Influence of trunk posture on spinal loading and paraspinal muscle forces in adolescent idiopathic scoliosis: a subject-specific musculoskeletal modelling study
यह अध्ययन इडियोपैथिक स्कोलियोसिसस (idiopathic scoliosis) वाले किशोरों में यह प्रदर्शित करने के लिए विषय-विशिष्ट मस्कुलोस्केलेटल मॉडलिंग का उपयोग करता है कि ट्रंक मुद्रा (trunk posture), गति की दिशा और परिमाण अंतरकशेरुका लोडिंग (intervertebral loading) और पैरास्पाइनल मांसपेशी बल विषमता को महत्वपूर्ण रूप से परिवर्तित करते हैं, जिसमें फ्लेक्शन (flexion) और उत्तवर्ती पक्ष (convex-sided) की गतियाँ आम तौर पर सबसे अधिक बायोमैकेनिकल असंतुलन उत्पन्न करती हैं।
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मानव रीढ़뼈 इंजीनियरिंग का एक चमत्कार है, हड्डियों का एक लचीला स्तंभ जो हमारे वजन को सहारा देता है और हमें मुड़ने, झुकने और पहुँचने की अनुमति देता है। अधिकांश लोगों में, यह स्तंभ अपेक्षाकृत सीधा खड़ा रहता है, जो गुरुत्वाकर्षण और गति के बलों को इसके खंडों में समान रूप से वितरित करता है। हालाँकि, कुछ किशोरों में, रीढ़ की हड्डी एक तरफ झुक कर विकसित होती है, जिसे 'एडोलेसेंट इडियोपैथिक स्कोलियोसिस' (किशोर इडियोपैथिक स्कोलiosis) नामक स्थिति कहा जाता है। यह केवल एक सौंदर्य संबंधी मुद्दा नहीं है; रीढ़ का मुड़ना और झुकना इस बात को बदल देता है कि मांसपेशियां कैसे काम करती हैं और शरीर के माध्यम से बल कैसे प्रवाहित होते हैं। हालांकि डॉक्टर लंबे समय से जानते हैं कि मुद्रा (पोस्चर) मायने रखती है, लेकिन स्कोलियोटिक रीढ़ में आगे झुकने, बगल में झुकने या मुड़ने के विशिष्ट यांत्रिक परिणामों को सटीक रूप से निर्धारित करना कठिन बना हुआ है। जीवित रीढ़ के भीतर बलों को सीधे मापना आक्रामक और जोखिम भरा है, जिससे शोधकर्ताओं के पास यह समझने में एक कमी रह गई कि दैनिक गतिविधियाँ इस स्थिति को कैसे प्रभावित करती हैं।
इस अंतर को पाटने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक शक्तिशाली उपकरण की ओर रुख किया: एक वास्तविक रोगी के शरीर का एक विस्तृत, कंप्यूटर-जनित मॉडल। उन्होंने ऊपरी पीठ में एक महत्वपूर्ण वक्र (कर्व) वाली सोलह वर्षीय लड़की पर ध्यान केंद्रित किया, और उच्च-रिज़ॉल्यूशन एक्स-रे छवियों से उसकी अद्वितीय रीढ़ के आकार का पुनर्निर्माण किया। इस 'डिजिटल ट्विन' का उपयोग करते हुए, उन्होंने आगे झुकने, पीछे झुकने, मुड़ने और बगल में झुकने जैसे सामान्य आंदोलनों का अनुकरण (सिमुलेशन) किया, ताकि यह देख सकें कि उसकी रीढ़ के भीतर बल वास्तव में कैसे बदलते हैं। अध्ययन से पता चला कि रीढ़ की प्रतिक्रिया एकसमान नहीं होती है; यह काफी हद तक गति की दिशा और तीव्रता पर निर्भर करती है। निष्कर्ष बताते हैं कि स्कोलियोसिस वाले व्यक्ति के हिलने-डुलने का तरीका उनकी कशेरुकाओं (vertebrae) और मांसपेशियों पर तनाव को काफी बढ़ा या घटा सकता है, जो इन रोगियों के दैनिक जीवन के यांत्रिक वातावरण की एक स्पष्ट तस्वीर पेश करता है।
शोधकर्ताओं ने अपने सिमुलेशन का निर्माण एक पूर्ण-शरीर मॉडल का उपयोग करके किया जिसमें 30 से अधिक मांसपेशी समूह शामिल थे, जिससे उन्हें पीठ की मांसपेशियों और कशेरुकाओं के बीच के जोड़ों में बलों को उच्च सटीकता के साथ ट्रैक करने की अनुमति मिली। उन्होंने विभिन्न स्तरों की तीव्रता के साथ छह अलग-अलग मुद्राओं का परीक्षण किया, जो हल्के झुकाव से लेकर गहरे झुकाव तक थे। सबसे आश्चर्यजनक खोजों में से एक यह थी कि आगे झुकना, या 'फ्लेक्शन', रीढ़ पर सबसे अधिक दबाव डालता था। जब सिम्युलेटेड विषय तीस डिग्री आगे झुका, तो संपीड़न बल (compressive force)—कशेरुकाओं पर नीचे की ओर दबाव डालने वाला भार—काफी बढ़ गया। वक्र के शिखर पर, यह बल 337 न्यूटन तक पहुँच गया, और शिखर से ठीक दो स्तर नीचे, यह बढ़कर 372 न्यूटन हो गया। सीधे खड़े होने की तुलना में यह एक उल्लेखनीय वृद्धि थी, जहाँ बल कम थे। अध्ययन ने दिखाया कि जैसे-जैसे झुकाव गहरा होता गया, रीढ़ पर भार लगातार बढ़ता गया, जो ऊपरी शरीर के आगे की ओर खिसकने और उस स्थिति को बनाए रखने के लिए अधिक मांसपेशियों के प्रयास की आवश्यकता के कारण हुआ।
झुकने की दिशा भी अत्यधिक महत्वपूर्ण थी, विशेष रूप से तब जब विषय बगल में झुका। रीढ़ ने उसी तरह प्रतिक्रिया नहीं दी जैसे व्यक्ति वक्र के अंदर या बाहर की ओर झुकने पर करता। जब विषय अवतल पक्ष (concave side)—स्कोलियोसिस के भीतरी वक्र—की ओर झुका, तो रीढ़ पर पार्श्व बल (lateral forces) नाटकीय रूप रूप से बढ़ गए। पंद्रह डिग्री के झुकाव पर, शीर्ष वक्र पर पार्श्व बल 87 न्यूटन तक उछल गया, जो सीधे खड़े होने की तुलना में दोगुने से भी अधिक था। इसके विपरीत, उत्तल पक्ष (convex side)—बाहरी वक्र—की ओर झुकने से इन पार्श्व बलों में वास्तव में कमी आई, जो गिरकर लगभग 22 न्यूटन रह गया। यह सुझाव देता है कि वक्र की ज्यामिति ही यह निर्धारित करती है कि रीढ़ पार्श्व तनाव को कैसे संभालती है, जिसमें वक्र के अंदर झुकना, वक्र से दूर झुकने की तुलना में बहुत अधिक चुनौतीपूर्ण यांत्रिक स्थिति पैदा करता है।
मांसपेशियों ने इन बलों को प्रबंधित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, और अध्ययन ने पीठ के बाएं और दाएं पक्षों के बीच असंतुलन का एक सुसंगत पैटर्न पाया। रीढ़ के साथ चलने वाली बड़ी मांसपेशियां, जिन्हें 'इरेक्टर स्पिनी' (erector spinae) कहा जाता है, अवतल पक्ष पर अधिक काम करती थीं, जबकि गहरी 'मल्टीफिडस' (multifidus) मांसपेशियां उत्तल पक्ष पर अधिक काम करती थीं। यह विषमता लगभग हर परीक्षित मुद्रा में मौजूद थी। जब विषय आगे झुका, तो अवतल पक्ष की मांसपेशियों ने सबसे अधिक बल उत्पन्न किया, जो 200 न्यूटन तक पहुँचा, जबकि उत्तल पक्ष ने 180 न्यूटन उत्पन्न किया। यह असमान वितरण इस बात को उजागर करता है कि शरीर मुड़ी हुई रीढ़ की भरपाई कैसे करता है, जो स्थिरता बनाए रखने के लिए अलग-अलग मांसपेशियों को अलग-अलग डिग्री तक सक्रिय करता है। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि आगे झुकने या उत्तल पक्ष की ओर झुकने जैसी गतिविधियों ने मांसपेशियों के प्रयास में सबसे बड़ा असंतुलन पैदा किया, जो समय के साथ रीढ़ पर अद्वितीय तनाव डाल सकता है।
अध्ययन ने यह भी पता लगाया कि धड़ को घुमाने (ट्विस्टिंग) से रीढ़ पर क्या प्रभाव पड़ता है। हालांकि घुमाने से उत्पन्न बल आम तौर पर आगे या बगल में झुकने की तुलना में कम थे, फिर भी वे पार्श्व झुकने के समान दिशा-निर्भर पैटर्न का पालन करते थे। अवतल पक्ष की ओर झुकने या मुड़ने से पार्श्व बल बढ़ गए, जबकि उत्तल पक्ष की ओर जाने से वे कम हो गए। शोधकर्ता सावधानीपूर्वक यह नोट करने में संकोच नहीं करते कि उनके परिणाम एक रोगी पर आधारित कंप्यूटर सिमुलेशन से आए थे, और उन्होंने लिगामेंट्स की कठोरता या रोगी की मांसपेशियों के विशिष्ट गुणों जैसे प्रत्येक संभावित कारक को शामिल नहीं किया था। हालांकि, मॉडल को मौजूदा डेटा के विरुद्ध मान्य (validate) किया गया था ताकि मांसपेशी सक्रियण पैटर्न यथार्थवादी रहे। यह कार्य इस बात का विस्तृत मानचित्र प्रदान करता है कि मुद्रा कैसे रीढ़ के आंतरिक यांत्रिकी को प्रभावित करती है, यह दिखाते हुए कि रीढ़ की विकृति और व्यक्ति के हिलने-डुलने का तरीका मिलकर एक अनूठा और जटिल लोडिंग वातावरण बनाता है, जो प्रत्येक मोड़ या घुमाव के साथ बदलता रहता है।
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