De wervelkolom biomechanisch bekeken: hoe belasting kan leiden tot gebreken

Transcriptie

1 Wervelkolom 4 PUNTEN KENNISTOETS De wervelkolom biomechanisch bekeken: hoe belasting kan leiden tot gebreken Susanne van Engelen, Nienke Willigenburg, Pieter Coenen S.J.P.M. van Engelen, bewegingswetenschapper en industrieel ontwerper, onderzoeker MOVE, faculteit Bewegingswetenschappen, Vrije Universiteit Amsterdam N.W. Willigenburg, bewegingswetenschapper, onderzoeker MOVE, faculteit Bewegingswetenschappen, Vrije Universiteit Amsterdam P. Coenen, bewegingswetenschapper, onderzoeker MOVE, faculteit Bewegingswetenschappen, Vrije Universiteit Amsterdam Samenvatting Lagerugpijn is een groot probleem in de samenleving; met een jaarlijkse prevalentie van bijna 44 procent is lagerugpijn in Nederland de meest voorkomende aandoening aan het spierskeletsysteem. Onderzoek heeft aangetoond dat er geen eenduidige relatie bestaat tussen de belasting op de wervelkolom, schade aan de bewegingssegmenten en rugpijn, maar hoge of frequente mechanische belasting lijkt een risicofactor te zijn voor het ontstaan van rugklachten. Door middel van een biomechanische analyse is het mogelijk de rugbelasting te bepalen en te onderzoeken in welke mate verschillende interventies deze belasting kunnen verminderen. In dit artikel worden eerst de mechanische eigenschappen van de belangrijkste anatomische structuren van de wervelkolom toegelicht. Vervolgens wordt uitgelegd hoe een realistische schatting van de mechanische rugbelasting kan worden verkregen. Ten slotte wordt toegelicht hoe deze rugbelasting kan leiden tot het ontstaan van specifieke aandoeningen aan de wervelkolom. Leerdoelen Na het lezen van dit artikel: weet u welke rol de verschillende anatomische structuren (wervels, tussenwervelschijven en spieren) spelen in motorische controle van houding en beweging en mechanische belasting van de wervelkolom; kunt u de biomechanische begrippen momentsarm, buigend moment, torsiemoment, afschuifkracht en compressiekracht uitleggen; kunt u met behulp van twee natuurkundige formules een schatting maken van de mechanische belasting van de onderrug in verschillende romphoudingen met en zonder externe last; begrijpt u de complexiteit van de relatie tussen rugbelasting, schade aan de wervelkolom en rugpijn. Inleiding Lagerugpijn is een groot probleem in de samenleving; 70 tot 85 procent van de mensen ervaart wel eens rugklachten tijdens zijn of haar leven. 1 Bovendien is lagerugpijn, met een jaarlijkse prevalentie van bijna 44 procent, in Nederland de meest voorkomende aandoening aan het spierskeletsysteem. 2 In 2007 werden de totale kosten van gezondheidszorg, ziekteverzuim en arbeidsongeschiktheid die gerelateerd waren aan rugklachten geschat op 3,5 miljard euro. 3 Onderzoek heeft aangetoond dat er geen eenduidige relatie bestaat tussen de belasting op de wervelkolom, schade aan de wervelkolom en rugpijn. 4 Bij 90 procent van de mensen met rugklachten is de exacte fysiologische oorzaak van de pijn niet te achterhalen. 5 Voor fysiotherapeuten vormen rugklachten een moeilijk te behandelen probleem vanwege de grote variatie in de patiëntengroep en het beperkte succes van verschillende (bewegings)interventies. Het gezegde voorkomen is beter dan genezen lijkt op het gebied van lagerugpijn 14 nummer 4 december

2 zeker op te gaan en daarom wordt veel geïnvesteerd in preventieve maatregelen, bijvoorbeeld op de werkvloer. De ontwikkeling van lagerugklachten is afhankelijk van diverse factoren. Naast persoonlijke factoren zoals leeftijd, geslacht en lichaamsgewicht, psychosociale factoren zoals stress en gebrek aan sociale steun, zijn vooral fysieke risicofactoren, zoals belasting ten gevolge van belastende taken en slechte houdingen, geassocieerd met rugklachten. 6,7 Begrip van de biomechanica van de wervelkolom is dus van belang om de pathofysiologie van rugklachten beter te begrijpen. In dit artikel wordt daarom de (lumbale) wervelkolom beschreven vanuit biomechanisch perspectief. Eerst worden de mechanische eigenschappen van de belangrijkste anatomische structuren in en om de wervelkolom toegelicht. Vervolgens wordt met enkele rekenvoorbeelden aangetoond hoe een realistische schatting van de mechanische rugbelasting te verkrijgen is. Ten slotte wordt toegelicht hoe deze rugbelasting kan leiden tot het ontstaan van bepaalde specifieke aandoeningen van de wervelkolom. Functionele anatomie van de wervelkolom Enkele biomechanische begrippen met toelichting Werklijn Resultante kracht Momentsarm De wervelkolom is een complexe structuur, met als voornaamste functies het beschermen van het ruggenmerg, het ondersteunen van het bovenlichaam en het mogelijk maken van bewegingen van het bovenlichaam. De wervelkolom kan opgedeeld worden in vijf zone s, van craniaal naar caudaal bestaande uit zeven cervicale wervels, twaalf thoracale wervels, vijf lumbale wervels, vijf sacrale wervels en vier à vijf stuitbeenwervels. De grote beweeglijkheid van de cervicale en lumbale wervelkom is waarschijnlijk de reden dat in deze zones de meeste klachten voorkomen, vooral in de lumbale wervelkolom waar de belastingen het hoogst zijn. De beweeglijkheid van de wervelkolom wordt bepaald door de wervellichamen, tussenwervelschijven en ligamenten die de wervelkolom zijn passieve stijfheid geven, en de rompspieren die actief de stijfheid van de wervelkolom kunnen reguleren. De mate van stijfheid van de wervelkolom is van belang omdat een te grote beweeglijkheid ertoe kan leiden dat het ruggenmerg of zenuwwortels bekneld raken waardoor er pijn ontstaat. Rompstijfheid is ook van belang bij het uitvoeren van bewegingen en het compenseren van interne en externe verstoringen. Een interne verstoring ontstaat bijvoor- Kracht - Compressiekracht - - Afschuifkracht - Moment - Extern moment Intern moment - Stijfheid nummer 4 december

3 Wervelkolom Gewrichten lig. flava lig. intertransversaria lig. longitudinale posterius capsulae articulares zygapophyseales anu ulus fibrosus lig. interspinalia lig. supraspinalia rug ggenm merg nucleus po olposu o lposu us lig. longitudinale tudinale anterius zen nuw uw-wort rtel el facet facetetgewrichtt gewrich Figuur 1 )FU CFXFHJOHTTFHNFOU MJOLT CFTUBBOEF VJU UXFF CPWFO FMLBBS HFMFHFO XFSWFMT FFO UVTTFO XFSWFMTDIJKG NFU FJOEQMBBU FO MPOHJUVEJOBMF MJHBNFOUFO *O EF USBOTWFSTBMF BBOCMJL WBO EF XFSWFM SFDIUT JT UF [JFO IPF EF UVTTFOXFSWFMTDIJKG JT PQHFCPVXE VJU EF OVDMFVT QVMQPTVT FO EF BOOVMVT GJCSPTVT beeld bij het werpen van een bal. Externe verstoringen zijn bijvoorbeeld een duw in een druk treinstation of een ruk aan de riem tijdens het uitlaten van de hond. Passieve stijfheid van de lumbale wervelkolom De passieve stijfheid van de wervelkolom wordt bepaald door de wervellichamen, de tussenwervelschijven en de ligamenten. De kleinste functionele eenheid van de wervelkolom wordt het bewegingssegment genoemd, dat bestaat uit twee boven elkaar liggende wervels, de tussenwervelschijf en de longitudinale ligamenten (figuur 1). Wervellichamen zijn voornamelijk bedoeld om compressiebelastingen op te vangen en zijn caudaal groter, omdat de wervels daar meer massa moeten dragen. De tussenwervelschijf is opgebouwd uit een centrale gelatineuze niet-samendrukbare 16 nummer 4 december structuur, de nucleus pulposus, en een omringende fibreuze, gelamineerde structuur, de annulus fibrosus. De tussenwervelschijf wordt door een hyaliene kraakbeenplaat, de eindplaat, gescheiden van het wervellichaam. Mechanisch is de tussenwervelschijf van groot belang omdat die de rotaties en translaties tussen de wervels toestaat. Verder zorgt de intradiscale druk in de tussenwervelschijf ervoor dat er voldoende afstand tussen de wervels is voor de uittredende zenuwwortels. De posterieure structuren van de wervelkolom, met name de facetgewrichten, geleiden de beweging van het bewegingssegment. Deze gewrichten staan in de lumbale wervelkolom loodrecht op het transversale vlak onder een hoek van 45 met het sagittale vlak en laten flexie, extensie en lateroflexie toe, maar beperken de rotatie van het bewegingssegment om de longitudinale

4 as. 8,9 De verschillende ligamenten rondom de wervelkolom remmen afhankelijk van hun ligging specifieke bewegingen van het bewegingssegment. 10 Actieve stijfheid van de lumbale wervelkolom De mate van activatie van de buik- en rugspieren bepaalt de actieve stijfheid van de lumbale wervelkolom. Met het gelijktijdig aanspannen van de buik- en rugspieren (coactivatie) kan de bewegingsstijfheid van de wervelkolom in het sagittale vlak aanzienlijk worden verhoogd en wordt een grotere weerstand tegen interne en externe verstoringen verkregen. In zijwaartse richting wordt hetzelfde stijfheidsverhogende effect verkregen bij coactivatie van de linker- en rechterrompspieren. Vooral wanneer de passieve stijfheid beperkt is door bijvoorbeeld schade aan de segmenten, kan deze coactivatie van rompspieren nodig zijn voor adequate houdingscontrole. Lagerugpijnpatiënten blijken dan ook een coactivatiestrategie te gebruiken tijdens diverse activiteiten, 11,12 waarschijnlijk om hun pijnlijke rug te beschermen. Coactivatie van buik- en rugspieren resulteert echter ook in verhoogde compressiekrachten op de tussenwervelschijven. In termen van rugbelasting is langdurige coactivatie van rompspieren dus niet wenselijk. De rolverdeling tussen de rompspieren De rol van verschillende rompspieren is sterk afhankelijk van hun origo (oorsprong) en insertie (aanhechting). Bij de rugspieren wordt vaak onderscheid gemaakt tussen globale en lokale spieren. De globale spieren, zoals de m. iliocostalis, hebben hun origo en insertie op het bekken en de thorax en zijn dus relatief lang. Bovendien liggen ze vaak meerdere centimeters (soms zelfs decimeters) van de wervelkolom af. Deze afstand is zeer bepalend voor de zogenoemde momentsarm van de spier, de afstand van de werklijn van de kracht van een spier tot het draaipunt van het gewricht dat de spier overspant (figuur 2). Zoals later in dit artikel zal blijken, bepaalt de momentsarm hoeveel spierkracht er nodig is om een bepaald moment te leveren rond dat gewricht. Hoe groter de momentsarm, hoe minder krachtig een spier hoeft samen te trekken om eenzelfde moment te leveren. Globale spieren kunnen daarom grote momenten leveren en zijn nodig bij het uitvoeren van bewegingen die veel kracht kosten, zoals bukken en tillen. Activatie van alleen globale spieren zou echter leiden tot buckling (instorten van de wervel- werklijn kracht L5-S1 a b Frugspieren F buikspieren Figuur 2 - F F Figuur nummer 4 december

5 Gewrichten Wervelkolom kolom als een blokkentoren) als de onderlinge stijfheid van de lumbale segmenten (blokken) te laag zou zijn (figuur 3). Gelukkig zijn er de lokale spieren die deze intersegmentale stijfheid realiseren. De lokale spieren, zoals de mm. multifidii en de mm. rotatores, overspannen slechts één of enkele bewegingssegment(en), zijn over het algemeen vrij kort en lopen vlak langs de gewrichten. Dit maakt deze spieren bij uitstek geschikt voor het detecteren van kleine houdingsveranderingen en voor subtiele aanpassingen daarvan. Voor adequate motorische controle is effectieve samenwerking van de globale en lokale rugspieren van groot belang. Aan de ventrale zijde van de wervelkolom bevinden zich alleen globale spieren. De meeste buikspieren (m. rectus abdominis, m. obliquus externus en m. obliquus internus) lopen van het bekken naar de thorax en overspannen dus alle lumbale bewegingssegmenten. Deze spieren hebben ongeveer dezelfde momentsarm omdat het grootste deel van de krachten van het bekken naar de thorax wordt overgebracht via de rectusschede. Hoewel ook de m. transversus abdominis aanhecht op de rectusschede, onderscheidt deze spier zich van de overige buikspieren door zijn horizontale spiervezelverloop. Hierdoor fungeert de m. transversus abdominis als een korset, dat samen met het middenrif en de bekkenbodemspieren de binnenste spierlaag van de buikwand vormt. Activatie van de buikspieren heeft invloed op de intra-abdominale druk die een rol speelt bij de stabilisatie van de wervelkolom. 13 Mechanische belasting op de lumbale wervelkolom tijdens dagelijkse werkzaamheden Verschillende studies hebben aangetoond dat tillen en werken in een gebogen houding en met romprotaties geassocieerd zijn met het ontstaan van rugklachten. 14,15,16 De literatuur is echter niet consistent waardoor het onduidelijk is wat het exacte effect is van deze verschillende fysieke belastingsfactoren op het ontstaan van rugklachten. Onderzoek suggereert dat het ontstaan van rugklachten terug te voeren is op beschadiging van de rug ten gevolge van krachten en momenten op de tussenwervelschijven en de eindplaten. 17,18 Enkele studies hebben deze dosis-responsrelatie onderzocht. Zo blijken zowel piekbelasting 18,19 als cumulatieve belasting 18,20,21 bij te dragen aan het ontstaan van rugklachten. Bovendien is aangetoond dat deze mechanische belastingsmaten een sterkere relatie hebben met het ontstaan van klachten dan fysieke belastingsmaten zoals tillen, buigen en roteren. 22,23 De kennis over dit onderwerp is echter gebaseerd op slechts enkele studies en zal daarom nog verder onderzocht moeten worden. De vraag is nu hoe de mechanische belasting van de lumbale rug bepaald kan worden. Aan de hand van twee voorbeelden wordt in de volgende paragraaf uitgelegd hoe tillen en een gebogen houding kunnen leiden tot een hoge mechanische rugbelasting en hoe ergonomische interventies deze belasting zouden kunnen verminderen. Met een versimpelde berekening van de mechanische belasting wordt voor verschillende situaties de compressiekracht in het gewricht L5-S1 berekend. Voorbeeld 1: bukken en tillen In dit voorbeeld wordt uitgegaan van een persoon van wie het bovenlichaam (romp, hoofd en armen) een massa van 40 kg heeft (zie figuur 4). Het lichaam van de persoon wordt versimpeld voorgesteld als een keten van rigide segmenten en de romp wordt dus als onvervormbaar beschouwd. In de eerste situatie staat de persoon voorover gebukt, in de tweede situatie tilt de persoon een doos van 25 kg. Er wordt uitgegaan van een zwaartekrachtsversnelling (g) van 10 m/s 2. Daarnaast wordt uitgegaan van een statische situatie waarbij gebruikgemaakt wordt van een formule (formule 1, zie kader) die stelt dat de zwaartekracht (F z, in Newton, N) een product is van de massa (m, in kg) van een voorwerp en de zwaartekrachtsversnelling. Formules = m d Zwaartekracht op bovenlichaam en last Volgens formule 1 zal het bovenlichaam bij vooroverbuigen ten gevolge van de zwaartekracht een kracht van 40*10 = 400 N op L5-S1 uitoefenen (figuur 4). Op het moment dat deze persoon in dezelfde houding een doos van 25 kg tilt zal dit, ten gevolge van de zwaartekracht, een extra kracht van 25*10 = 250 N op de lumbale tussenwervelschijven opleveren (figuur 4). Deze krachten zijn recht naar beneden gericht en te 18 nummer 4 december

6 20 cm 20 cm 30 cm 80 Nm en de doos een moment van 250*0,30 = 75 Nm rond het gewricht L5-S1. F rugspier = 1600 N 5 cm Draaipunt L5-S1 F romp = 400 N F rugspier = 3100 N F romp = 400 N ontbinden in een compressiekracht (loodrecht op de tussenwervelschijf) en een afschuifkracht (parallel aan de tussenwervelschijf). Wanneer het gewricht L5-S1 een hoek van 45 met de horizontaal maakt, zal de verdeling tussen deze twee krachten 50:50 zijn. De zwaartekracht van het bovenlichaam is dan te ontbinden in 200 N compressiekracht en 200 N afschuifkracht, de zwaartekracht van de doos is te ontbinden in 125 N compressiekracht en 125 N afschuifkracht. Extern moment Maar deze krachten vormen niet de totale kracht op L5-S1. Door het bukken is er een momentsarm ontstaan vanuit de werklijn van de zwaartekracht, zowel tussen de romp en de lumbale wervelkolom als tussen de doos en de lumbale wervelkolom. Hierdoor ontstaat een moment (M, in Newtonmeter, Nm) in de lage rug. Om de grootte van dit externe moment te bepalen wordt gebruikgemaakt van een tweede formule (formule 2, zie kader) waarin wordt gesteld dat het moment in een bepaald draaipunt het product is van een kracht (F, in Newton, N) en de momentsarm (d, in meter, m) van de werklijn ten opzichte van het draaipunt. Als de momentsarm van het lichaamszwaartepunt van de romp ten opzichte van L5-S1 20 cm is en de momentsarm van het zwaartepunt van de doos ten opzichte van L5-S1 30 cm, veroorzaakt het bovenlichaam van de persoon een moment van 400*0,20 = 5 cm Draaipunt L5-S1 F last = 250 N Figuur 4 - Compressiekracht Deze externe momenten moeten door de spieren in de rug gecompenseerd worden om statisch evenwicht te krijgen. Zoals eerder beschreven, liggen de spieren rondom de lumbale wervelkolom dicht tegen de wervels waardoor er maar een kleine momentsarm is: zo n 5 cm. De kracht die de spieren in de rug moeten leveren om deze momenten te compenseren is daarom 80/0,05 = 1600 N voor de persoon die bukt en (80+75)/0,05 = 3100 N voor de persoon die tilt. Omdat deze compenserende spierkracht grotendeels loodrecht op de tussenwervelschijf staan, gaat het hier om compressiekrachten. Samen met de eerder berekende krachten leidt dit tot een totale compressiekracht op de lumbale tussenwervelschijven van 1800 N voor een persoon die bukt en 3425 N voor een persoon die een doos van 25 kg tilt (zie tabel 1). Ter vergelijking, de compressiekracht op de tussenwervelschijven tijdens tillen is dus vergelijkbaar met het gewicht van een flink paard. Bovendien worden in dit voorbeeld de dynamische componenten van de momenten verwaarloosd. In werkelijkheid zullen de versnellingen van de romp en de last tijdens tilbewegingen het moment met zo n 20 procent vergroten. 24 Daardoor zal ook de resulterende compressiekracht hoger zijn. Voorbeeld 2: verkleinen van het gewicht van de last en de lastafstand Omdat tillen belastend is voor de rug, is er in de laatste jaren veel onderzoek gedaan naar het effect van ergonomische interventies tijdens tillen. Zo zou het verminderen van het tillen van lasten van meer dan 25 kg voor een afname van het aantal mensen met rugklachten zorgen. Door de te tillen last in het eerste voorbeeld te verminderen met 10 kg neemt naar analogie met de zojuist uitgewerkte rekensom de compressiekracht op L5-S1 af van 3425 N naar 2775 N (zie tabel 2). De last verminderen met 40 procent levert hier dus slechts een vermindering van de rugbelasting van 19 procent op, door de substantiële bijdrage van het gewicht van de romp aan de rugbelasting. Door het verminderen van de lastafstand met 20 cm neemt de compressiekracht op de lumbale tussenwervelschijven af van 3425 N naar 2125 N (ca. 38%) nummer 4 december

7 Gewrichten Wervelkolom Gebogen houding Tillen (25 kg) Zwaartekracht t.g.v. bovenlichaam 400 N 400 N Zwaartekracht t.g.v. doos 250 N Totale zwaartekracht 400 N 650 N Waarvan compressiekracht 200 N 325 N Moment t.g.v. bovenlichaam 80 Nm 80 Nm Moment t.g.v. doos 75 Nm Totaal moment 80 Nm 155 Nm Compressiekracht spieren t.g.v. moment 1600 N 3100 N Totale compressiekracht op L5-S N 3425 N Tabel 1 Tillen (10 kg minder gewicht) Tillen (10 cm kleinere lastafstand) Zwaartekracht t.g.v. bovenlichaam 40*10 = 400 N 40*10 = 400 N Zwaartekracht t.g.v. doos 15*10 = 150 N 25*10 = 250 N Totale zwaartekracht 550 N 650 N Waarvan compressiekracht 275 N 325 N Moment t.g.v. bovenlichaam 400*0,20 = 80 Nm 400*0,10 = 40 Nm Moment t.g.v. doos 150*0,30 = 45 Nm 250*0,20 = 50 Nm Totaal moment 125 Nm 90 Nm Compressiekracht spieren t.g.v. moment 125/0,05 = 2500 N 2500 N 90/0,05 = 1800 N 1800 N Totale compressiekracht op L5-S N 2125 N Tabel 2 (zie tabel 2). Om deze reden wordt de squat-tiltechniek (tillen met gebogen knieën en weinig rompflexie) vaak aangeraden in plaats van de zogenaamde stoop-tiltechniek (met gestrekte benen en gebogen rug) omdat aangenomen wordt dat de last dan dicht bij het lichaam blijft (figuur 5). Een review heeft echter aangetoond dat er geen duidelijk verschil in rugbelasting te zien is tussen deze twee tiltechnieken. 26 De belangrijkste reden hiervoor is dat de belasting zeer afhankelijk is van de manier van tillen en de vorm van de last: als de last tussen de benen getild wordt, is de afstand klein, zowel die van het zwaartepunt van het bovenlichaam als die van de doos. Daardoor is de belasting kleiner. Als de afmeting van de last echter zo groot is dat hij niet van tussen de benen getild kan worden, zal de tiller bij de squat-tiltechniek toch behoorlijk moeten flecteren in de romp waardoor het zwaartepunt van de romp en de lastafstand verder van het draaipunt in de lumbale wervelkolom af komen te liggen. Hierdoor kan de belasting bij de squat-tiltechniek in sommige gevallen hoger liggen dan bij de stoop-tiltechniek. Voor het bepalen van de optimale techniek voor een tiltaak is het dus van groot belang om met name het gewicht en de afstand van de last en de afstand van rompzwaartepunt tot wervelkolom in ogenschouw te nemen. Pathofysiologie van rugpijn De relatie tussen mechanische belasting, letsel en degeneratie van het bewegingssegment en het ontstaan van spinale pathologie en/of pijn is complex en voor een deel nog steeds onbegrepen. Diverse studies hebben echter wel aangetoond dat de regeneratieve 20 nummer 4 december

8 Figuur 5 capaciteit van de tussenwervelschijf zeer gering is, waardoor (micro)defecten accumuleren en uiteindelijk kunnen leiden tot het mechanisch falen van het systeem. 27,28,29 Dit houdt in dat met het ouder worden de kans op degeneratie en spinale pathologie toeneemt. Bij onderzoek naar de relatie tussen mechanische belasting en pathologie van de wervelkolom wordt vaak niet gekeken naar de belastingen op de rug in zijn geheel, maar meer naar belastingen op de afzonderlijke bewegingssegmenten of zelfs naar (micro)structuren binnen deze bewegingssegmenten zoals de tussenwervelschijf, de eindplaat en de facetgewrichten. Hierbij wordt de romp dus niet meer als rigide segment beschouwd, maar worden de bewegingsmogelijkheden van de wervels onderling wel meegenomen in de analyses. Zo is gebleken dat er tijdens het tillen krachten op de rug ontstaan die onder te verdelen zijn in compressiekrachten en afschuifkrachten, afhankelijk van de romphoek. Indien de krachten en momenten op de afzonderlijke wervels worden beschouwd blijkt dat de verdeling in compressie- en afschuifkrachten per wervel verschillend is omdat de wervels verschillend georiënteerd zijn (bijv. door de lordotische kromming van de lumbale wervelkolom). In deze paragraaf wordt de relatie gelegd tussen enerzijds compressiekrachten, afschuifkrachten en buig- en torsiemomenten op de individuele bewegingssegmenten en anderzijds het ontstaan van letsel. Compressiekrachten Bewegingssegmenten worden voornamelijk belast door compressiekrachten, die bij een goed functionerende tussenwervelschijf gelijkmatig over de eindplaten worden verdeeld. 30 De maximale compressiesterkte van de eindplaat ligt tussen de 2000 en N. Dit ligt in het gebied van de compressiekrachten op de wervelkolom tijdens tillen, 31 wat betekent dat de eindplaat kan bezwijken tijdens tiltaken. Bij herhaald belasten kan de eindplaat het al begeven bij een lagere belasting, vooral als het trabeculaire bot van de onderliggende wervel niet meer optimaal is, zoals bij osteoporotisch bot. 19 Eindplaatfracturen gaan vaak gepaard met oedeemvorming en ontstekingsreacties die pijn kunnen veroorzaken. Een eindplaatfractuur herstelt binnen een aantal weken, maar onderzoek heeft uitgewezen dat een eindplaatfractuur het begin kan zijn van een cascade aan problemen, doordat er nucleus materiaal door het gat in de eindplaat in het wervellichaam kan lekken (Schmorl s nodule). 32 Daardoor kan de drukverdelende nummer 4 december

9 Gewrichten Wervelkolom functie van de nucleus pulposus verminderen en kan de tussenwervelschijf in hoogte afnemen, wat kan leiden tot facetartrose en instabiliteit van het bewegingssegment. In-vitrostudies tonen echter aan dat eindplaatfracturen vaak niet zichtbaar zijn op röntgenbeelden, waardoor bij patiënten de relatie tussen hoge compressiekrachten en rugklachten onduidelijk is. 33 M buiging M torsie Afschuifkrachten Afschuifkrachten op de lumbale rug zijn het hoogst op de niveaus L4-L5 en L5-S1 omdat tijdens rechtopstaan de wervels L4 en L5 onder een hoek van ongeveer 30 met de horizontaallijn staan. Deze segmenten worden tijdens rechtopstaan door de werking van de zwaartekracht op het bovenlichaam op afschuiving belast (figuur 6). Wanneer een bepaalde last wordt gedragen, worden ook de afschuifkrachten hoger. De tussenwervelschijf is niet toegerust om hoge afschuifkrachten te weerstaan en ook de rugspieren zijn niet erg geschikt om afschuifkrachten te compenseren. Wanneer de facetgewrichten bijvoorbeeld door artrose vervormd zijn, kunnen ook deze de afschuifkrachten niet meer opvangen, en kan een wervel naar voren schuiven ten opzichte van de eronder gelegen wervel (spondylolisthesis). Een spondylolisthesis volgt vaak op een spondylolyse, het breken van de wervelboog (pars interarticularis). Deze schade treedt op bij afschuifkrachten tussen de 600 en 3000 N. 34 Om daar een voorstelling van te maken: deze krachten treden op als iemand plat op zijn buik ligt en er één tot vijf dames van 60 kg op zijn rug gaan staan. Spondylolyse is echter een aandoening met een belangrijke genetische component, waarbij een deel van de wervelboog niet compleet of minder sterk is aangelegd, waardoor schade al bij lagere afschuifkrachten optreedt. Buig- en torsiemomenten Door flexie- en extensiemomenten op het bewegingssegment worden de ligamenten van het bewegingssegment en de vezels van de annulus fibrosus op rek belast. In-vitro-onderzoek heeft aangetoond dat in flexie de posterieure ligamenten de annulus beschermen tegen overbelasting; in extensie wordt 60 tot 70 procent van de belasting gedragen door de wervelboog. 8 In torsie wordt de belasting vooral gedragen door de facetgewrichten en in mindere mate door de annulus fibrosus. Indien deze beschermende structuren niet meer voldoende functioneren of wanneer de belasting zo F afschuif Fromp Fcompressie Figuur 6 hoog is dat de ligamenten en het posterieure deel van de wervel beschadigen, is het mogelijk dat de annulus scheurt en er nucleus materiaal naar buiten treedt (hernia nuclei pulposi). Nucleus materiaal dat uitstulpt, kan op de zenuw(wortel) drukken en pijn veroorzaken. Het ontstaan van een hernia is echter meestal het gevolg van een combinatie van compressie en buiging, of van compressie en torsie. Als de tussenwervelschijf in vitro belast wordt door 2800 tot N (gewicht van een bestelbus) in een flexiehoek van 9 tot 21 graden is het mogelijk een hernia op te wekken. Door de belasting cyclisch op te leggen is het mogelijk om reeds bij een 30 procent lagere compressiebelasting en een kleinere 22 nummer 4 december

10 flexiehoek een hernia te veroorzaken in gezonde bewegingssegmenten. 35 Omstandigheden in het dagelijks leven die tot dergelijke overschrijdingen van de maximale belastingen kunnen zorgen, zijn bijvoorbeeld een val op het stuitje met de benen gestrekt vooruit of struikelen tijdens het dragen van een zware last. Omdat bij een cyclische beweging de belastingen die kunnen leiden tot een hernia veel lager zijn, zijn ook manuele taken die veelvuldig tillen en voorwaarts buigen vragen, risicovol. Toch hebben leeftijd, gezondheid en ervaring hierbij ook veel invloed. Interessant is dat met beeldvormende technieken een hernia gevonden werd bij 20 procent van de mensen onder de 60 jaar en bij 36 procent van de mensen boven die leeftijd, terwijl deze mensen geen pijnklachten hadden. 36 Een hernia leidt dus niet in alle gevallen tot klachten. Het fenomeen dat schade niet altijd tot klachten leidt, geldt ook voor de andere genoemde pathologieën en maakt het lastig om de etiologie van rugklachten te onderzoeken. Conclusie De sterkte en stijfheid van de wervelkolom wordt bepaald door de passieve stijfheid van de bewegingssegmenten en de actieve bijdrage van de verschillende rompspieren. Hoge of frequente mechanische belasting van de wervelkolom kan leiden tot schade aan de bewegingssegmenten. Een realistische schatting van het externe moment in statische houdingen is te verkrijgen door de zwaartekracht van het bovenlichaam en de externe last te vermenigvuldigen met de momentsarm van deze krachten ten opzichte van L5-S1. Doordat de momentsarm van de rugspieren ten opzichte van datzelfde draaipunt relatief klein is, zijn grote spierkrachten nodig voor een evenwichtssituatie, wat leidt tot hoge compressiekrachten op de wervels en tussenwervelschijven, en een grote kans op beschadiging. Door middel van biomechanische analyses is het ook mogelijk om te bepalen in welke mate verschillende interventies de rugbelasting kunnen verlagen. Aspecifieke rugpijn Net zoals schade aan de wervelkolom (lang) niet altijd leidt tot rugpijn, is het tegenovergestelde ook waar: pijnklachten in de rug kunnen (lang) niet altijd worden toegeschreven aan schade aan de structuren van de wervelkolom. De meerderheid (90%) van de mensen die met rugpijn bij de fysiotherapeut komen, heeft aspecifieke klachten. 5 Betekent dit nu dat biomechanisch onderzoek aan de wervelkolom zinloos is? Natuurlijk niet. Hoewel de relatie niet één op één is, is mechanische belasting wel degelijk een belangrijke risicofactor voor het ontwikkelen van aspecifieke rugklachten. 19,20 Daarbij zijn interventies om de mechanische belasting te verlagen relatief gemakkelijk te onderzoeken en te implementeren. Door de bewegingen van de wervelkolom en het activatiepatroon van de rompspieren van mensen met en zonder rugklachten te vergelijken, kunnen bovendien verschillen in motorische controle worden ontrafeld. Longitudinale studies kunnen inzicht verschaffen in het causale verband tussen deze verschillen in motorische controle en het ontwikkelen van rugklachten. Daarnaast kunnen interventiestudies de effectiviteit van diverse behandelmethoden evalueren. Op deze manier kan biomechanisch onderzoek bijdragen aan zowel de preventie als de optimale behandeling van aspecifieke lagerugklachten. Keypoints Bij tiltaken vormt de last die getild moet worden slechts een deel van de rugbelasting; de massa van het bovenlichaam vormt het substantiële deel van de belasting. Interventies om de rugbelasting laag te houden zouden gericht moeten zijn op het verkleinen van het externe moment rond L5-S1, het klein houden van de momentsarm, dus een eventuele last dicht bij het lichaam houden, en reiken en grijpen over een zo kort mogelijke afstand zodat de rompflexie beperkt kan blijven nummer 4 december