7 Auteur(s): A. Lagerberg Titel: Rotatie in de lumbale wervelkolom Jaargang: 12 Jaartal: 1994 Nummer: 3 Oorspronkelijke paginanummers: 119-139 Deze online uitgave mag, onder duidelijke bronvermelding, vrij gebruikt worden voor (para-) medische, informatieve en educatieve doeleinden en ander niet-commercieel gebruik. Zonder kosten te downloaden van: www.versus.nl
ROTATIE IN DE LUMBALE WERVELKOLOM. A. Lagerberg A. Lagerberg, fysiotherapeut Vakgroep Beweging & Analyse Studierichting Bewegingstechnologie, Haagse Hogeschool Inleiding n de literatuur bestaat onenigheid over het rotatievermogen van de lumbale wervelkolom. Sommige I auteurs betwijfelen of rotatie mogelijk is (11,16). Onder degenen die rotatie wel mogelijk achten bestaan twee opvattingen. Sommige auteurs beschrijven een rotatie-as dorsaal van de facetgewrichten (ongeveer door de processi spinosi) (4,6), terwijl anderen menen dat de rotatiebeweging plaatsvindt om een as door het corpus (1,5,9,10). Een ander punt van discussie omtrent het roteren in de lumbale wervelkolom is de relatie tussen rotatie en het ontstaan van rugklachten. Farfan brengt het roteren in relatie met het ontstaan van "pathologische" veranderingen van de discus (2). In zijn optiek ontstaan er tijdens het roteren ontoelaatbare spanningen in de discus die ertoe leiden dat deze uiteindelijk bezwijkt. Ter bescherming van de discus tegen dergelijke krachten zijn, naar zijn idee, de facetgewrichten zodanig gepositioneerd dat rotatie sterk wordt gehinderd en de discus wordt beschermd tegen de rotatie. Op sommige nivo's echter staan de facetgewrichten in zijn optiek niet helemaal in de juiste stand en is er teveel rotatie mogelijk. Op die plaatsen treden naar zijn idee het meest frequent discusveranderingen op. Alhoewel er tegen deze redenatie een groot aantal bezwaren gemaakt kan worden is de aanleiding wel enigszins begrijpelijk. Het is immers een bekend klinisch gegeven dat de acute fixatie van de lage rug vaak ontstaat in relatie met een rotatiebeweging van de betrokken patiënt. Veel patiënten met een dergelijk probleem die u zeggen "door de rug te zijn gegaan" vertellen een verhaal van een langer bestaande rugklacht die plotseling tot een acute fixatie leidde tijdens een zeer alledaags moment van bukken en draaien om bijvoorbeeld iets van een salontafeltje te pakken. Zelden of nooit noemt een patiënt een enorme belasting van de rug, zoals het verhuizen van een wasmachine of een piano, als aanleiding voor de acute blokkade. Farfan zocht verklaringen voor deze fenomenen. In de tijd waarin hij zijn artikel schreef (1969) was, in de discussie omtrent het ontstaan van rugklachten, de druk op de discus nog de algemeen aanvaarde boosdoener. Farfan merkt in de inleiding van zijn artikel echter terecht op dat het onmogelijk is om de discus onder experimentele omstandigheden met behulp van compressie te beschadigen op een manier die overeenkomt met de beschadigingen die bij patiënten worden aangetroffen. Het wervellichaam bezwijkt bij dergelijke compressie experimenten altijd eerder. In een eerder artikel In dit tijdschrift stonden wij ook al stil bij de grote misverstanden die er bestaan op het punt van de druk op en de druk in de discus (13). In dit artikel wordt de kinematika van de rotatiebeweging in de lumbale wervelkolom en de mogelijke relatie met de acute fixatie van de lage rug besproken. Roteren om een dorsale as Figuur 1 toont een rotatie van een lumbale wervel ten opzichte van een onderliggende wervel om een
longitudinale as door het processus spinosus. Indien de rotatie-as daadwerkelijk daar zou liggen, zou een rotatiebeweging leiden tot het van elkaar afschuiven van de corpora. De afschuifkrachten die een dergelijke beweging veroorzaakt in de discus stelt Farfan verantwoordelijk voor het ontstaan van beschadigingen. Allereerst moeten we ons hierbij afvragen waarop de keuze van deze positie van de rotatie-as is gebaseerd. De argumenten die hiervoor worden aangedragen liggen in de vorm en de positie van de facetgewrichten. In het transversale vlak is de onderliggende wervel concaaf en wijst de opening van de facetten naar dorsaal en mediaal (zie figuur 1). Figuur 1. Rotatie van een lumbale wervel om een as dorsaal van de gewrichtsvlakken leidt tot afschuiving van de wervellichamen. In de genoemde literatuur wordt aangenomen dat de kromming van de gewrichtsvlakken van twee kamers kunnen worden opgevat als segmenten van eenzelfde cirkel met het middelpunt ter hoogte van het midden van de processus spinosus (figuur 2). Figuur 2. Indien de rotatie-as samenvalt met het middelpunt van het concave profiel, treedt een zuivere schuifbeweging op. Het convexe profiel bestaat daarbij uit een punt. Dit middelpunt wordt tevens het rotatiecentrum genoemd. Een dergelijke voorstelling van zaken is echter onhoudbaar. Ten eerste zou het bewegen om een as die samenvalt met het middelpunt van de kom leiden tot een zuiver schuivend bewegingsgedrag. De profielverhouding die daarbij zou passen is weergegeven in figuur 2. De kop van het gewricht zou uit slechts een punt moeten bestaan (7). Een tweede argument tegen deze theorie ligt in het feit dat het bij een asligging dorsaal van de facetten onmogelijk zou zijn om rotatie en flexie-extensie gekombineerd uit te voeren. Inmiddels is immers bekend dat de bewegingsassen voor flexie en extensie ventraal van het wervelkanaal gezocht moeten worden (3,12,15). De bewegingsassen blijken te verlopen door de nucleus pulposus van de discus. Indien de assen voor de rotatie dorsaal van het wervelkanaal zouden liggen is het onmogelijk om gelijktijdig te buigen en te draaien. Alvorens de mogelijkheid van ventraal gelegen rotatie-assen te beschouwen, staan we eerst stil bij een belangrijke algemene eis waaraan de ligging van een bewegingsas in een gewricht moet voldoen. Mogelijke liggingen van een bewegings-as In elk gewricht moet de momentane rotatie-as steeds gelegen zijn op de loodlijn aan het profiel in het momentane kontaktpunt (7). Bij een dergelijke ligging is de snelheid van het bewegende botstuk in het kontaktpunt altijd langs de profielen gericht. In figuur 3 wordt deze algemene regel verduidelijkt.
Figuur 3. a. uitgangspositie met de loodlijn in het kontaktpunt. b. linksom rotatie om een punt naast de loodlijn leidt tot separatie van de profielen. c. rechtsom rotatie om een punt naast de loodlijn leidt tot het door elkaar heendringen van de profielen. d. bij een positie van de as op de loodlijn bewegen de profielen langs elkaar. Indien het rotatiecentrum van de beweging naast de genoemde loodlijn ligt, leidt dit direkt tot een beweging waarbij de profielen los komen van elkaar of door elkaar heen worden bewogen. Bij een ligging van het rotatiecentrum op de loodlijn in het kontaktpunt verplaatsten de profielen langs de raaklijn van de beide profielen in het kontaktpunt, hetgeen de enig mogelijke richting is waarbij er geen verlies van kontakt of door elkaar heen bewegen van de profielen optreedt. Bij deze afbeeldingen in het platte vlak spreken we van een rotatiecentrum. In feite bedoelen we daarmee dat de bewegingen plaatsvinden om assen die loodrecht staan op het papier en lopen door het aangegeven draaipunt. Eisen aan de rotatie-as in het facetgewricht In het geval van de facetgewrichten (en alle andere tweekamerige gewrichten) hebben we op ieder moment te maken met twee kontaktpunten (in de linker en rechter kamer van het gewricht). In een dergelijk geval moet in beide kamers tegelijk aan de bovengenoemde eis worden voldaan. De momentane rotatie-as moet dus in beide kamers steeds liggen op de loodlijn op het profiel in het kontaktpunt. In figuur 4 is een frontale extensie-as op een lumbale wervel getekend. Figuur 4. Een loodlijn op het profiel in het momentane kontaktpunt moet steeds loodrecht staan op de rotatie-as. Tevens zijn de beide loodlijnen aan de profielen vanuit de twee gekozen kontaktpunten weergegeven. De momentane as moet deze twee loodlijnen loodrecht snijden. Indien in alle fasen van de beweging aan deze eis wordt voldaan is de snelheid van het bewegende profiel in de beide momentane kontaktpunten steeds gericht langs het tegenoverliggende profiel en niet er vanaf of er doorheen.
Osteokinematische rotatie in de lumbale wervelkolom Uit de bespreking van de mogelijkheid van dorsaal van de gewrichtsprofielen gelegen assen bleek dat deze mogelijkheid om meerdere redenen onwaarschijnlijk is. De mogelijkheid van ventrale rotatieassen wordt hieronder besproken. Van belang is hierbij te bedenken dat de rotatie die besproken wordt de osteokinematische rotatie betreft. Hieronder verstaan wij rotaties die plaatsvinden om assen loodrecht op het corpus van de wervel. Aangezien de wervellichamen in de rechtopstaande houding niet zuiver horizontaal staan komt deze beweging niet overeen met de zuivere descriptief anatomische rotatie van de romp. In de discussie van dit artikel wordt hierop nader ingegaan. Ook bij dergelijke bewegingen moeten de loodlijnen vanuit de beide kontaktpunten loodrecht staan op de rotatie-as. Zoals gezegd onderzoeken we hier de mogelijkheid van een positie van de rotatie-as bij een zuivere osteokinematische rotatie ventraal van de facetten in de nucleus pulposus. Tevens moet hij gelegen zijn op de loodlijnen vanuit de momentane kontaktpunten. In tegenstelling tot de voorafgaande situatie moet er bij het roteren om een as loodrecht op het corpus sprake zijn van elkaar snijdende loodlijnen vanuit de profielen. In figuur 5 wordt dit verduidelijkt. Figuur 5. Schematische voorstelling van een zuivere osteokinematische rotatie. Vanuit de kontaktpunten op de twee gewrichtsvlakken moeten loodlijnen te trekken zijn die de as loodrecht snijden. De bewegingsas loopt bij een zuiver horizontale stand van het corpus exact verticaal. Indien we uitgaan van momentane kontaktpunten in het midden van de beide facetten zullen de loodlijnen op de beide profielen elkaar ergens in het corpus moeten snijden wil aan de eis worden voldaan dat zij beide loodrecht staan op de bewegingsas. De vraag doet zich nu natuurlijk voor of deze twee eisen (as door de nucleus en snijdende loodlijnen ter hoogte van de nucleus) in de lumbale wervelkolom te verenigen zijn. Een doorslaggevende rol hierbij speelt de positie van de gewrichtsvlakken van de lumbale facetgewrichten. Positie van de lumbale facetgewrichten In de literatuur wordt gesproken van een openingshoek β van de lumbale facetten van ongeveer 90 (zie figuur 6). Figuur 6. Bepaling van de openingshoek van de gewrichtsvlakken. Bij een dergelijke stand van de gewrichtsvlakken lijkt het op het eerste gezicht ondenkbaar dat er loodlijnen op de profielen kunnen worden gezet die elkaar ventraal van het wervelkanaal snijden. De openingshoek zegt echter niets over de positie van de gewrichtsvlakken. Zowel op het linker als het rechter facet worden lijnen getrokken door de uiterste grenspunten van het kraakbeen. Uit figuur 6 is direkt duidelijk dat het volkomen onjuist is om op basis van de positie van dergelijke lijnen uitspraken te doen over de richting van loodlijnen op de profielen. Alhoewel de lijnen over de kraakbeengrenzen een hoek van 90 met elkaar maken zijn de ventrale delen van het gewrichtsvlak frontaal en de dorsale delen vrijwel sagittaal gericht. Dergelijke frontale delen op
de lumbale facetten worden ook in de literatuur beschreven (8,14). Op de frontale delen van de gewrichtsvlakken zijn wel loodlijnen te trekken die elkaar ventraal snijden (figuur 7). Figuur 7. Op de ventrale delen van de gewrichtsvlakken kunnen loodlijnen getrokken worden die elkaar ventraal snijden. Indien de openingshoek als maatgevend voor de positie van de gewrichtsvlakken zou worden beschouwd, ontstaat het beeld van figuur 8. Figuur 8. Schematische voorstelling van de richting van de loodlijnen op de facetgewrichten op basis van de openingshoek. De loodlijnen op de gewrichtsvlakken snijden elkaar dorsaal ter hoogte van het processus spinosus. De foutieve conclusie dat daar de rotatie-assen moeten worden gezocht ligt dan ook zeer voor de hand. Modelmatige analyse Met behulp van een grafisch model wordt de zuivere osteokinematische rotatie in een lumbaal facetgewricht geanalyseerd. Figuur 9 toont de opbouw van het gebruikte model.
Figuur 9. Grafisch model waarmee de rotatie in de lumbale wervelkolom wordt gesimuleerd. a. middelpunt van de mediale delen van de kom. b. middelpunt van de laterale vleugels van de kom. c. middelpunt van de kop. d. centrode. De concave delen van de onderliggende wervel bestaan uit twee verschillend gekromde delen. Het mediale deel van de kom is een deel van een cirkel met middelpunt a. Het laterale deel van de kom is sterker gekromd en heeft als middelpunt het punt b. Het mediale deel stelt de ventrale delen van het facetgewricht voor die min of meer frontaal gelegen zijn. Het laterale deel komt overeen met de sagittaal gepositioneerde vleugels van de lumbale facetten. De bovenliggende wervel wordt voorgesteld door de twee aan elkaar verbonden cirkels. Deze twee delen van de kop bezitten dezelfde kromtestralen als de laterale delen van de kom. Het middelpunt van het linker deel van de kop is het punt c. In de hier getoonde positie van het model staat de bovenliggende wervel (de kop) in de middenstand ten opzichte van de onderliggende wervel (kom). Het momentane rotatiecentrum (d) is gelegen op het snijpunt van de loodlijnen uit de twee kamers. Deze lijnen verlopen door de middelpunten van kop en kom en het kontaktpunt. De verzameling van dergelijke snijpunten vormt de centrode voor de rotatiebeweging. In Figuur 10 wordt het model in 2 stappen rechtsom geroteerd. Figuur 10. Rechtsom rotatie van het model in twee stappen (verdere verklaring in de tekst). De momentane rotatiecentra voor deze beweging bevinden zich steeds op het snijpunt van de twee loodlijnen aan de profielen in de kontaktpunten. De rotatie-as loopt bij deze rechtsom rotatie van de bovenliggende wervel (kop) ten opzichte van de onderliggende dus naar links over het corpus. Ook de kontaktpunten in de beide kamers van het gewricht lopen naar links. In figuur 9 was al weergegeven
dat de kom uit twee verschillend gekromde delen bestaat. Het sterkst gekromde deel van de kom komt in dit model in een close-packed position te liggen met de kop tijdens de laatste rotatiestap. Alle voorgaande rotatiestappen hebben zich zowel links als rechts afgespeeld op het minst sterk gekromde deel van de kom. Na de voorlaatste rotatiestap staat de kop in de linker kamer in kontakt met het meest lateraal gelegen deel van het minst sterk gekromde deel van de kom. Hierna valt de kop in één keer tegen het totale resterende deel van de kom aan. Dit kan omdat dit deel van de kom precies even sterk gekromd is als de kop. Het middelpunt van de kop en het middelpunt van het betreffende deel van de kom vallen nu ook samen (positie c). Indien het model vanuit de beginstand linksom zou worden gedraaid valt de kop in de rechter kamer in een close-packed position. Het hier gebruikte model bezit een rotatiemogelijkheid van 12. Dit is veel meer dan er per nivo in de lumbale wervelkolom mogelijk is. In werkelijkheid ligt het rotatievermogen van de lumbale wervelkolom in zijn totaliteit dus linksom + rechtsom rond de 10 (4,5). Dit betekent ongeveer 2 per nivo. Dergelijke kleine rotaties laten zich echter nauwelijks grafisch modelleren vandaar dat hier gekozen is voor een ruimere rotatiemogelijkheid. In kwalitatieve zin geeft dit model echter een betrouwbare voorstelling van zaken. Discussie Het gebruikte model sluit op een tweetal punten aan bij bevindingen uit de literatuur. Cosette (1) beschrijft in zijn onderzoek naar de rotatiemogelijkheid van de lumbale wervelkolom een positie van de rotatiecentra ventraal van het wervelkanaal. Net als in het model verplaatst dit rotatiecentrum zich tijdens een rotatie naar de zijde van de verplaatsing van het processus spinosus (naar links tijdens rechtsom rotatie). Putz toont in zijn studies van de lumbale rotatie eveneens aan dat de rotatie plaatsvindt om centra in het corpus. Hij bespreekt en toont afbeeldingen van het openen van de rechter kamer bij rechtsom rotatie en omgekeerd (9,10). Een dergelijk gedrag is ook in het model terug te vinden. Het funktionele belang van het ontstaan van een close-packed position bij een geringe rotatie is wellicht gelegen in de besparing op musculaire arbeid ter fixatie van het gewricht. De funktiegestoorde rotatie Een funktiestoring van een gewricht is een verplaatsing van de rotatie-as in de richting van de gewrichtsspleet. Ten gevolge van deze verplaatsing verandert de verhouding van de afgelegde weg op kop en kom en neemt de mogelijke hoekstandsverandering af. Bij een dergelijke omschrijving van de funktiestoring verplaatst de as wel naar het profiel toe maar blijft hij gelegen op de loodlijn in het kontaktpunt. Uit het gebruikte model van de rotatie wordt duidelijk dat een verplaatsing van het rotatiecentum tijdens een zuivere osteokinematische rotatiebeweging onvermijdelijk tot gevolg heeft dat het rotatiecentrum niet meer ligt op het snijpunt van beide loodlijnen. Voor minimaal één van de beide kamers wordt dan niet meer voldaan aan de eis dat het draaipunt moet liggen op de genoemde loodlijn. We hebben reeds gezien dat een positie van de as naast de loodlijn direkt zal leiden tot een verwijdering van, of het door elkaar heen persen van de profielen (figuur 3). Dergelijke bewegingen van de profielen zullen in werkelijkheid direkt leiden tot een a-fysiologische spanning in het bandapparaat. Dit leidt bij de geringste poging tot bewegen direkt tot een volledige blokkering van het gewricht. Het klinische beeld van de acute fixatie van de lage rug is in onze opvatting gebaseerd op het optreden van een dergelijke beweging in een funktiegestoord gewricht. Zolang er in een dergelijk gestoord bewegingssegment geen bewegingskombinatie wordt uitgevoerd die ertoe leidt dat de rotatie-as op het snijpunt van twee loodlijnen komt te liggen, is er "slechts" sprake van beperkte bewegingstrajecten. Indien echter op een funktiegestoord nivo een osteokinematisch zuivere rotatie wordt gemaakt treedt direkt het bovengeschetste konflikt op. De geringste poging een osteokinematische rotatiebeweging te maken leidt tot een onaanvaardbare spanning in de sturende ligamentaire structuren (de discus en de andere ligamentaire structuren van het facetgewricht) en tot heftige pijn. Uit bovenstaande analyse is hopelijk duidelijk geworden dat de belasting van de rug, in de zin van het aantal kilo's dat toevallig gedragen wordt, bij een dergelijk funktieprobleem geen enkele rol speelt. Het klinische beeld van een langduriger bestaande rugklacht ten gevolge van een funktiestoring met een plotselinge blokkade van de rug, bij een op het oog zeer alledaagse beweging, kan op deze wijze tot stand komen. Tot slot is het nog van belang te analyseren welk soort ruimtelijke beweging van de romp correspondeert met het zuiver osteokinematisch roteren op wervelnivo. We gaan hierbij uit van het bewegingssegment L4-L5. In de anatomische stand staat L5 voorover ten opzichte van de anatomische vlakken. Een linksom rotatie om een as loodrecht op het corpus
correspondeert in deze houding met het uitvoeren van een linksom rotatie in kombinatie met een rechts lateraal-flexie van de romp (figuur 11). Figuur 11. Een osteokinematische linksom rotatie (1) correspondeert met een descriptief anatomische rechts lateraalflexie (2) in kombinatie met een linksom rotatie (3). Bij andere uitgangsposities zijn de bewegingen van de romp die overeenkomen met een zuivere osteokinematische rotatie uiteraard ook anders. Zo zal in een voorovergebogen houding een zuivere rotatie tussen de wervels overeenkomen met een rotatie om de lengte-as van de romp. Ten gevolge van de flexie in de lumbale wervelkolom komen de lumbale wervels min of meer evenwijdig aan elkaar te staan (figuur 12). Figuur 12. In een voorovergebogen houding correspondeert een zuivere osteokinematische rotatie in de lumbale wervelkolom met een rotatie om de lengte-as van de romp. Deze beweging (het roteren in een gebogen houding) wordt frequent door patiënten genoemd als "oorzaak" van de acute problemen.
LITERATUUR. 1. Cosette. J.W. et al. The instantaneous center of rotation of the third lumbar intervertebral joint. J. Biomechanics 4: 149-153 (1971). 2. Farfan. H.F. Effects of torsion on the intervertebral joints. Can. J. Surg. Vol. 12. (1969) pp. 336-341. 3. Gertzbein. R. et al. Determination of a locus of instantaneous centers of rotation of the lumbar disc by Moiré fringes. Spine. vol 9. nr. 4. (1984) 4. Gregersen. G., Lucas. D. An in vivo study of the axial rotation of the human thoracolumbar spine. J. Bone Joint Surg. 49 (1967) pp. 247-262. 5. Gunzberg. W. et al. Axial rotation of the lumbar spine and the effect of flexion. Spine. Vol 16. nr 1. (1991) pp. 22-28. 6. Kapandji. I.A. The physiology of the joints (vol 3) Churchill Livingstone (1974). 7. Oonk. H. Osteo en arthrokinematika. Uitg. henric Graaff van ijssel (1988). 8. Putz. R. Funktionelle Anatomie der Wirbelgelenke George Thieme Verlag (1981) 9. Putz. R. Beitrag zur morphologie und funktion der kleinen gelenke der lendenwirbelsäule. Verh. Anat. Ges. 71,S. 1355-1359 (1977). 10. Putz. R. Zur morphologie und rotationsmechanik der kleinen gelenke der lendenwirbel. Z. Orthop. 114 (1976) 902-912. 11. Rozendal. R.H. Inleiding in de kinesiologie van de mens. Stam technische boeken (1974). 12. Riezebos. C. De afgevlakte lendelordose bij de HNP. Versus tijdschrift voor fysiotherapie 1988 no.4. pp. 169-187. 13. Riezebos. C., Koes. E. Druk versus trek op de lumbale disci intervertebrales. Versus tijdschrift voor fysiotherapie 1993 no.2. pp. 76-106. 14. Schaik. J.P.J. van. Cross-sectional CT morphology of the three lower lumbar vertebrae. (proefschrift) R.U. Utrecht. (1984). 15. Seligman. S.D. et al.
Computer analysis of spinal segment motion in degenerative disc disease with and without axial loading. Spine. vol 9. nr 6. (1984). 16. White. A., Panjabi. M. Clinical biomechanics of the spine. J.B. Lippincott Company. (1990).