik, mert a betétek a feszültségátvitelben aktív szerepet játszanak. Mivel a csontban feszültségcsökkenés, ugyanakkor a betét környezetében feszültségcsúcsok keletkeznek, ezért ez idővel a betét kilazulásához vezet a cikk írói szerint. Az izmok lumbális gerincre gyakorolt hatását elemzi a [114] dolgozat, egy szegmenses modellen (L3-L4). A cikk írói azt állapították meg, hogy az izomerők hatására a szagittális síkban lévő elmozdulások csökkennek, tehát az izomerők stabilizálnak. Az izomerők ugyancsak csökkentik a csigolyatestekben ébredő feszültségeket, a porckorongban lévő 1-30

34 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése nyomást, ugyanakkor a facet teherbírását növelik. Ebből következik, hogy a facet osteoarthritise a porckorong degenerációjához vezethet. Szintén a lumbális gerinc kétszegmenses (L4-S1) szakaszát vizsgálja a [115] tanulmány. Csillapításmentes rezgésvizsgálat során azt tapasztalták, hogy az eredmények függenek a gerinc sajátfrekvenciájától. A 11 Hz-es sajátfrekvenciájú modellnél az 5 Hz-eshez képest nagyobbak a mért erő jellegű jellemzők, majd tovább nőnek egészen a 17.5 Hz-es értékig, míg 25 Hz-nél csökkenés tapasztalható. A további három [ ] tanulmányok szintén háromdimenziós végeselemes eredményeket ismertetnek a lumbális csigolyák modellein. A modellek geometriáját minden dolgozatban valamilyen radiografikus úton történő digitalizálással nyerték. A [117] dolgozat szerzői a mozgásokat mérték -mint a mozgásszegmens stabilitásának mutatóit-, valamint erők és nyomatékok megoszlását vizsgálják. Az eredmények szerint az erők és nyomatékok maximumai sokkal fontosabbak nyomásnál, mint hajlításnál. Az előzetes csontmegerősítés elsősorban nyomásra fontos, csavarásnál elhanyagolható hatása van. Merev rögzítéses stabilizálásnál a repedés nagyságának nincs szerepe. Nyomásra a merev rögzítés, vagy a csontbetét jelentősen csökkenti a szegmens mobilitását, csavarásra egyes megoldások növelhetik azt. A végeselem-módszer hatékony eszköznek bizonyul a gerincszegmensek mozgásának és igénybevételeinek elemzésére, és az egyes stabilizációs megoldások összehasonlítására. A [118] dolgozat szerzői szintén végeselem-módszert alkalmaznak. A geometriai paraméterek hatását elemzik a lumbális gerincszegmensek viselkedésére. Azt találták, hogy a geometriai paramétereknek jelentős hatása van a gerinc viselkedésére, különösen azoknak, amelyek a porckorong dimenzióival kapcsolatban állnak. A következő kutatásokban [ ] a lumbális gerinc biomechanikai paramétereinek meghatározására vegeselem-módszert kombináltak optimalizálással. Az optimalizálásra az izomzat hatásának figyelembevételekor volt szükség. Mindkét cikk szerzői arra jutottak, hogy az izületi szalagoknak - kivéve a lumbosacrális szakaszt - csak marginális szerepe van a nyomatékátvitelben. A [ ] cikkekben nyaki C5-C6 szegmens végeselemes számítása kerül előtérbe. Míg a [121] dolgozat kutatói az intakt modell összehasonlítását végezték el kétféle műtéti beavatkozás következményeivel, addig a [122] írói a szegmensek igénybevétel eloszlását elemzi. Eredményeik szerint: a terhek 88%-át a porckorong viseli, a gerincen belüli ligamentumok legnagyobb alakváltozása (29.5%) előrehajláskor, 1-31

35 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése a capsularis ligamentumok legnagyobb alakváltozása (15.5%) elcsavarodáskor jön létre, a porckorongban létrejövő maximális nyomás (0.24 MPa) előrehajláskor keletkezik, emelésből adódó nyomóteherrel együtt (1.8 Nm N), a porckorong kihasasodása a nyomóerővel arányosan növekszik. A [123] kutatás a gerincferdülés és egyéb orthopédiai elváltozások követésére alkalmas végeselemes modellt mutat be. Amíg a [ ] cikkek kétdimenziós végeselem-modellt adnak a porckorongról, addig a [126] tanulmány részletes háromdimenziós nemlineáris végeselemes modellezési lehetőségét mutatja be a porckorongnak. A modell - az anulus delaminációs folyamatának követésével - fontos lépés a porckorong degenerációs folyamatainak nyomonkövetésében, modellezésében. A [127] dolgozat írói szerint a csont szilárdságtani tulajdonságainak változását a következők jellemzik: a csigolyatest belsejében nagyobb a rugalmassági modulus, szélei felé kisebbek. Az intakt és a műtétileg stabilizált nyúlgerinc végeselemes számításával igazolták a [128] tanulmány szerzői, hogy a nyúlgerinc alkalmas az emberi gerinc biomechanikai tanulmányozására. A [ ] cikkekben a végeselemes modellekről készített helyzetképekről olvashatunk Egyéb numerikus modellek A [ ] cikkekben egyéb numerikus módszerek eredményeit mutatjuk be. A [131] tanulmány szerzőinek modelljein mért igénybevételek minden irányában megfelelnek a kísérleti eredményeknek, nemcsak adott teherszint mellett, hanem a teher növelése, illetve ismétlődő terhelés és hiszterézis esetén is. A modell alkalmazható a különféle gerinc-tesztelő berendezések összehasonlítására is. Az implantátumok tesztelése során alkalmazott cadaver mintadarabokkal szemben ennek a modellnek a nagy előnye a hozzáférhetősége, a megbízhatósága, az alkalmazhatósága, valamint az, hogy kizárja az emberi szövetekkel való érintkezés kockázatait. A nyaki gerincszakaszt vizsgálják a [ ] tanulmányok. Az atlanto-occipitális izület nyomaték-elfordulás görbéjének vizsgálata során a [133] tanulmány szerzői megállapították, hogy nagyobb neutrális zónát ad, mint a lejjebb lévő nyaki gerincszakasz. 1-32

36 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése A [134] cikk a nyaki gerinc C0-C1-C2 szakaszának izületi szalagjairól készittett modellt mutatja be, a [135] pedig cadaver nyaki C5-C6 szegmensre alkalmazott kétféle stabilizációs berendezést hasonlít össze. A teljes alsó nyaki szakaszt vizsgálja a [136] tanulmány, különösen a posterior articular facet geometriájának hatására kitérve, amelyben négy eltérések vannak anatómiailag. A tapasztalatok szerint ennek nagy hatása van a tiszta és az oldalhajlással társult csavarásra. A [ ] dolgozatok elsősorban a derékfájás okainak felderítésére a porckorongot vizsgálják. A [137] cikkben leírt kísérletekre porckorongban ébredő belső nyomás a test súlyának mintegy 3-5-szörösére adódik. Dinamikus emelésnél pedig még további többletnyomás lép fel a porckorongban: a statikushoz képest %-kal nagyobb, az emelt teher nagyságától függően. A [138] dolgozat a lumbális porckorongokra ható terhek eloszlásával foglalkozik, a [140] pedig a porckorong magasságának hatásait elemzi. A [ ] cikkeket író azonos szerzők, a porckorong folyadékvesztéségeit vizsgálják kompresszió hatására, viszkoelasztikus végeselem-modellt alkalmazva. Végül a [143] tanulmány szerzőitől arra kaphatunk választ, hogy hogyan okoz gerincferdülést az aszimmetrikus növekedés. (Az egész mellkas háromdimenziós modelljét vizsgálták.) 1.3. Kísérleti és numerikus kutatások Az összevont numerikus és kísérleti kutatásokat kis számuk miatt nem osztottuk külön csoportokba. Ez a terület óriási munkával jár, és rengeteg időbe telik mire az eredmények kézzel foghatóvá válnak. Ez magyarázhatja azt, hogy kísérleti és numerikus kutatás együttese, kisebb számban fordul elő, mint azok külön - külön. A [144] dolgozat tízféle teherhordó és erőkifejtő munkafeladatot elemez a gerinc és a törzs izomzata szempontjából az alábbi testhelyzetekben: egyenesen állva a törzs elcsavarodásával és anélkül, oldalirányú törzshajlítással, a csavarodás és oldalhajlás kombinációjával. Az eközben fellépő lumbális izomerőket és a gerincben keletkező nyomó- és nyíróerőket egy numerikus biomechanikai modell alapján előre megjósolták, majd számszerűen mérték nyolc 1-33

37 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése helyen a hátizmokban és négy helyen a hasizmokban. Az korreláció értéke között mozgott a jósolt és mért eredmények tekintetében. A tanulmány szerint a gerincet és a törzsizomzatot a csavarás és oldalhajlítás kevésbé veszi igénybe, mint az előrehajlás és főként teher felemelése a törzs előtt. A gerinc csomópontjaiban bekövetkező tehereloszlással foglalkozik a [145] tanulmány a hátra- és oldalra hajlás esetén 120 N nagyságú kezdeti nyomóerő figyelembevételével, és anélkül. A kísérletek során a vizsgált mozgás-szegmens felső csigolyájának elmozdulásait mérték. Ezen adatok birtokában egyensúlyi egyenleteket írtak fel a felső csigolyára, és optimalizálással keresték meg a feltételes szélsőérték feladat megoldását. Az eredmények szerint: 6.9 Nm hátrahajlási nyomaték esetén a facetben keletkező erő 52 N, míg a discusban 104 N tengelyirányú húzóerő lép fel. Ugyancsak 6.9 Nm hátrahajlási nyomatéknál, ha azzal egyidejűleg 120 N kezdeti nyomóerő is működik, 77.2 N keletkezik a facetekben, és 37 N centrális húzóerő a discusban. Oldalra hajlás esetén 6.9 Nm nyomatéknál, kezdeti teher nélkül, a hajlásoldali facetben tengelyirányú 127 N, a discusban 7.8 N tengelyirányú centrális nyomóerő, míg az ellentétes oldali izületi szalagokban 61 és 65 N húzóerő lép fel. A 120 N kezdeti nyomóerő mellett a hajlásoldali facetben tengelyirányú 83.5 N, a discusban N tengelyirányú centrális nyomóerő, míg az ellentétes oldali izületi szalagokban 43.2 és 50.7 N húzóerő lép fel. A porckorongban és az izületi szalagokban fellépő erőkkel foglalkozik a [146] dolgozat. A [ ] tanulmányok részben azonos szerzőktől, egy végeselemes modell bemutatása mellett - mely segítséget ad a helyes inplantátum választásban - a nyaki és lumbális szakaszon vizsgálja a porckorongra ható terheket. 1-34

38 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése 1.4. A nemzetközi irodalmi áttekintés összegzése Összegzésként a következő táblázatban foglalnánk össze, hogy melyik kutatási területhez kapcsolódnak a vizsgálatok előszeretettel. KÍSÉRLETI NUMERIKUS NORMÁL RENDKÍVÜLI ÁLLAT EMBER ÖSSZ EGYÉB VEM IN VIVO IN VITRO ÖSSZ NYAKI HÁTI ÁGYÉKI EGÉSZ DERÉKF. S TAB. KIN ÉS IG P ORCK % 6% 2% 1% 7% 7% 18% 20% 65% 33% HASONLÍTÓ IMPLANTÁTUM EGYÉB % 3% 4% 4% 12% % 3% 3% % 92% 18 12% 31 21% 13 9% NUMERIKUS ÉS KÍSÉRLETI 5 5 3% 3% 1-1. táblázat - Összefoglaló táblázat A fenti táblázat adataiból látható, hogy a kutatási irányzatok az emberi gerinc lumbális szakaszának in vitro vizsgálatai körül csoportosulnak. A kutatások két harmada az emberen végzi vizsgálatait, a többi területhez képest az állati kísérletek is jelentősek. Az a tendencia látható, hogy a kutatok inkább külön végzik kísérleti és végeselemes kutatásaikat, mint együtt kombinálva. Ez egyfajta munkamegosztásra utalhat, és a feltételezi a gazdag és részletes publikálást. Az áttekintett cikkek kiadási évei alapján a következő grafikont készítettük el. A grafikon adatai szépen mutatják az emelkedő tendenciát. Melyeket akkor is tapasztalunk, ha a kísérleti és numerikus kutatások külön kezeljük. 1-35

39 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése db A vizsgált cikkek évenkénit megjelenése grafikon Az volt a sejtésünk, hogy a kísérlet kutatások felöl a kutatók eltolódtak a numerikus vizsgálatok irányába, hiszen e területnél nincs szükség cadaver anyagra, nemkell tartósítani, mint az in vitro kísérleteknél, és minden közvetlenül számolható. A következő grafikon adatai, viszont nem ezt mutatják. 20 A numerikus és kísérleti kutatások publikálása 15 db Kísérletek Numerika 1-2. grafikon Mindkét adatsor emelkedő tendenciáját egy exponenciális regressziós görbével jeleztem. Jól látható, hogy a numerikus kutatások hogyan fejlődnek, de a feltételezett eltolódást nem bizonyítja az ábra. Ez azzal magyarázható, hogy, a numerikus kutatásokhoz szükséges anyagi tulajdonságok megállapítása csak kísérlet utján történhet. Ezen adatok 1-36

40 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése hiányában a numerikus kutatások rászorulnak a kísérleti eredményekre, de biztos elfog jönni az az idő, amikor átveszik a vezető szerepet. A mi súlyfürdős kutatásunk szempontjából az in vivo és rendkívüli terhek hatását elemző cikkek érdekesek.. A következő grafikonon az in vivo és in vitro mérések évenkénti alakulása látható, az elemzett cikkek alapján. 12 Az in vivo és in vitro kísérletek aránya 10 8 db IN VIVO IN VITRO 1-3. grafikon A grafikon adatai alapján az mondható el hogy a kísérleti kutatások emelkedő tendenciáját szinte önmagában az in vitro kísérletek jelentik. Ennek az oka lehet, hogy éppen az imént említett numerikus kutatások fejlődésére irányuló anyagjellemzők meghatározása in vitro kísérletek utján. A következő diagrammal azt szeretnénk bemutatni, hogy a megvizsgált cikkek adatai alapján, a kísérletekben szereplő minták elemszáma mekkora. (A fenti megállapítás alapján ez elsősorban az in vitro kísérleteket fogja jellemezni.) A diagramm nem az összes cikk adatait tartalmazza, természetesen csak azokat ahol volt adat. A hisztogrammon látható, hogy általában 20 elemnél kevesebb volt a minta nagysága. A mi mérésük kapcsán ez a szám 150 fölött van. A dolgozat harmadik pontjában erről lesz részletesebben szó. Az 50 elemnél nagyobb állomány kategóriájába a legnagyobb elem 144 volt, de ez a vizsgált csigolyák darabszámát mutatja. 1-37

41 Nemzetközi kutatások irodalmi áttekintése Gyakoriság [db] A vizsgált minta nagysága felett A vizsgált minta mérete 1-4. grafikon Azt mutatják a fent említett adatok, hogy az in vivo kísérletek terén nem olyan élénk a kutatás, és kevés a feltárt eredmény. Ez is mutatja a következő pontokban bemutatásra kerülő mérési módszer jelentőségét. 1-38

42 2. A gerinc nyúlásának mérésére súlyfürdő-kezelés során A gerinc nyúlásának mérése súlyfürdő-kezelés során Súlyfürdőkezelés alkalmazható minden olyan degeneratív gerincbetegség kezelésében, amelyben a gerinc hosszirányú nyújtása kívánatos, továbbá a csípő- és térdizületek kontraktúráinak a kezelésében. A dolgozat ezen részében arról számolunk be, hogy milyen mérési módszert dolgozott ki egy OTKA pályázati kutatócsoport, (amelynek hallgatói részről tagja vagyok), a gerinc nyúlásának mérésére a súlyfürdő-kezelés során A súlyfürdő-kezelés célja Minden kényszertesthelyzettel, vagy tartósan állandó igénybevétellel járó munka, tevékenység (bányászat, gépipar, vegyipar, építőipar, stb.) a mozgásszervek fiziológiástól eltérő terhelését, a gerinc és a teherviselő izületek fokozott igénybevételét jelenti. A görnyedt és/vagy egyéb kényszertesthelyzetben, vagy folyamatos álló helyzetben végzett fizikai munka elsősorban a csigolyatestek és a csigolyatestek közötti porckorongok egyenlőtlen terhelését idézi elő. Az egészséges porckorong ellenállóképessége a szöveti és felépítési sajátosságok következtében igen nagy. Az orvosi gyakorlatban használt mértékegységek szerint egy átlagos 70 kg súlyú embernél a porckorongok belső nyomása 60 kg/ cm 3. Az ép porckorong felületegységére ható belső nyomás tehát %-kal nagyobb a külső nyomásnál. Ez derül ki a nemzetközi irodalomból is. A porckorongra ható erő hatására annak forma- és alakváltozása következik be, amely kiegyenlíti a nyomásviszonyokat. 100 kg-os terhelés esetén az egészséges porckorong magassága 1,4 mm-rel csökken, szélessége 0,75 mm-rel nő. A súlyfürdő alkalmazásakor az önsúly, ill. az alkalmazott többletsúlyok hatására a porckorong terhelés hatására bekövetkező alakváltozásának az ellenkezője következik be, a porckorong magassága nő, a szélessége csökken. A porckorongra ható külső nyomás nagysága az erő nagyságától és az irányától függ. Függőleges irányban ható nyomás esetén az erő a porckorong felszínén egyenletesen oszlik el. Tangenciális irányú nyomás következtében bizonyos irányokban a nyomáskülönbség 3-5- szörös is lehet. A legnagyobb igénybevételnek kitett lumbalis vagy lumbosacralis porckorongra ható nyomás a terhelés és a törzs hajlásszögének a függvényében változik. A törzs előrehajlásának fokozódásával ugrásszerűen nő a lumbosacralis porckorongra nehezedő terhelés. A mechanikai erőbehatásokat a porckorong bizonyos mértékig kompenzálja. Ha a tartósan érvényesülő igénybevétel, vagy a hirtelen nagy erőbehatás a porckorong ellenálló 2-1

43 A gerinc nyúlásának mérése súlyfürdő-kezelés során képességét meghaladja, bekövetkezik az állapot, amely a gerinc különböző pathológiás folyamataihoz vezet. Az egyoldalú terhelés a porc nedvkeringését, anyagcseréjét akadályozza, ezáltal sietteti a porcszövet korral járó degenerációját. A mozgásszegény életmód, a tartós ülés (gépesítés révén a fizikai munka kiváltása, automatizálás, számítógép, személygépkocsi, TV, stb.) esetén nagyobb erőbehatás nélkül, a monoton testhelyzet, az izomzat statikus igénybevétele révén ugyancsak a porckorongok egyoldalú terhelését, fokozódó degenerációját idézi elő. Ennek eredményeként az utóbbi években a lumbalis gerinc degenerativ elváltozásai mellett megszaporodtak a nyaki gerinc degeneratív kórképei is. A súlyfürdő-terápia a gerinc és a nagyizületek fenti degeneratív elváltozásaiból eredő betegségek nyújtás útján történő gyógykezelésére alkalmazott eljárás. A súlyfürdő hidroterápiás - tipikusan biomechanikai - eljárás, amelynek lényege az, hogy a beteget indifferens hőmérsékletű ( C-os) vízben felfüggesztik a gerinc egyes szakaszainak, illetve az alsó végtagok nagyízületeinek nyújtása céljából. A gyógykezelés során a kívánt húzóerőt a felhajtó erő miatt lecsökkent testsúly értéke mellett kiegészítő többletsúlyok alkalmazásával érik el. A súlyok elhelyezését és nagyságát a kezelés célja szabja meg A súlyfürdő-kezelés története A súlyfürdő magyar találmány, Moll Károly vezette be 1953-ban [156]. Ő ismertette először egy reumatológiai világkongresszuson 1955-ben. Nemzetközi viszonylatban kevéssé terjedt el, bár német nyelven is publikálták [149,157,162], feltehetően azért, mert az eljárást nem alapozza meg korrekt biomechanikai elemzés, így nem tudni, mekkora erők lépnek fel a nyújtott gerincszakaszon, és arról sincs információ, hogy mekkora elmozdulások keletkeznek a terápia során. Ezért - elsősorban az idegsebészek - fenntartással vannak a reumatológiailag előnyös gyógymóddal szemben. Hazánkban azonban, mint a legeredményesebb és legkíméletesebb nyújtásos módszer, a súlyfürdő az elmúlt 45 évben teljes polgárjogot nyert [158, ]. Valamennyi reumakórházban, gyógyfürdő szanatóriumban, sőt még üzemorvosi rendelőkben is széles körben alkalmazzák [152, ]. Egy 1963-ban kelt tanulmány szerint [153] a súlyfürdő hatására a lumbalis discopathiás betegek 45%-a javult, 50%-a panaszmentessé vált, 5%-ának állapota nem változott. A nyaki gerinc degeneratív megbetegedéseinek kezelésében pedig 60%-ban javulást, 36%-ban panaszmentességet és 4%- 2-2

44 A gerinc nyúlásának mérése súlyfürdő-kezelés során ban változatlan állapotot értek el. Mindez a veszélyeztetett korosztály munkaképességének a fenntartása szempontjából igen nagy eredménynek számított már akkor is, de a napjainkban is egyre növekvő számú, reumatológiai elváltozást okozó munkakörök (pl. a számítógép előtt való tartós ülés, helytelen testtartás) szempontjából ma is fontos és aktuális A súlyfürdő-kezelés leírása A súlyfürdő a célnak megfelelően kialakított fürdőmedencéből és egy egyszerű függesztő szerkezetből áll ábra - A medence kialakítása A fürdőmedence szélére erősített függesztő szerkezet alatt a medencét mintegy cm-es mélységben ki kell mélyíteni, hogy a felfüggesztett emberi test támaszkodás nélkül tudjon függeni a vízben. A függesztő szerkezetet a medence szélére rögzített lyra alakú függesztő elem és az ahhoz sodronykötéllel csatlakozó fejtartó gallér, valamint hónaljtámaszok alkotják. A kétoldali felfüggesztés révén a gallér síkja szabadon tudja követni a tarkó és áll síkját. A 2-3

45 A gerinc nyúlásának mérése súlyfürdő-kezelés során betegnek ugyanis el kell lazulnia, ehhez pedig kényelmes fejtartást kell felvennie az akasztás során. A rugalmas felfüggesztés és a kellemes hőfokú víz hullámzása által keltett vibrációs hatás elősegíti az izmok és a gerinc ellazulását, ezáltal fokozza a nyújtóhatást. A medence faláról a víz felszínén - a test szélességének megfelelően beállítható - két, mankószerű hónaljtámasz nyúlik be a gallér mellé. A hónaljtámaszok használata fakultatív, az orvosi előírás függvényében ábra - A gallér kialakítása A súlyfürdőben az emberi test felfüggesztése háromféle módon lehetséges: 1. Egypontos felfüggesztés: a test csak a galléron támaszkodik: a tarkó és az áll síkjában fekszik fel a gallérra, miközben a karok támasz nélkül függenek a test mellett. Ez a függesztési mód mind a nyaki, mind az ágyéki gerincszakasz nyújtására alkalmas. 2. Kétpontos felfüggesztés: a test csak a hónaljtámaszokon függeszkedik. Ez a függesztési mód csak az ágyéki gerincszakasz nyújtására alkalmas. 2-4

46 A gerinc nyúlásának mérése súlyfürdő-kezelés során 3. Hárompontos felfüggesztés: a test a galléron és a hónaljtámaszokon támaszkodik. Ez a függesztési mód elsősorban az ágyéki gerincszakasz nyújtására alkalmas, és a nyaki nyújtás csak a hónaljtámasz igénybevételének mértékétől függően lehetséges. A gyógykezelés során a vízbe merülő testre ható nyújtó-erőt erőt a test felhajtó erővel csökkentett önsúlya, valamint a testre akasztott többletsúlyok fejtik ki. A többletsúlyokat szimmetrikusan helyezik el a testre az alábbiak szerint: - a csípőlapát feletti síkban a csípőre helyezett övre erősítve, a test két oldalán, - a két bokára helyezett pántra erősítve. A súlyok helyét és nagyságát a kezelés célja szabja meg ábra - Súly felhelyezése a bokára 2-5

47 A gerinc nyúlásának mérése súlyfürdő-kezelés során 2.4. A gerinc és a súlyfürdő biomechanikája Az ágyéki gerinc szerepe többrétű. Egyrészről védi a gerincvelőt és az idegeket, másrészt támasztó szerepet tölt be, harmadrészt kisizületeiben törzsmozgásokat szabályoz. Az egészséges ágyéki gerinc igen hajlékony, és mégis nagy terheket tud viselni. Mozgását aktívan a gerinc melletti mély hátizmok szabályozzák, passzívan pedig a csigolyákat összekötő szalagok szabnak határt a különböző mozgások kiterjedésének. Mint említettük, a gyógykezelés több évtizedes sikeres alkalmazása ellenére mindmáig hiányoznak, a módszerre vonatkozó - kísérletekkel alátámasztott - biomechanikai számítások. Így a kezelés empíriára épül, és az előforduló bizonytalanságok miatt számos esetben szövődményeket okozhat. Ezért az orvostársadalom egy része - különösen az idegsebészet - tartózkodó az eljárással szemben. Minthogy a súlyfürdőt széles körben alkalmazzák mind kórházi, mind ambuláns kezelés formájában, gyógyító, karbantartó, vagy prevenciós célból, ezért az eljárás pontos biomechanikai elemzése különös jelentőséggel bír. Megfelelő biomechanikai elemzés birtokában az eljárás külföldi alkalmazásában is lényeges előrelépés lenne várható. A súlyfürdő-kezelés biomechanikai hátterének tisztázására az első kutatás a kilencvenes évek elején született. Bene és [ ] elsőként végeztek biomechanikai számításokat a súlyfürdő-kezelésre vonatkozóan 1993-ban. Ennek során a gerinc különböző szakaszaira és az alsó végtagok nagyízületeire ható húzóerőt határozták meg közelítő számítások alapján. Megadták a felfüggesztési pontban, illetve attól tetszőleges távolságban ható húzóerő nagyságát terheletlen állapotban és különböző terhek mellett, a felfüggesztés módjától, az emberi test súlyától és sűrűségétől, valamint az alkalmazott súlyok helyétől és nagyságától függően. Ezzel lehetővé tették a kezelőorvos számára, hogy a fenti paraméterek függvényében meg tudja határozni, hogy adott súlyok alkalmazása esetén megközelítőleg mekkora húzóerő hat a kezelendő gerincszakaszra, vagy izületekre. A legfontosabb információ azonban, hogy a nyújtásnak alávetett gerincszakasz vagy ízületek miként deformálódnak az adott húzóerő hatására, nem állnak rendelkezésre. Ezek az adatok nemcsak az idegsebészet szempontjából lennének fontosak, hanem az emberi testtel foglalkozó biomechanikai modellezés szempontjából is. A biomechanika, azaz az emberi szervezet mechanikai modellezése és numerikus elemzése tudománya területén számos eredmény született, azonban ezek realitását minden esetben megkérdőjelezte az 2-6

48 A gerinc nyúlásának mérése súlyfürdő-kezelés során emberi test vizsgált szakasza anyagának valóságos viselkedését leíró pontos teher-idődeformációs összefüggések hiánya. Ennek a hiánynak a pótlására indult pályázati támogatással az a kutatás, amelynek célja az élő emberi gerinc nyúlásának kísérleti meghatározása a súlyfürdő-kezelés során A gerinc nyúlásának meghatározására kifejlesztett módszer ismertetése Ennek az igen lényeges kérdésnek a széleskörű kísérleti és numerikus elemzése céljából a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar Tartószerkezetek Mechanikája Tanszéke oktatói és az Országos Reuma- és Fizioterápiás Intézet orvosai pályázatot nyújtottak be az OTKA Irodához, hogy anyagi támogatása mellett a kutatási feladatot végrehajthassák. A kutatók a pályázatot elnyerték, és jelenleg végzik a kísérleteket a gerinc súlyfürdő-kezelés hatására bekövetkező nyúlásának meghatározására. Ezidáig, csak a gerinc lumbális szakaszán végeztünk méréseket, amelyeket a jövőben a nyaki gerincszakaszra és a nagyizületekre is ki szeretnénk terjeszteni. A kísérletek az Országos Reuma- és Fizioterápiás Intézet súlyfürdőjében folynak. A kísérleteket BME Tartószerkezetek Mechanikája Tanszéke oktatói, az ORFI és a Szent Imre Kórház orvosai végzik, bevonva a munkába a hallgatókat is. A beteganyagot az ORFI orvosai válogatják ki a bennfekvő és az ambuláns állományból egyaránt. Figyelembevéve a reumatológiai gyógykezelések kialakult gyakorlatát és időszükségletét, az egyes mérési alkalmakat 2-4 hetenként végezzük, munkaszüneti napokon, amikor a súlyfürdő üzemszerűen nincs igénybevéve. Tekintettel az egyes kísérletek időszükségletére, egy-egy kísérleti napon reggel 8 órától 14 óráig átlagosan legfeljebb beteggel tudunk foglalkozni. Ekkor is csak egyfajta mérés végezhető: vagy lumbális, vagy nyaki gerinc, vagy nagyizület. Eszerint tehát a kísérletek meglehetősen hosszú időt vesznek igénybe, és mesterséges siettetésükre nincs lehetőség. A kísérletekhez kifejlesztettünk egy adatlapot, amely egyben a mérési jegyzőkönyv szerepét is betölti. Mivel a kísérletek során a lumbális gerinc teher-idő-deformáció összefüggéseit kor-, nem-, testsúly- és magasság, illetőleg testsűrűség-csoportonként határozzuk meg, ezért az erre vonatkozó adatoknak az adatlapon szerepelnie kell. Továbbá mivel a lumbális gerinc megnyúlására megfelelően kiválasztott két csigolya közötti távolság mérése útján következtetünk, ezért a kiválasztott csigolyák szerepeltetése az adatlapon ugyancsak fontos. A mérni kívánt jellemzők változását az alkalmazott súlyok függvényében elemezzük, ezért a súlyok adatai, azok elhelyezési módja ugyancsak jegyzőkönyvileg 2-7

49 A gerinc nyúlásának mérése súlyfürdő-kezelés során rögzítendő. A vizsgálat alapvető paramétere az idő. A jegyzőkönyvnek az idő rögzítésére precízen ki kell térnie. Végül azt sem hagyhatjuk figyelmen kívül, hogy a három lehetséges felfüggesztési mód közül melyiket alkalmazzuk a mérés során. A csigolyák közötti távolság súlyfürdő alatti mérése csak víz alatt történhet. Erre fejlesztette ki a kutatócsoport azt az ultrahangos eljárást, amely a jelen beszámoló tárgyát képezi. A méréshez egy HITACHI EUB 405 típusú hordozható ultrahangos diagnosztikai műszert használunk, amely számítógéphez csatlakozik. A műszeren megjelenő képet és a mérési eredményeket a számítógépre visszük, ahonnan hordozható winchesteren szállítjuk el az eredményeket további feldolgozásra. Az ultrahang készüléket a súlyfürdő medencéje szélén helyezzük el, amelyből a mérőfej vízhatlan kábelen jut el a víz alatt lévő beteghez. A mérést végző orvosnak a mérés teljes időtartama alatt a beteggel együtt a medencében kell tartózkodnia ábra - Az ultrahangos mérés szárazon és víz alatti 2-8

50 A gerinc nyúlásának mérése súlyfürdő-kezelés során A kiválasztott két csigolya közötti távolságot az alábbi körülmények és időeloszlás szerint mérjük meg: - súlyfürdő előtt, álló testhelyzetben, - vízben, a felfüggesztés pillanatában, többletsúlyok nélkül, - vízben, a felfüggesztést követő legrövidebb időn belül, többletsúlyokkal, - az előírt függés után, általában 20 perc elteltével, - súlyfürdő után azonnal, álló testhelyzetben. A kísérletek jelenlegi fázisában egy betegen három csigolyarést vizsgálunk: - LIII - LIV a lumbális hármas és négyes, - LIV - LV a lumbális négyes és ötös, valamint a - LV - SI a lumbális négyes és a szakrális egyes csigolyák közötti réseket. Ennek megfelelően egy-egy beteggel átlagosan mintegy percig foglalkozunk ábra - A mért csigolyarések 2-9

51 A gerinc nyúlásának mérése súlyfürdő-kezelés során Az ultrahangos mérések képi eredményeit a Tanszéken dolgozzuk fel. E célból rendelkezésünkre áll egy - elsősorban kórházi betegkezelési és ellátási célokra kifejlesztettszoftver, amelynek segítségével a képeket megjelenítjük a számítógép képernyőjén, és azokon újabb méréseket és a felvételek összehasonlítását végezzük el. A képfeldolgozó szoftver a Pictron Kft. által kifejlesztett PRIRES program. A PRIRES program az IMPRES rendszer képfeldolgozó alrendszere, azon keresztül használható. A kísérletek helyszínén a képek rögzítése a Vizsgálat funkcióban, míg a kutatóhelyen a képek értékelése a Képkezelés funkcióban történik. A vizsgálati funkcióban a helyszíni ultrahangos mérések során a csigolyanyúlványok távolságának mérésekor a kurzor állását a megfelelő helyzetben rögzítve, a kívánt távolság mérőszáma a képernyőn megjelenik, és rögzítésre kerül. A képek későbbi kiértékelése során ez a távolság képezi a további mérések alapját. A képkezelési funkcióban a képfeldolgozó program alkalmas a képek minőségének optikai javítására, a célnak megfelelő keménység beállítására, a kép negatívjának előállítására. A képen bármiféle utólagos mérés eszközölhető, a kép méretei változtathatók. A képre tetszőleges ábra berajzolható. Egy adott mérendő csigolyatávolságról minden esetben két felvételt és mérést készítünk az adott pillanatban és helyzetben. A kiértékelés során a különböző időpontokban készített felvételeket és rögzített mérési eredményeket hasonlítjuk össze, ez képezi a nyúlás megállapításának alapját. Az ultrahangos képfelvételeket nemcsak a képernyőn elemezzük, hanem kinyomtatott formában is. A csigolyanyúlványok kontúrját átlátszó fóliára átmásolva, az egyes helyzetek egymásra helyezésével a különbségek pontosan megjeleníthetők és mérhetők. A mérések során, a képen rögzített eredeti mérési eredményeket tekintjük referencia-mérésnek. 2-10

52 3. A mérési eredmények kiértékelése A második pontban bemutatott módszerrel gyűjtött adatokból rengeteg szempont szerint lehet vizsgálatokat végezni. A mérési eredményeket kezdeti feldoldozásaként két fő szempont szerint fogjuk kiértékelni. Először a mért állomány összetételét illetően, majd a megnyúlásra vonatkozóan vonunk le általános következtetéseket A mért állomány összetétele A mért állományt osztályozzuk nemek, életkor, testmagasság, és egyéb fizikai jellemzők alapján, valamint aszerint, hogy kaptak e súlyt a betegek, vagy nem. Az alábbi táblázat az összes személyt tartalmazza aki megjelent a mérésen. Teljes állomány Vizsgált személyek férfi nő Összesen Értékelhető UH-felvételek Fiziológiailag nem értékelhető UH-felvételek Technikai hiba miatt nem értékelhető képek Összes vizsgált személy táblázat -A súlyfürdőben vizsgált személyek összlétszáma Összesen 189 fővel foglalkoztunk a nemzetközi irodalom részletes áttekintése után azt mondhatjuk, hogy ez óriási mennyiség. A táblázat adatait százalékos formában a következő diagramm mutatja A mért állomány összetétele (189 fő) 10% 26% 64% 47% 17% Fiziológiailag nem értékelhető Többletsúllyal mért Technikailag nem értékelhető Többletsúly nélkül mért 3-1. diagramm- Az állomány százalékos megoszlása 3-11

53 A fenti diagrammon és táblázaton látható, hogy 18 fő esetén technikai hiba miatt nincs értékelhető adat. Ennek az volt az oka, hogy a számítógép és az ultahangos készülék között nem történt meg az adatátvitel. Ez a hiba több alkalommal biztos nem fog előfordulni, mert azóta, a két készülék közé iktatott monitoron mindig ellenőrizzük az adatok továbbítását. Ha ezt a 18 főt kihagyjuk az értékelésből, akkor nemenként az alábbi adatokat kapjuk a mérhetőség szempontjából. A mért FÉRFI állomány összetétele (68 fő) 25% 75% 59% 16% Fiziológiailag nem értékelhető Többletsúly nélkül mért Többletsúllyal mért 3-2. diagramm- A férfi állomány mérhetősége A fenti ábráról látható, hogy a férfiak 1/4- e esetén nem volt értékelhető ultrahangos kép, míg a nők esetén ez 1/3- ra nő. A mért NŐI állomány összetétele (103 fő) 32% 68% 47% 21% Fiziológiailag nem értékelhető Többletsúly nélkül mért Többletsúllyal mért 3-3. diagramm- - A női állomány mérhetősége 3-12

54 A nem mérhetőségnek fizológiai okai között a következők fordultak elö: - az izületi szalagok erős elmeszesedése - vastag zsírréteg a háti felszínen - nagy scoliotikus gerincgörbület Ezek mind azt okozzák, hogy az ultrahangos készülék értékelhetetlen képet ad. A továbbiakban csak a mérhető állománnyal foglalkozunk, és több paraméter szerint végeztünk vizsgálatot, kereszt- és hosszmetszetben. A minta keresztmetszetén azt értjük, hogy a kisebb kiterjedés irányába osztjuk szét a száz százalékot. A kor szerinti megoszlás esetén például ez azt jelenti, hogy a korcsoportokon belül osztjuk szét a száz százalékot, például nemek szerint; hosszmetszeti vizsgálat esetén pedig nemenként osztjuk szét a száz százalékot korcsoportokra. Az életkor szerinti százalékos megoszlás alapján az mondható el, hogy a nők és a férfiak jó része a éves korosztályból került ki. Eloszlásuk hasonló, bár a hosszmetszeten is látható, hogy az idősebb korosztályban több a nő. Éltkor szerinti megoszlás 40 Százalák nemenként év alatt év Korcsoportok felett férfi nő diagramm- Az életkor szerinti megoszlás, hosszmetszet A keresztmetszeti vizsgálatból még jobban látszik, hogy az idősebb korosztályokban egyre növekszik a nők aránya. 3-13

55 Az állom ány kor szerintim egoszlása Százalék 100% 80% 60% 40% 20% 100 0% 20 év alatt év felett Életkor Férfiak Nők 3-5. diagramm- Az életkor szerinti megoszlás, keresztmetszet Ennek a tendenciáinak valószínű, hogy a két nem közti átlagáletkorbeli különbség lehet az oka. A testsúly vonatkozásában az állapítható meg, hogy a férfiak nehezebbek, amit a női és férfi testalkati különbségek magyaráznak. Testsúly szerinti megoszlás Százalék nemenként kg alatt Testsúly 100 férfi nő 100 kg felett 3-6. diagramm- A testsúly szerinti megoszlás, hosszmetszet 3-14

56 Az állomány testsúly szerinti megoszlása Százalék 100% 80% 60% 40% 20% 0% 50 kg alatt kg felett Testsúly Férfiak Nők 3-7. diagramm- A testsúly szerinti megoszlás, keresztmetszet Ezt az emelkedő tendenciát igazolja a keresztmetszet vizsgálat is. (A kg - os csoportban 2 nő és 1 férfi van.) A testmagasság esetén ugyanez mondható el. A férfiak magasabbak, mint a nők anatómia különbségek miatt. Testmagasság szerinti megoszlás Százalék nemenként cm Testmagasság felett férfi nő 3-8. diagramm- A testmagasság szerinti megoszlás, hosszmetszet 3-15

57 Az állomány testmagasság szerinti megoszlása Százalék 100% 80% 31 60% 72 40% % % cm felett Testmagasság Férfiak Nők 3-9. diagramm- A testmagasság szerinti megoszlás, keresztmetszet A következő paraméter egy sűrűségi jellemző, melyet a testsúly [kg] és a testmagasság [cm] hányadosaként képeztünk. Ez fontos lehet vízben való függés során, hiszen egy sűrűbb ember esetén több súly tudja nyújtani a gerincét, de ezt most nem elemezzük, csak az eloszlást vizsgáljuk. E szerint megállapítható, hogy a férfiak átlagosan sűrűbbek, mint a nők. Testsúly/ testmagasság szerinti megoszlás Százalék nemenként alatt Testsúly/ testmagasság felett férfi nő diagramm - A sűrűség jellemző hosszmetszeti megoszlása 3-16

58 A 0,551-0,6 -os kategóriában 3 nő szerepel 1 férfi ellenében és ez okozza a keresztmetszet diagramm ugrását, de a kis mennyiségű adat miatt ezt figyelmen kívül hagyhatjuk. Az állomány súly/ magasság szerinti megoszlása Százalék 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0,3 alatt 0,300-0, ,351-0,40 0,401-0,45 0,451-0,50 0,501-0,55 súly/ magasság Férfiak Nők 0,551-0,6 0,6 felett diagramm- A sűrűségi jellemző keresztmetszeti megoszlása Az utolsó jellemző egy alkati jellemző, melyet azon orvosi ökölszabályra alapoztunk, miszerint az ideális testsúlyt kg - ban jól közelíti a cm - ben megadott testmagasság utolsó két számjegye. Vagyis testsúly /(testmagasság-100). Testsúly/ (testmagasság-100) szerinti megoszlás Százalék nemenként alatt Testsúly/ (testmagasság-100) férfi nő diagramm - Az alkati jellemző hosszmetszeti megoszlása 3-17

59 Az egy alatti értékek az alany soványságára, míg az egy felettiek a túlsúlyosságára utalnak. Így megállapítható, hogy mindkét nem átlaga az egy közelében van, de a nők átlag inkább az egy fölé tolódik el. Ezt egy kicsit a keresztmetszet vizsgálat is mutatja, hiszen a nők aránya enyhén emelkedik egy fölött. Az állomány testsúly /(mag-100) szerinti megoszlása Százalé 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0.7 alat testsúly /(mag-100) Férfiak Nők diagramm - Az alkati jellemző keresztmetszeti megoszlása 3.2. Megnyúlási adatok elemzése A továbbiakban a megnyúlási adatokat értékeljük nemenként és szegmensenként az idő függvényében. Az 2. és 3. diagrammon is látható, hogy a betegek nagyobb részét többletsúllyal mértük, a többletsúly nélkül mért páciensek adatait kis számuk miatt most csak részben vettük figyelembe. Amikor a felfüggesztés pillanatában mért adatokat elemezzük a többletsúly nélkül, és a többletsúllyal mért adatokat együtt kezeltük, hiszen ekkor még egyik betegen sem volt súly. Ezért mindig jelölni fogom, hogy az adatok hány fős mintából származnak. A mérés során igen nehéz különbséget tenni a nagyon kis változások között Ezért először, azt mutatnánk be az LIII- LIV szegmensen, hogy az idő folyamán a nők és férfiak hány százaléka mutatott nyúlást. 3-18

60 LIII-LIV discus extensiója felfüggesztéskor többletsúly nélkül (112 fő) 100% 80% 60% 40% 20% 0% Férfiak Nem nyúltmeg Nők Megnyúlt LIII-LIV discus extensiója felfüggesztéskor többletsúllyal (82 fő) 100% 80% 60% % 20% 0% Férfiak Nők Nem nyúltmeg Megnyúlt LIII-LIV discus extensiója 20 perc múlva többletsúllyal (82 fő) 100% 80% 60% 40% 20% 0% Férfiak Nők Nem nyúlt meg Megnyúlt 3-14 diagramm 3-19

61 A diagrammokon jól látható, hogy míg kezdetben a férfiaknak több mint a fele, addig a nőknek 1/5- e nyúlt meg. Ez az arány a többletsúly felakasztásakor javul mindkét nemben körülbelül 2/3 rész nyúlik meg, és a 20 perces lógás után még jobban kiegyenlítődik a két nem közti eltérés, és a betegek 3/4 része megnyúlt. A megnyúlás időbeli változását szeretnénk szemléltetni a következő ábrasoron nemenként. A fent említett tendencia jól látható az LIII-LIV szegmens két ábráján. LIII-LIV discus extenziója (38 ffi) 100% 80% 60% 40% 20% 0% többletsúly néklül többletsúllyal 20 perc múlva Nem nyúlt meg Megnyúlt LIII-LIV discus extenziója (44 nő) 100% 80% 60% % 80 20% 0% többletsúly néklül többletsúllyal 20 perc múlva Nem nyúlt meg Megnyúlt diagramm 3-20

62 Az LIV-LV szegmens szintjén hasonló tendencia látható, mint az LIII-LIV- es szegmensnél, de a megnyúltak százaléka átlagosan 10 százalékkal kevesebb, szinte minden eredmény tekintetében. LIV-LV discus extenziója (39 ffi) 100% 80% 60% 40% 20% 0% többletsúly néklül többletsúllyal Nem nyúlt meg perc múlva Megnyúlt LIV-LV discus extenziója (48 nő) 100% 80% 60% % 20% % többletsúly néklül többletsúllyal 20 perc múlva Nem nyúlt meg Megnyúlt diagramm 3-21

63 A legalsó LV-SI szegmensen még további csökkenés mondható, mind a kezdeti és mind a végértéket tekintve. LV-SI discus extenziója (31 ffi) 100% 80% 60% % 20% % többletsúly néklül többletsúllyal 20 perc múlva Nem nyúlt meg Megnyúlt LV-SI discus extenziója (39 nő) 100% 80% 60% % 20% 0% 77 többletsúly néklül 56 többletsúllyal perc múlva Nem nyúlt meg Megnyúlt diagramm 3-22

64 A továbbiakban a megnyúlás értékeit részletezve végezzük el az összehasonlításokat. Az adatokat táblázatos formában a melléklet tartalmazza. A megnyúlásokat félmilliméteres tartományokba osztottuk, de a diagrammok áttekinthetősége kedvéért milliméteres osztályokban ábrázoltuk. Az LIII-LIV szegmenst vizsgálva ugyanazok az állítások mondhatók el, mint fentebb. Vagyis, hogy a férfiak nagyobb kezdeti nyúlásokat produkálnak, de 20 perc alatt a nők nyúlásai elérik a firfiakét. Az LIII-LIV discus extensiója felfüggesztéskor többletsúly nélkül (112 fõ) Százalék nemenként ,01-1,00 1,01-2,00 2,01-3,00 3,00 felett Férfiak Nők Nyúlás [mm] Az LIII-LIV discus extensiója felfüggesztéskor többletsúllyal (82 fõ) Százalék nemenként ,01-1, ,01-2,00 2,01-3,00 3,00 felett Férfiak Nők Nyúlás [mm] 3-23

65 Az LIII-LIV discus extensiója 20 perc múlva többletsúllyal (82 fõ) Százalék nemenként ,01-1, ,01-2, ,01-3,00 3,00 felett Férfiak Nők Nyúlás [mm] diagramm A görbeseregeken jól látható, hogy hogyan alakul ki a normális eloszlásnak megfelelő alak. A nem nyúlt értékek fokozatosan csökkennek, és az 1-2 mm közti nyúlások százaléka fokozatosan nő. A haranggörbe időbeli alakulását a következő diagramm szemlélteti legjobban Százalék nemenként Az LIV-LV discus extensiója (39 ffi) ,01-1,00 1,01-2,00 2,01-3,00 3,00 felett Nyúlás [mm] többletsúly néklül többletsúllyal 20 perc múlva diagramm 3-24

66 A mellékletben szereplő kilenc ábra együttesről leolvasható, hogy ahogy közeledik a szegmens a keresztcsont felé a végső 20 perc utáni megnyúlások egyre kisebbek. Ezt próbáltuk szemléltetni a következő diagrammokon. A 0 mm -es megnyulás megoszlása (ffi) LV-SI 0 1 Idő 2 3 LIV-LV LIII-LIV LIII-LIV LIV-LV LV-SI A 0 mm -es megnyulás megoszlása (nők) Idő LIII-LIV LIV-LV LV-SI LIV-LV LIII-LIV LV-SI diagramm- A végnyúlások időbeli és szegmensenkénti változása Összegzésül elmondható, hogy az állományunk nemenként hasonló kormegoszlású a testsúly és testmagasság tekintetében jelentkeznek a megszokott anatómiai különbségek, de alkatilag hasonlóak a nemek. A férfiak sűrűségi jellemzői magasabbak, és talán ez a 3-25

67 magyarázata annak, hogy a férfiak azonnali megnyúlási eredményeik jobbak, hiszen a súlyok felakasztásának pillanatában a nők is közel azonos százalékban nyúlnak meg. A megnyúlási hosszokon jól nyomon követhető a 20 perc alatt kialakuló haranggörbe jelleg, ahogy közeledik a szegmens a sacrum felé egyre merevebbé válik. A nulla megnyúlások végértéke az LIII-LIV szegmensben nemektől függetlenül 25 % körüli, míg az LV-SI szegmensben 40%- ot közelíti. Ennek valószínű, hogy az lehet az oka, hogy a lágyabb lumbális gerincszakasz és a merevebb sacrum találkozásánál a merevségi átmenetet a lágy szővetek, izomzat hidalja át. A mérések még most is folyamatban vannak, az eddigi eredmények feldolgozása szinte még meleg, kiértékelésük teljes feldolgozása még folyamatban van. A fentiekben összefoglalt eredmények tükrében azt szeretnénk tovább vizsgálni, hogy a folyamatos megnyúlásból hogyan veszik ki részüket az egyes korcsoportok és a fentiekben említett fizikai paraméterek alapján egy csoportokba tartozó betegek, az idő függvényében. Ezen kívül, hogy elsősorban melyik fizikai paraméter jellemezheti a nem mérhetőséget, és hogy valóban sűrűségi jellemzőjük különbözősége magyarázza a két nem nyúlási különbségeit a felfüggesztés pillanatában. 3.3 Az eredmények gyakorlati haszna, a dolgozat összegzése Minthogy az élő embereken végzett kísérletek rendkívüli körültekintést és nagyszámú kísérletet igényelnek, az eredmények nem siettethetők. Eddigi eredményeink megfelelnek a várakozásnak, és sikerrel bíztatnak, azonban még a kísérletsorozat első harmadában vagyunk. Ezért az eredményekről jelenleg csak megfelelő óvatossággal nyilatkozhatunk. Eddigi kísérleti eredményeink tanúsága szerint a súlyfürdő-terápia hatása biomechanikailag megfelelő pontossággal számszerűsíthető. A kísérletek megbízható módon igazolják azt a feltevést, hogy a gerinc a súlyfürdő során a viszkózus anyagokhoz hasonlóan viselkedik: szinte azonnal kialakulnak a rugalmas deformációk, majd időben elnyújtva a kezdetben nemlineáris, később lineárisnak tekinthető viszkózus deformációk. Azt tapasztaltuk, hogy az azonnal kialakuló megnyúlások, szegmensszintenként a sacrun felé csökkenek, és nemenként is különböznek. E nemenkénti különbség súly hatására megszűnik. Tehát 1-2 kg többletsúly alkalmazása valószínűleg befolyásolja az eredményeket. 3-26

68 A dolgozatban bemutattunk egy módszert, amelyet a BME és az ORFI közös kutatócsoportja fejlesztett ki a gerinc nyúlásának mérésére a súlyfürdő-kezelés során. Ismertettem a súlyfürdő célját, történeti kialakulását, biomechanikáját, valamint az ismertetésre került kísérletsorozat célját és jelentőségét. Mivel a kísérletek még javában folynak, végeredményekről még nem számolhattam be. Jelenleg a többletsúly nélkül mért betegek adatait szeretnénk tovább növelni, hogy azokat is ki lehessen értékelni. Ezek után, majd biztosabbat lehet mondani arról, hogy van e jelentősége a többletsúlynak. A kísérletsorozat eredményeként az emberi test legnagyobb terhelésű, nagy deformációt szenvedő szöveteinek a viselkedésére vonatkozóan nyerünk olyan fontos új információkat, amelyek a gyógyításban közvetlenül is felhasználhatók, ugyanakkor azonban a gyógyítást közvetve elősegítő biomechanikai számításokhoz is felhasználhatók lesznek. A kísérletsorozat végén esedékes eredményeink várhatóan nagy jelentőséggel bírnak majd a súlyfürdő-kezelés fő- és mellékhatásai okának tisztázásában, és a kezelés hatékonysága emelésében. A nagy számú gerincbántalomban szenvedő, s emiatt munkából kieső beteg, a munkaképes réteg jelentős százaléka munkaképességének visszaállítása szempontjából ez nem elhanyagolható. A várható eredmények alapján a súlyfürdő - mint egzakt gyógykezelési eljárás - veszélytelenül alkalmazható, és külföldön is bevezethető lenne. 3-27

69 4. IRODALOMJEGYZÉK 1. Sawin, P.D., Todd, M.M., Traynelis, V.C., Farrell, S.B., Nader, A., Sato, Y., Clausen, J.D., Goel, V.K., Cervical spine motion with direct laryngoscopy and orothracheal intubation. An in vivo cinefluoroscopic study of subjects without cervical abnormality, Anesthesiology, 85(1), 26-36, Lee, S., Harris, K.G., Nassif, J., Goel, V.K., Clark, C.R., In vivo kinematics of the cervical spine. Part I: Development of a roentgen stereophotogrammetric technique using metallic markers and assessment of its accuracy, J. Spinal Disord., 6(6), , Richter, M., Wilke, H.J., Kluger, P., Claes, L., Puhl, W., Load-displacement properties of the normal and injured lower cervical spine in vitro, Eur. Spine J., 9(2), , Goel, V.K., Clark, C.R., McGrowan, D., Goyal, S., An in vitro study of the kinematics of the normal, injured and stabilized cervical spine, J. Biomech., 17(5), , Moroney, S.P., Schultz, A.B., Miller, J.A., Andersson, G.B., Load-displacement properties of lower cervical spine motion segments, J. Biomech., 21(9), , Ulrich, C., Woersdoerfer, O., Kalff, R., Claes, L., Wilke, H.J., Biomechanics of fixation systems to the cervical spine, Spine, 16(3 Suppl.), S4-9, Kalff, R., Ulrich, C., Claes, L., Wilke, H.J., Grote, W., Comparative experimental biomechanical study of different types of stabilization methods of the lower cervical spine, Neurosurg. Rev., 15(4), , Schulte, K., Clark, C.R., Goel, V.K., Kinematics of the cervical spine following discectomy and stabilization, Spine, 14(10), , Panjabi, M.M., Duranceau, J., Goel, V., Oxland, T., Takata, K., Cervical human vertebrae. Quantitative three-dimensional anatomy of the middle lower regions, Spine, 16(8), ,

70 10. Penjabi, M.M., Takata, K., Goel, V., Federico, D., Oxland, T., Duranceau, J., Krag, M., Thoracic human vertebrae. Quantitative three-dimensional anatomy, Spine, 16(8), , Lemosse, D., Le Rue, O., Diop, A., Skalli, W., Marec, P., Lavaste, F., Characterization of the mechanical behaviour parameters of the costo-vertebral joint, Eur. Spine J., 7(1), 16-23, Oxland, T.R., Lin, R.M., Panjabi, M.M., Three-dimensional mechanical properties of the thoracolumbar junction, J. Orthop. Res., 10(4), í, Panjabi, M.M., Kifune, M., Liu, W., Arand, M., Vasavada, A., Oxland, T.R., Graded thoracolumbar spinal injuries: development of nultidirectional stability, Eur. Spine J., 7(4), , Dolan, P., Kingma, I., van Dieen, J., de Looze, M.P., Toussaint, H.M., Baten, C.T., Adams, M.A., Dynamic forces acting on the lumbar spine during manual handling. Can they be estimated using electromyographic techniques alone? Spine, 24(7), , Mannion, A.F., Adams, M.A., Dolan, P., Sudden and unexpected loading generates high forces on the lumbar spine, Spine, 25(7), , Lantz, S.A., Schultz, A.B., Lumbar spine orthosis wearing. II. Effect on trunk muscle myoelectric activity, Spine, 11(8), , Lantz, S.A., Schultz, A.B., Lumbar spine orthosis wearing. I. Restriction of gross body motions, Spine, 11(8), , Wilke, H.J., Neef, P., Caimi, M., Hoogland, T., Claes, L.E., New in vivo measurements of pressures in the intervertebral disc in daily life, Spine, 24(8), , Andersson, G.B., Schultz, A.B., Nachemson, A.L., Intervertebral disc pressures during traction, Scand. Rehabil. Med. Suppl., 9, 88-91, Penjabi, M.M., Yamamoto, I., Oxland, T., Crisco, J., How does posture affect coupling in the lumbar spine? Spine, 14(9), ,

71 21. Cholewicki, J., Crisco, J.J., Oxland, T.R., Yamamoto, I., Panjabi, M.M., Effects of posture and structure on three-dimensional coupled rotations in the lumbar spine. A biomechanical analysis, Spine, 21(21), , Panjabi, M.M., Oxland, T.R., Yamamoto, I., Crisco, J.J., Mechanical behavior of the lumbar and lumbosacral spine as shown by three-dimensional load-displacement curves, J. Bone Joint Surg. Am., 76(3), , Oxland, T.R., Lin, R.M., Panjabi, M.M., Three-dimensional mechanical properties of the thoracolumbar junction, J. Orthop. Res., 10(4), í, Panjabi, M.M., Takata, K., Goel, V.K., Kinematics of lumbar intervertebral foramen, Spine, 8(4), , Yamamoto, I., Penjabi, M., Crisco, T., Oxland, T., Three-dimensional movements of the whole lumbar spine and lumbosacral joint, Spine, 14(11), , McGlashen, K.M., Miller, J.A., Schultz, A.B., Andersson, G.B., Load-displacement behaviour of the human lumbo-sacral joint, J. Orthop. Res., 5(4), , Nachemson, A.L., Schulz, A.B., Berkson, M.H., Mechanical properties of human lumbar spine motion segments. Influence of age, sex, disc level and degeneration, Spine, 4(1), 1-8, Goel, V.K., Goyal, S., Clark, C., Nishiyama, K., Nye, T., Kinematics of the whole lumbar spine. Effect of discectomy, Spine, 10(6), , Liu, Y.K., Goel, V.K., Dejong, A., Njus, G., Nishiyama, K., Buckwalter, J., Torsional fatigue of the lumbar intervertebral joints, Spine, 10(10), , Goel, V.K., Voo, L.M., Weinstein, J.N., Liu, Y.K., Okuma, T., Njus, G.O., Response of the ligamentous lumbar spine to cyclic bending loads, Spine, 13(3), , Miller, J.A., Schultz, A.B., Warwick D.N., Spencer, D.L., Mechanical properties of lumbar spine motion segments under large loads, J. Biomech., 19(1), 79-84, Gardner-Morse, M., Stokes, I.A., Laible, J.P., Role of muscles in lumbar spine stability in maximum extension efforts, J. Orthop. Res., 13(5), , Wilke, H.J., Wolf, S., Claes, L.E., Arand, M., Wiesend, A., Stability increase of the lumbar spine with different muscle groups. A biomechanical in vitro study. Spine, 20(2), ,

72 34. Quint, U., Wilke, H.J., Shirazi-Adl, A., Parnianpour, M., Loer, F., Claes, L.E., Importance of the intersegmental trunk muscles for the stability of the lumbar spine. A biomechanical study in vitro, Spine, 23(18), , Abumi, K., Panjabi, M.M., Kramer, K.M., uranceau, J., Oxjland, T., Crisco, J.J., Biomechanical evaluation of lumbar spinal stability after graded facetectomies, Spine, 15(11), , Quint, U., Wikle, H.J., Loer, F., Claes, L., Laminectomy and functional impairment of the lumbar spine: the importance of muscle forces in flexible and rigid instrumental stabilization. A biomechanical study in vitro, Eur. Spine J., 7(3), , Gwon, J.K., Chen, J., Lim, T.H., Han, J.S., Weinstein, J.N., Goel, W.K., In vitro comparative biomechanical analysis of transpedicular screw instrumentations in the lumbar region of the human spine, J. Spinal Disord., 4(4), , Ráthonyi, G., Oxland, T.R., Gerich, U., Grassmann, S., Nolte, L.P., The role of supplemental translaminar screws in anterior lumbar interbody fixation: a biomechanical study, Eur. Spine J., 7(5), , Ogon, M., Bender, B.R., Hooper, D.M., Spratt, K.F., Goel, V.K., Wilder, D.G., Pope, M.H., A dynamic approach to spinal instability. Part I: Sensitization of intersegmental motion profiles to motiom direction and load condition by instability, Spine, 22(24), , Ogon, M., Bender, B.R., Hooper, D.M., Spratt, K.F., Goel, V.K., Wilder, D.G., Pope, M.H., A dynamic approach to spinal instability. Part II: Hesitation and giving-way during interspinal motion, Spine, 22(24), , Panjabi, M.M., Kifune, M., Liu, W., Arand, M., Vasavada, A., Oxland, T.R., Graded thoracolumbar spinal injuries: development of nultidirectional stability, Eur. Spine J., 7(4), , Krismer, M., Haid, C., Ogon, M., Behensky, H., Wimmer, C., Biomechanics of lumbar instability, Orthopade, 26(6), , Mimura, M., Panjabi, M.M., Oxland T.R., Crisco, J.J., Yamamoto, I., Vasavada, A., Disc degeneration affects the multidirectional flexibility of the lumbar spine, Spine, 19(12), ,

73 44. Adams, M.A., Freeman, B.J., Morrison, H.P., Nelson, I.W., Dolan, P., Mechanical initiation of intervertebral disc degeneration, Spine, 25(13), , Adams, M.A., Dolan, P., Could sudden increases in physical activity cause degeneration of intervertebral disc? Lancet., 350(9079), , Oxland, T.R., Lund, T., Jost, B., Cripton, P., Lippuner, K., Jaeger, P., Nolte, L.P., The relative importance of vertebral bone density and disc degeneration in spinal flexibility and interbody implant performance. An in vitro study, Spine, 21(22), , Goel, V.K., Nishiyama, K., Weinstein, J.N., Liu, Y.K., Mechanical properties of lumbar spinal motion segments as affected by partial disc removal, Spine, 11(10), , Jost, B., Cripton, P.A., Lund, T., Oxland, T.R., Lippuner, K., Jaeger, P., Nolte, L.P., Compressive strength of interbody cages in the lumbar spine: the effect of cage shape, posterior instrumentation and bone density, Eur. Spine J., 7(2), , Adams, M.A., McNally, D.S., Dolan, P., Stress distribution inside intervertebral disc. The effects of age and degeneration, J. Bone Joint Surg., 78(6), , Adams, M.A., May, S., Freeman, B.J., Morrison, H.P., Dolan, P., Effects of backward bending on lumbar intervertebral discs. Relevance to physical therapy treatments for low back pain, Spine, 25(4), , Guilak, F., Ting-Beall, H.P., Baer, A.E., Trickey, W.R., Erickson, G.R., Setton, L.A., Viscoelastic properties of intervertebral disc cells. Identification of two biomechanically distinct cell poulations, Spine, 24(23), , Skaggs, D.L., Weidenbaum, M., Iatridis, J.C., Ratcliffe, A., Mow, V.C., Regional variation in tensile properties and biochemical composition of the human lumbar anulus fibrosus, Spine, 19(12), , Ebara, S., Iatridis, J.C., Setton, L.A., Foster, R.J., Mow, V.C., Weidenbaum, M., Tensile properties of nondegenerate human lumbar anulus fibrosus, Spine, 21(4), , Acaroglu, E.R., Iatridis, J.C., Setton, L.A., Foster, R.J., Mow, V.C., Weidenbaum, M., Degeneration and aging affect the tensile behaviour of human lumbar anulus fibrosus, Spine, 20(24), ,

74 55. Best, B.A., Guilak, F., Setton, L.A., Zhu, W., Saed-Nejad, F., Ratcliffe, A., Weidenbaum, M., Mow, V.C., Compressive mechanical properties of the human anulus fibrosus and their relationship to biochemical composition, Spine, 19(2), , Iatridis, J.C., Setton, L.A., Foster, R.J., Rawlins, B.A., Weidenbaum, M., Mow, V.C., Degeneration affects the anisotropic and nonlinear behaviours of human anulus fibrosus in compression, J. Biomech., 31(6), , Iatridis, J.C., Kumar, S., Foster, R.J., Weidwnbaum, M., Mow, V.C., Shear mechanical properties of human lumbar anulus fibrosus, J. Orthop. Res., 17(5), , Krismer, M., Haid, C., Rabl, W., The contribution of anulus fibers to torque resistance, Spine, 21(22), , Gu, W.Y., Mao, X.G., Rawlins, B.A., Iatridis, J.C., Foster, R.J., Sun, D.N., Weidwnbaum, M., Mow, V.C., Streaming potential of human lumbar anulus fibrosus is anisotropic and affected by disc degeneration, J. Biomech., 32(11), , Iatridis, J.C., Setton, L.A., Weidenbaum, M., Mow, V.C., Alterations in the mechanical behavior of the human lumbar nucleus pulposus with degeneration and aging, J. Orthop. Res., 15(2), , Iatridis, J.C., Wedenbaum, M., Setton, L.A., Mow, V.C., Is the nucleus pulposus a solid or a fluid? Mechanical behaviours of the nucleus pulposus of the human intervertebral disc, Spine, 21(10), , Iatridis, J.C., Setton, L.A., Weidenbaum, M., Mow, V.C., The viscoelastic behavior of the non-degenerate human lumbar nucleus pulposus in shear, J. Biomech., 30(10), , Lund, T., Oxland, T.R., Cripton, p., Grassmann, S., Etter, C., Nolte, L.P., Interbody cage stabilization in the lumbar spine: biomechanical evaluation of cage design, posterior instrumentation and bone density, J. Bone Joint Surg. Br. 80(2), ,

75 64. Oxland, T.R., Hoffer, Z., Nydegger, T., Ráthonyi, G.C., Nolte, L.P., A comparative biomechanical investigation of anterior lumbar interbody cages: central and bilateral approaches, J. Bone Surg. Am., 82(3), , Eysel, P., Hopf, C., Diop, A., Lavaste, F., Multi-segment ventral stabilization of the lumbar spine: a comparative biomechanical study, Z. Orthop. Ihre Grenzgeb., 133(2), , Gayet, L.E., Duport, G., Pries, P., Lavaste, F., Rideau, Y., In-vitro biomechanical study of a dorso-lumbo-sacral posterior support instrumentation with variable section, Eur. J. Pediatr. Surg., 6(5), , Krismer, M., Sterzinger, W., Haid, C., Frischhut, B., Bauer, R., Axial rotation measurement of scoliotic vertebrae by means of computed tomography scans, Spine, 21(5), , Panjabi, M.M., Goel, V., Oxland, T., Takata, K., Duranceau, J., Krag, M., Price, M., Human lumbar vertebrae. Quantitative three-dimensional anatomy, Spine, 17(3), , Wilke, H.J., Durselen, L, Claes, L., Worsdorfer, O., A method for in vivo measurements of implants used in the reconstruction of spinal fractures, Biomech. Tech. (Berl.), 37(4), 78-85, Penjabi, M., Abumi, K., Duranceau, J., Oxland, T., Spinal stability and intersegmental muscle forces. A biomechanical model, Spine, 14(2), , Ghanem, I.B., Hagnere, F., Dubousset, J.F., Watier, B., Skalli, W., Lavaste, F., Intraoperative optoelectronic analysis of three-dimensional vertebral displacement after Cotrel-Dubousset rod rotation. A preliminary report, Spine, 22(16), , Ployon, A., Lavaste, F., Maurel, N., Skalli, W., Dubousset, J., Zeller, R., Rolland Gosselin, A., A protocol of in vivo 3D experimental evaluationof global posture and motion of the spine, Rev. Chir. Orthop. Reparatrice Appar. Mot., 83(8), , Landry, C., De Guise, J.A., Dansereau, J., Labelle, H., Skalli, W., Zeller, R., Lavaste, F., Computer graphic analysis of the three-dimensional deformities of scoliotic vertebrae, Ann. Chir., 51(8), ,

76 74. Jones, W.R., Ting-Beall, H.P., Lee, G.M., Kelley, S.S., Hochmut, R.M., Guilak, F., Alterations in the Young s modulus and volumetric properties of chondrocytes isolated from normal and osteoarthritic human cartilage, J. Biomech., 32(2), , Langrana, N.A., Parsons, J.R., Lee, C.K., Vuono-Hawkins, M., Yang, S.W., Alexander H., Materials and design concepts for an intervertebral disc spacer. I. Fiber reinforced composite design, J. Appl. Biomater., 5(2), , Vuono-Hawkins, M., Langrana, N.A., Parsons, J.R., Lee, C.K., Zimmermann, M.C., Materials and design concepts for an intervertebral disc spacer. I. Multidurometer composite design,, J. Appl. Biomater., 6(2), , Miller, J.A., Schmatz, C., Schultz, A.B., Lumbar disc degeneration: correlation with age, sex and spine level in 600 autopsy specimens, Spine, 13(2), , Asthon-Miller, J.A., Schultz, A.B., Biomechanics of the human spine and trunk, Exerc. Spotr Sci. Rev., 16, , Puttlitz, C.M., Goel, V.K., Pope, M.H., Biomechanical testing sequelae relevant to spinal fusion and instrumentation, Orthop. Clin. North Am., 29(4), , Mazel, C., Roy-Camille, R., Lavaste, F., Restatement and conception of an experimental battery of measurements of displacements in the three planes of a vertebral unit, Pathol. Biol. (Paris), 36(4), , Goel, V.K., Pope, M.H., Biomechanics of fusion and stabilization, Spine, 20(24 Suppl.), 85S-99S, Lemaire, J.P., Skalli, W., Lavaste, F., Templier, A., Mendes, F., Diop, A., Sauty, V., Laloux, E., Intervertebral disc prosthesis. Results and prospects for the year 2000, Clin. Orthop., 337, 67-76, Goel, V.K., Gilbertson, L.G., Basic science of spinal instrumentation, Clin. Orthop., (335), 10-31, Martz, E.O., Goel, V.K., Pope, M.H., Park, J.B., Materials and design of spinal implants - a review, J. Biomed. Mater. Res., 38(3), ,

77 85. Hitchon, P.W., Goel, V.K., Rogge, T., Grosland, N.M., Torner, J., Biomechanical studies on two anterior thoracolumbar implants in cadaveric spines, Spine, 24(3), , Goel, V.K., Wilder, D.G., Pope, M.H., Edwards, W.T., Biomechanical testing of the spine. Load-controlled versus displacement-controlled analysis, Spine, 20(21), , Wilke, H.J., Measurement of spinal loading, Unfallkirurg, 102(11), , Panjabi, M.M., Krag, M.H., Goel, V.K., A technique for measurement and description of three-dimensional six degree-of-freedom motion of a body joint with an application to the human spine, J. Biomech., 14(7), , Goel, V.K., Three-dimensional motion behavior of the human spine. A question of terminology, J. Biomech. Eng., 109(4), , Oxland, T.R., Panjabi, M.M., Comment on stiffness and strain energy criteria to evaluate the threshold of injury to an intervertebral joint, J. Boimech., 23(10), , Oxland, T.R., Crisco, J.J., Penjabi, M.M., Yamamoto, I., The effect of injury on rotational coupling at the lumbosacral joint. A biomechanical investigation, Spine, 17(1), 74-80, Andersson, G.B., Schulz, A.B., Effects of fluid injection on mechanical properties of intervertebral discs, J. Biomech., 12(6), , Andersson, G.B., Schultz, A.B., Transmission of moments across the elbow joint and the lumbar spine, J. Biomech., 12(10), , Schultz, A.B., Andersson, G.B., Analysis of loads on the lumbar spine, Spine, 6(1), 76-82, Roy-Camille, R., Lavaste, F., Mazel, C., Ciaudo, O., 3-dimensional experimental study of the movement of one or several vertebral bodies. Report on a data bank, Rev. Chir., Orthop., Reparatrice Appar. Mot. 73(Suppl. 2), , Krismar, M., Chen, A.M., Steinlechner, M., Haid, C., Lener, M., Wimmer, C., Measurement of vertebral rotation: comparison of two methods based on CT scans, J. Spinal Disord., 12(2), ,

78 97. Guilak, F., Tedrow, J.R., Burgkart, R., Viscoelastic properties of the cell nucleus, Biochem. Biophys. Res. Commun., 269(3), , Wilke, H.J., Krischak, S., Claes, L., Biomechanical comparison of calf and human spines, J. Orthop. Res., 14(3), , Wilke, H.J., Krischak, S.T., Wenger, K.H., Claes, L.E., Load-displacement properties of the thoracolumbar calf spine: experimental results and comparison to known human data, Eur. Spine J., 6(2), , Wilke, H.J., Kettler, A., Wenger, K.H., Claes, L.E., Anatomy of the sheep spine and its comparison to the human spine, Anat. Rec., 247(4), , Wilke, H.J., Kettler, A., Claes, L.E., Are sheep spines a valid biomechanical model for human spines?, Spine, 22(20), , Hitchon, P.W., Goel, V.K., Rogge, T., Grosland, N.M., Sairyo, K., Torner, J., Biomechanical studies of a dynamized anterior thoracolumbar implant, Spine, 25(3), , Vuono-Hawkins, M., Zimmermann, M.C., Lee, C.K., Carter, F.M., Parsons, J.R., Langrana, N.A., Mechanical evaluation of a canine intervertebral disc spacer: in situ and in vivo studies, J. Orthop. Res., 12(1), , Zimmerman M.C., Vuono-Hawkins, M., Parsons, J.R., Carter, F.M., Gutteling, E., Lee, C.K., Langrana, N.A., The mechanical properties of the canine lumbar disc and motion segment, Spine, 17(2), , Mente, P.L., Aronsson, D.D., Stokes, I.A., Iatridis, J.C., Mechanical modulation of growth for the correction of vertebral wedge deformities, J. Orthop. Res., 17(4), , Iatridis, J.C., Mente, P.L., Stokes, I.A., Aronsson, D.D., Alini, M., Compressioninduced changes in intervertebral disc properties in a rat tail model, Spine, 24(10), , Guilak, F., Compression-induced changes in the shape and volume of the chondrocyte nucleus, J. Biomech., 28(12), , Wilke, H.J., Krischak, S., Claes, L., Formalin fixation strongly influences biomechanical properties of the spine, J. Biomech., 29(12), ,

79 109. Kettler, A., Wilke, H.J., Haid, C., Caes, L., Effects of specimen length on the monosegmental motion behaviour of the lumbar spine, Spine, 25(5), , Gleizes, V., Viguier, E., Feron, J.M., Canviet, S., Lavaste, F., Effects of freezing on the biomechanics of the intervertebral disc, Surg. Radiol. Anat., 20(6), , Magnusson, M.L., Aleksiev, A., Wilder, D.G., Pope, M.H., Spratt, K., Lee, S.H., Goel, V.K., Weinstein, J.N., European Spine Society the AcroMed Prize for Spinal Research Unexpected load and asymmetric posture as etiologic factors in low back pain, Eur. Spine J., 5(1), 23-35, Skipor, A.F., Miller, J.A., Spencer, D.A., Schultz, A.B., Stiffness properties and geometry of lumbar spine posterior elements, J. Biomech., 18(11), , Goel, V.K., Kim, Y.E., Lim, T.H., Weinstein, J.N., An analytical investigation of the mechanics of spinal instrumentation, Spine, 13(9), , Goel, V.K., Kong, W., Han, J.S., Weinstein, J.N., Gilbertson, L.G., A combined finite element and optimization investigation of lumbar spine mechanics with and without muscles, Spine, 18(11), , Goel, V.K., Park, H., Kong, W., Investigation of vibration characteristics of the ligamentous lumbar spine using the finite element approach, J. Biomech. Eng., 116(4), , Lavaste, F., Skalli, W., Robin, S., Roy-Camille, R., Mazel, C., Three-dimensional geometrical and mechanical modelling of the lumbar spine, J. Biomech., 25(10), , Skalli, W., Robin, S., Lavaste, F., Dubousset, J., A biomechanical analysis of short segment spinal fixation using a three-dimensional geometric and mechanical model, Spine, 18(5), , Robin, S., Skalli, W., Lavaste, F., Influence of geometrical factors on the behaviour of lumbar spine segments: a finite element analysis, Eur. Spine J., 3(2), 84-90, Kong, W.Z., Goel, V.K., Gilbertson, L.G., Prediction of biomechanical parameters in the lumbar spine during static sagittal plane lifting, J. Biomech. Eng., 120(2), , Kong, W.Z., Goel, V.K., Gilbertson, L.G., Weinstein, J.N., Effects of muscle dysfunction on lumbar spine mechanics. A finite element study based on a two motion segments model, Spine, 21(19), ,

80 121. Clausen, J.D., Goel, V.K., Traynelis, V.C., eifert, J., Uncinate processes and Luschka joints influence the biomechanics of the cervical spine: quantification using a finite element model of C5-C6 segment, J. Orthop. Res., 15(3), , Goel, V.k., Clausen, J.D., Prediction of load sharing among spinal components of a C5-C6 motion segment using the finite element approach, Spine, 23(6), , Aubin, C.E., Descrimes, J.L., Dansereau, J., Skalli, W., Lavaste, F., Labelle, H., Geometrical modelling of the spine and the thorax for the biomechanical analysis of scoliotic deformities using the finite elemt method, Ann. Chir. 49(8), , DeVocht, J.W., Goel, V.K., Zeitler, D.L., Lew, D., A study of the control of disc movement within the temporomandibular joint using the finite element technique, J. Oral Maxillofac. Surg., 54(12), , Spilker, R.L., Jakobs, D.M., Schultz, A.B., Material constants for a finite element model of the intervertebral disc with a fiber composite anulus, J. Biomech. Eng., 108(1), 1-11, Goel, V.K., Monroe, B.T., Gilbertson, L.G., Brinckmann, P., Interlaminar shear stress and laminae separation in a disc. Finite element analysis of the L3-L4 motion segment subjected to axial compressive loads, Spine, 20(6), , Goel, V.K., Ramirez, S.A., Kong, W., Gilbertson, L.G., Cancellous bone Young s modulus variation within the vertebral body of a ligamentous lumbar spine application of a bone adaptive remodeling concepts, J. Biomech. Eng., 117(3), , Lim, T.H., Goel, V.K., Weinstein, J.N., Kong, W., Stress analysis of a canine spinal motion segment using the finite element technique, J. Biomech., 27(10), , Gilbertson, L.G., Goel, V.K., Kong, W.Z., Clausen J.D., Finite element methods in spine biomechanics research, Crit. Rev. Biomed. Eng., 23(5-6), , Goel, V.K., Gilbertson, L.G., Applications of the finite element method to thoracolumbar spinal research past, present and future, Spine, 20(15), , Wilke, H.J., Russo, G., Schmitt, H., Claes, L.E., A mechanical model of human spinal motion segments, Biomed. Tech. (Berl.), 42(11), , Skalli, W., Lavaste, F., Descrimes, J.L., Quantification of three-dimensional vertebral rotations in scoliosis: what are the true values? Spine, 20(5), ,

81 133. Goel, V.K., Clark, C.R., Gallaes, K., Liu, Y.K., Moment-rotation relationships of the ligamentous occipito-atlanto-axial complex, J. Biomech., 21(8), , Goel, V.K., Yamanishi, T.M., Chang, H., Development of a computer model to predict strains in the individual fibers of a ligament across the ligamentous occipito-atlantoaxial (C0-C1-C2) complex, Ann. Biomed. Eng., 20(6), , Clausen, J.D., Ryken, T.C., Traynelis, V.C., Sawin, P.D., Dexter F., Goel, V.K., Biomechanical evaluation of Caspar and Cervical Spine Locking Plate systems in a cadaveric model, J. Neurosurg., 84(6), , Maurel, N., Lavaste, F., Skalli, W., A three-dimensional parametrized finite element model. Study of the influence of the posterior articular facet, J. bomech., 30(9), , Han, J.S., Goel, V.K., Ahn, J.Y., Winterbottom, J., McGowan, D., Weinstein, J., Cook, T., Loads in the spinal structures during lifting: development of a threedimensional comprehensive biomechanical model, Eur. Spine J., 4(3), , Miller, J.A., Haderspeck, K.A., Schultz, A.B., Posterior element loads in lumbar motion segments, Spine, 8(3), , Laible, J.P., Pflaster, D.S., Krag, M.H., Simon, B.R., Haugh, L.D., A poroelasticswelling finite element model with application to the intervertebral disc, Spine, 18(5), , Lu, Y.M., Hutton, W.C., Gharpuray, V.M., Can variations in intervertebral disc height affect the mechanical function of the disc?, Spine, 21(19), , Lu, Y.M., Hutton, W.C., Gharpuray, V.M., Do bending, twisting, and diurnal fluid changes in the disc affect the propensity to prolapse? A viscoelastic finite element model, Spine, 21(22), , Lu, Y.M., Hutton, W.C., Gharpuray, V.M., The effect of fluid loss on the viscoelastic behaviour of the lumbar intervertebral disc in compression, J. Biomech. Eng., 120(1), 48-54, Stokes, I.A., Laible, J.P., Three-dimensional osseo-ligamentous initiation of scoliosis by asymmetric growth, J. Biomech., 23(6), , Schultz, A.B., Andersson, G.B., Haderspeck, K., Ortengren, R., Nordin, M., Bjork, R., Analysis and measurement of lumbar trunk loads in tasks involving bends and twists, J. Biomech., 15(9), ,

82 145. Goel, V.K., Winterbottom, J.M., Weinstein, J.N., Kim, Y.E., Load shearing among spinal elements of a motion segment in extension and lateral bending, J. Biomech. Eng., 109(4), , Goel, V.K., Fromknecht, S.J., Nishiyama, K., Weinstein, J., Liu, Y.K., The role of lumbar spinal elements in flexion, Spine, 10(6), , Ciach, M., Awrejcewicz, J., Finit element analysis and experimental investigations of the intervertebral disc in the human lumbar, cervical spine and porcine lumbar spinesegment, Computer Assisted Mech. and Engineering Sciences, 7: , Antosik, T., Awrejcewicz, J., Numerical and experimantal analysis of biomechaniks of three lumbar vertebrae, Journal of theoreticaland applied mechanics, 3, 37, Bene, É.: Das Gewichtsbad, Z. Phys. Med. Baln. Klin., 17, Bene, É., Kurutz, M.: A súlyfürdő alkalmazása és annak biomechanikája, Orvosi Hetilap, Bene, É., Kurutz, M.: A súlyfürdő és a súlyfürdő biomechanikája, Balneológia, Gyógy-fürdőügy, Gyógyidegenforgalom, XIV Dányi, M.: A derékfájás jelentősége az üzemorvosi gyakorlatban a rheumatológia szempontjából, Népegészségügy, 10, Domonkos, J., Szabó, Zs.: Súlyfürdőkezelés a Szegedi Gyógyfürdőben, Rheumat. Balneol. Allerg., de Chatel, A., Riesz, E.: Rheumatológia, Budapest, Gömör, B., Bálint, G.: Rheumatológia, Medicína, Budapest, Koll, K.: A discusherniák gyógykezelése az ún. súlyfürdővel, Orvosi Hetilap, 94, , Moll, K.: Die Behandlung der Discushernien mit den sogenannten Gewichtsbadern, Contempl. Rheum., , Moll, K.: A discusherniák új, egyszerű nyújtásos kezeléséről,, az ún. mankós nyújtásról, Orvosi Hetilap, 98, , Moll, K.: A gépi berendezésű ( távvezérléses ) súlyfürdőről, Orvosi Hetilap, 105, , Moll, K.: A Subaqualis trakció, Hévízi orvosi Archívum, II , Pap, K.: Vibrációs lyra súlyfürdő-kezelés, Orvosi Hetilap, 102, , Pap, K.: Fibrations Lyra Gewichtsbad zur Behandlung der Spondylosen und Discopathien, Beitr. z. Orthop. u. Traumat. 2, Ráthonyi G.: A lumbáris gerinc biomechanikája, Orvosi Hetilap, 170, ,

83 Mellékletek

84 Anatómiai magyarázó ábrák 1

85 2

86 3

87 4