Influence of trunk posture on spinal loading and paraspinal muscle forces in adolescent idiopathic scoliosis: a subject-specific musculoskeletal modelling study
Questo studio utilizza la modellazione muscoloscheletrica specifica per il soggetto per dimostrare che la postura del tronco, la direzione e l'entità del movimento alterano significativamente il carico intervertebrale e l'asimmetria della forza dei muscoli paraspinali negli adolescenti con scoliosi idiopatica, con i movimenti in flessione e sul lato convesso che producono generalmente i maggiori squilibri biomeccanici.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
La colonna vertebrale umana è un prodigio di ingegneria, una colonna flessibile di ossa che sostiene il nostro peso permettendoci al contempo di torcerci, piegarci e protenderci. Nella maggior parte delle persone, questa colonna si presenta relativamente dritta, distribuendo le forze della gravità e del movimento equamente tra i suoi segmenti. Tuttavia, per alcuni adolescenti, la colonna vertebrale sviluppa una curvatura laterale, una condizione nota come scoliosi idiopatica adolescenziale. Non si tratta di un semplice problema estetico; la torsione e la curvatura della colata alterano il modo in cui i muscoli lavorano e come le forze si propagano attraverso il corpo. Sebbene i medici sappiano da tempo che la postura è importante, le specifiche conseguenze meccaniche del chinarsi in avanti, del piegarsi lateralmente o del torcersi in una colonna scoliotica sono rimaste difficili da definire con precisiono. Misurare direttamente le forze all'interno di una colonna vertebrale vivente è invasivo e rischioso, lasciando i ricercatori con una lacuna nella comprensione di come i movimenti quotidiani influenzino la condizione.
Per colmare questa lacuna, un team di ricercatori si è rivolto a uno strumento potente: un modello dettagliato, generato al computer, del corpo di una vera paziente. Si sono concentrati su una ragazza di sedici anni con una significativa curva nella parte superiore della schiena, ricostruendo la sua unica forma spinale a partire da immagini radiografiche ad alta risoluzione. Utilizzando questo gemello digitale, hanno simulato una serie di movimenti comuni — chinarsi in avanti, piegarsi all'indietro, torcersi e piegarsi lateralmente — per vedere esattamente come cambiano le forze all'interno della sua colonna vertebrale. Lo studio ha rivelato che la risposta della colonna non è uniforme; dipende fortemente dalla direzione e dall'intensità del movimento. I risultati suggeriscono che il modo in cui una persona con scoliosi si muove può aumentare o diminuire significativamente lo stress sulle vertebre e sui muscoli, offrendo un quadro più chiaro dell'ambiente meccanico in cui questi pazienti vivono ogni giorno.
I ricercatori hanno costruito la loro simulazione utilizzando un modello a corpo intero che includeva più di 30 gruppi muscolari, consentendo loro di tracciare le forze nei muscoli della schiena e nelle articolazioni tra le vertebre con alta precisiono. Hanno testato sei diverse posture a vari gradi di intensità, da un leggero piegamento a un piegamento profondo. Una delle scoperte più sorprendenti è stata che chinarsi in avanti, ovvero la flessione, esercitava la pressione maggiore sulla colonna vertebrale. Quando il soggetto simulato si chinava in avanti di trenta gradi, la forza compressiva — il peso che preme sulle vertebre — aumentava significativamente. Al picco della curva, questa forza raggiungeva i 337 Newton, e solo due livelli sotto il picco, saliva a 372 Newton. Questo era un aumento marcato rispetto alla posizione eretta, dove le forze erano inferiori. Lo studio ha dimostrato che, man mano che il piegamento diventava più profondo, il carico sulla colonna cresceva costantemente, spinto dal fatto che la parte superiore del corpo si spostava in avanti richiedendo un maggiore sforzo muscolare per mantenere la posizione.
La direzione del piegamento contava immensamente, specialmente quando il soggetto si inclinava lateralmente. La colonna vertebrale non reagiva allo stesso modo se la persona si piegava verso l'interno della curva o verso l'esterno. Quando il soggetto si piegava verso il lato concavo — la curva interna della scoliosi — le forze laterali sulla colonna aumentavano drasticamente. Con un'inclinazione di quindici gradi, la forza laterale nella parte superiore della curva balzava a 87 Newton, più del doppio della forza registrata stando in piedi. Al contrario, inclinarsi verso il lato convesso — la curva esterna — riduceva effettivamente queste forze laterali, portandole a circa 22 Newton. Ciò suggerisce che la geometria della curva stessa detta il modo in cui la colonna gestisce lo stress laterale, con il piegamento verso la curva che crea una situazione meccanica molto più impegnativa rispetto al piegamento lontano da essa.
I muscoli hanno giocato un ruolo critico nella gestione di queste forze, e lo studio ha riscontrato un modello costante di squilibrio tra il lato destro e quello sinistro. I grandi muscoli che corrono lungo la colonna, noti come erettori della colonna, lavoravano più duramente sul lato concavo, mentre i muscoli più profondi, i multifidi, lavoravano più duramente sul lato convesso. Questa asimmetria era presente in quasi tutte le posture testate. Quando il soggetto si chinava in avanti, i muscoli sul lato concavo generavano la forza maggiore, raggiungendo i 200 Newton, mentre il lato convesso produceva 180 Newton. Questa distribuzione non uniforme evidenzia come il corpo compensi la colonna torcente, reclutando diversi muscoli in gradi differenti per mantenere la stabilità. I ricercatori hanno osservato che movimenti come chinarsi in avanti o inclinarsi verso il lato convesso tendevano a creare il maggiore squilibrio nello sforzo muscolare, potenzialmente esercitando stress unici sulla colonna nel tempo.
Lo studio ha anche esplorato come la torsione del busto influenzasse la colonna vertebrale. Sebbene le forze generate dalla torsione fossero generalmente minori rispetto a quelle del piegamento in avanti o laterale, esse seguivano comunque un modello dipendente dalla direzione simile al piegamento laterale. Inclinarsi o torcersi verso il lato concavo aumentava le forze laterali, mentre muoversi verso il lato convesso le riduceva. I ricercatori sono stati attenti a sottolineare che i loro risultati derivavano da una simulazione al computer basata su un unico paziente e che non includevano ogni possibile fattore, come la rigidità dei legamenti o le proprietà specifiche dei muscoli della paziente. Tuttavia, il modello è stato validato rispetto ai dati esistenti per garantire che i modelli di attivazione muscolare fossero realistici. Il lavoro fornisce una mappa dettagliata di come la postura influenzi la meccanica interna di una colonna scoliotica, mostrando come la combinazione della deformità spinale e del modo in cui una persona si muove crei un ambiente di carico unico e complesso, che cambia con ogni grado di piegamento o torsione.
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