Mechanical properties of cervical motion segments.

• Autorzy: Wachowski M. M. , Ackenhausen A. , Dumont C. , Fanghaenel J. , Kubein-Meesenburg D. , Naegerl H.

Warianty tytułu

PL

Właściwości mechaniczne segmentów ruchowych kręgosłupa szyjnego.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Using a highly sensitive and precise apparatus, series of spatial movements of human cervical segments (C3/C4) were measured. They followed cyclic varied pure torques for axial rotation, lateral flexion, and flexion-extension in the presence of axially directed preloads as running parameter, whose force lines were shifted over the segments. By successive resections of the uncovertebral and zygapophysial joints as well as ligamental structures, the reach of these guiding structures for segmental kinematics and stiffness could be evaluated. For the first time, the biomechanical significance of the uncovertebral joints could be substantiated. In axial rotation and in lateral bending, the instantaneous helical axis (IHA) was found to be not stationary. Its position depended on the size of the rotational angle. The ensamble of the skew IHA formed a ruled surface with a waist. Torque and unit vector of the IHA were found to be parallel only for flexion-extension. In this case, all four joints were in guiding function, whereas in axial rotation and lateral flexion the joints alternated with each other. IHA included with torque Tz(t) for axial rotation dsim +30deg, and with torque Tx(t) dsim-30deg: These motions were coupled. Resection of all ligaments did hardly influence the kinematical structure.

PL

Za pomocą czułej i precyzyjnej aparatury zmierzono serię ruchów przestrzennych odcinków szyjnych (C3/C4) kręgosłupa ludzkiego. Obrót osiowy następował pod działaniem czystego, okresowo zmiennego momentu obrotowego, a zgięcie i zgięcie-ekstensja w obecności skierowanych osiowo obciążeń wstępnych, traktowanych jako parametr zmienny, których linie sił przebiegały przez badane odcinki. Wykonując kolejno resekcje stawów międzykręgowych hakowych (Luschki) i stawów wyrostków kręgowych, a także struktur więzadłowych, dokonano oceny wpływu tych elementów na właściwości kinematyczne i sztywność odcinka szyjnego. Po raz pierwszy udało się potwierdzić biomechaniczne znaczenie stawów hakowych (Luschki). Przy rotacji osiowej i przy zgięciu bocznym chwilowa oś spiralna (IHA) okazała się niestacjonarna. Jej położenie zależało od wartości kąta obrotu. Rodzina nachylonych osi IHA utworzyła powierzchnię rozwijaną z przewężeniem. Stwierdzono, że moment obrotowy i wektor jednostkowy osi IHA są wzajemnie równoległe tylko dla ruchu zginania-ekstensji. W tym ruchu brały udział wszystkie cztery stawy, podczas gdy przy ruchu obrotowym i zgięciu bocznym stawy działały naprzemiennie. Oś IHA miała kąt w przybliżeniu równy +30 stopni przy obrocie osiowym dla momentu Tz(t), oraz w przybliżeniu równy -30 stopni dla momentu Tx(t). Ruchy te były sprzężone. Usunięcie wszystkich wiązadeł wpłynęło w niewielkim stopniu na strukturę kinematyczną.

Słowa kluczowe

EN

biomechanics; cervical segment; segmental kinematics and stiffness

PL

biomechanika; segment kręgosłupa szyjnego; kinematyka i sztywność segmentowa; odcinek szyjny kręgosłupa

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. LIV, nr 1
• Strony: 5--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Wachowski M. M.

autor

Ackenhausen A.

autor

Dumont C.

autor

Fanghaenel J.

autor

Kubein-Meesenburg D.

autor

Naegerl H.

• Department of Trauma and Reconstructive Surgery, Georg-August-University of Gottingen, Germany; Klinik fuer Unfallchirurgie, Plastische und Wiederherstellungschirurgie der Univesitaet Goettingen, Robert-Koch-Str. 40, D-37075 Goettingen,

Bibliografia

• [1] Hartvigsen J., Christensen K., Frederiksen H.: Back and Neck Pain Exhibit Many Common Features in Old Age: A Population-Based Study of 4,486 Danish Twins 70-102 Years of Age. Spine, 29, 2004, pp. 576÷580.
• [2] Dvorak J., Sutter M., Herdmann J.: Cervical myelopathy: clinical and neurophysiological evaluation. Eur Spine J., 12 Suppl 2, 2003, 181-7. Epub 2003 Oct 10.
• [3] Kumaresan S., Yoganandan N., Pintar F. A., Maiman D. J., Goel V. K.: Contribution of disc degeneration to osteophyte formation in the cervical spine: a biomechanical investigation. J Orthop. Res., 19, 2001, 977–84.
• [4] Johnson J. P., Filler A. G., McBride D. Q., Batzdorf U.: Anterior cervical foraminotomy for unilateral radicular disease. Spine. 25, 2000, 905–9.
• [5] Shen F. H., Samartzis D., Khanna N., Goldberg E. J., An H. S.: Comparison of clinical and radiographic outcome in instrumented anterior cervical discectomy and fusion with or without direct uncovertebral joint decompression. Spine, 29, 2004, 629–35.
• [6] Benninghoff A., Drenckhahn D.: Makroskopische Anatomie, Embryologie und Histologie des Mensche, Bd. 1, Urban&Fischer, München, 2003.
• [7] Luschka H.: Die Nerven des menschlichen Wirbelkanal. H. Laub, Tübingen, 1856.
• [8] Töndury G., Theiler K.: Entwicklungsgeschichte und Fehlbildungen der Wirbelsäule. Hippokrates, Stuttgart, 1990.
• [9] Netter F. H.: Atlas of Human Anatomy. Elsevier, Saunders, Edinburgh, 2003.
• [10] Gray´s Anatomy: Ed.: Standring S., Ellis H., Elsevier, Edinburgh, 2005.
• [11] Blumenfeld H.: Neuroanatomy through Clinical Cases. Sinauer Associates inc., New York, 2002.
• [12] Beyer R.: Technische Raumkinematik. Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg, 1963.
• [13] Panjabi M. M., Duranceau J., Goel V., Oxland T., Takata K.: Cervical human vertebrae. Quantitative three-dimensional anatomy of the middle and lower regions. Spine 16 ,1991, 861–9.
• [14] Kotani Y., McNulty P. S., Abumi K., Cunningham B. W., Kaneda K., McAffee P. C.: The role of anteromedial foraminotomy and the uncovertebral joints in the stability of the cervical spine. A biomechanical study. Spine 23, 1998, 1559–65.
• [15] Fanghänel J., Schultz F.: Mitteilung über eine Konservierungsflüssigkeit für anatomisches Präpariermaterial. Z Med Labortech 3, 1962, 329–332.
• [16] Mansour M., Spiering St., Lee Ch., Dathe H., Kalscheuer A., Kubein-Meesenburg D., Nägerl H.: Evidence for IHA Migration during Axial Rotation of a Lumbar Spine segment by Using a Novel High-resolution 6D Kinematic Tracking System. J. Biomech., 37, 2004, pp. 583÷592.
• [17] Nägerl H., Kubein-Meesenburg D., Cotta H., Fanghänel J., Rossow A., Spiering S.: Biomechanische Prinzipien in Diarthrosen und Synarthrosen. Teil IV: Zur Biomechanik der Wirbelsäule im Lendenbereich. Eine Pilotstudie. Z. Orthop. 133, 1995, pp. 481÷491.
• [18] Nägerl H., Mansour M., Lee Ch., Kubein-Meesenburg D., Fanghänel J.: Mechanical properties of lumbar and thoracal motion segments. 20th Danubia-Adria Symposium, Abstracts, 2003, pp. 158÷159.
• [19] Wachowski M.: Biomechanik des C3/C4-Segments: Bedeutung der Unkovertebral- und Wirbelbogengelenke für die Kinematik und Steifigkeit. M.D. Thesis. Georg-August-Universität, Göttingen 2006.