Biomecánica de la columna vertebral y el cuello 1
Columna vertebral y cuello. Anatomía Básica La columna vertebral 33 Vértebras situadas en 5 segmentos: 7 Cervicales (C1-C7) 12 Torácicas (T1 a T12) 5 Lumbares (L1 a L5) 5 Sacras (soldadas) 4 en el Cóccix Funciones Estructural Movilidad Protección del Sistema Nervioso 2
Columna vertebral y cuello. Anatomía Básica La columna vertebral. Protección del sistema nervioso Las vértebras forman un canal por el que corre la médula espinal. De ella salen los nervios espinales por los que se transmiten las señales nerviosas al resto del cuerpo Alteraciones en los conductos pueden producir daños o pinzamientos en el sistema nervioso. 3
Columna vertebral y cuello. Anatomía Básica La columna vertebral. Estructura y movilidad Las vértebras están unidas entre sí: Discos intervertebrales: Amortiguan la presión entre vértebras durante el movimiento Núcleo pulposo: Puede desplazarse, pero no comprimirse. Anillo Fibroso: Contiene al núcleo pulposo. Ligamentos Músculos Movimientos de la columna: Rotación principal entre C1 (atlas) y C2 (axis) En el resto de la columna Flexión, Extensión, Lateralidad y Rotación, como suma de pequeños movimientos intervertebrales 4
Columna vertebral y cuello. Anatomía Básica La columna vertebral. Vértebras cervicales C1 (Atlas) C2 (Axis) C3 C7 5
Columna vertebral y cuello. Anatomía Básica El cuello. Estructura muscular y aparato digestivo 6
Universidad de Valladolid Columna vertebral y cuello. Anatomía Básica El cuello. Estructura circulatoria y aparato digestivo 7
Columna vertebral y cuello. Lesiones Código AIS Lesiones 1 Menores - Contusión, abrasión o laceración leve de piel o músculo 2 Moderadas - Laceración menor de arterias vertebrales - Dislocación sin fractura de vértebras torácicas o cervicales 3 Serias - Laceración mayor de arterias vertebrales - Laceración múltiple de raíces nerviosas en regiones cervical o torácica 4 Severas - Contusión incompleta de la médula espinal en regiones cervical o torácica 5 Críticas - Laceración de la médula espinal en regiones cervical o torácica sin fractura 6 Máximas - Decapitación - Laceración de la médula espinal a nivel C3 o superior con fractura 8
Columna vertebral y cuello. Mecanismos de daño Movimientos y formas de carga del cuello Monofásicos Tracción / Compresión Flexión Extensión Torsión Flexión lateral Bifásicos Retracción o forma de S : Flexión en zona superior y extensión en zona inferior Protracción o S inversa : Extensión en zona superior y flexión en zona inferior 9
Columna vertebral y cuello. Mecanismos de daño Mecanismos de Carga y lesiones asociadas Los daños en la parte superior del segmento cervical son los considerados como más serios y con mayor probabilidad de causar muerte Relacionado a menudo con impactos de ocupantes sin cinturón de seguridad contra elementos del vehículo (ej. Parabrisas) Fractura del ahorcado (Hangman) Localizada en C2 Relacionada con combinación de compresión axial y extensión Fractura de Jefferson Fractura de C1 en cuatro segmentos Relacionada con carga de compresión 10
Universidad de Valladolid Columna vertebral y cuello. Mecanismos de daño Mecanismos de Carga y lesiones asociadas. Lesiones con contacto Compresión--Flexión Compresión Compresión-Extensión Extensión-Flexión Flexión Lateral 11
Universidad de Valladolid Columna vertebral y cuello. Mecanismos de daño Mecanismos de Carga y lesiones asociadas. Lesiones sin contacto Hyperflexión en impacto frontal por acción del sistema de retención El tórax es frenado por el sistema de retención y la deleceración se transmite a la cabeza a través del cuello, produciendo un movimiento de flexión Puede asociarse a dislocaciones bilaterales de las facetas cervicales Esguince cervical en impacto trasero Es la lesión más frecuente en accidentes de automoción Merece un tratamiento a parte 12
Columna vertebral y cuello. Latigazo Cervical (Whiplash) Frecuente en impactos traseros de baja velocidad (δv 8 a 16 Km/h) Lesiones consideradas como leves (AIS 1), pero produciendo discapacidad de media y larga duración (dolores de cuello y cabeza, mareos, etc.) No hay acuerdo total sobre el origen biológico de las lesiones (inflamación de discos intervertebrales, daños neuronales, ). A menudo no pueden ser detectadas por métodos convencionales. Mecanismos más probables: S-Shape Shape ( S ) - Movimiento intervertebral - Gradiente de presión Extensión - Hiperextensión Rebote - Hiperflexión 13
Columna vertebral. Otras Lesiones Lesiones en el resto de la columna (torácica, lumbar y pélvica) Menos relevantes que las lesiones cervicales Posibles causas: Fracturas en vértebras torácico-lumbares por compresión y flexión combinadas en impactos frontales severos, por enderezamiento de la curvatura de la espina debido al cinturón de seguridad. Posibles efectos por parte ventral del cinturón de seguridad mal posicionado (deslizamiento sobre cresta iliaca): Separación de elementos posteriores de la espina por hiperflexión (ej: rotura de ligamentos longitudinales y supraespinales) 14
Universidad de Valladolid Columna vertebral y cuello. Tolerancia mecánica Numerosos estudios: -Cadáveres - Sin actividad muscular - Permiten disección posterior - Permiten mayor severidad de impacto -Segmentos - Sin actividad muscular - Permiten estudio de límites mecánicos de tejidos - Permiten modos de carga específicos -Voluntarios - Con actividad muscular - No permiten disección posterior - Severidad de impacto limitada 15
Columna vertebral y cuello. Representación mecánica Dummies de impacto frontal: Hybrid III Cuello y espina lumbar flexibles Espina torácica rígida 16
Columna vertebral y cuello. Representación mecánica Dummies de impacto frontal: Hybrid III. Cuello 17
Columna vertebral y cuello. Representación mecánica Dummies de impacto frontal: Hybrid III. Espina Torácica 18
Columna vertebral y cuello. Representación mecánica Dummies de impacto frontal: Hybrid III. Espina Lumbar 19
Columna vertebral y cuello. Representación mecánica Dummies de impacto lateral: EuroSID-II Cuello y espina lumbar flexibles Espina torácica rígida 20
Columna vertebral y cuello. Representación mecánica Dummies de impacto trasero: BioRID-II (Esquema constructivo) Actualmente es el dummy más utilizado para la evaluación de whiplash Columna vertebral completa articulada Sólo reproduce movimientos bidimensionales (plano X-Z) 21
Columna vertebral y cuello. Representación mecánica Dummies de impacto trasero: BioRID-II (Instrumentación) 22
Columna vertebral y cuello. Representación mecánica Dummies de impacto trasero: RID 3D Uso más reducido que el BioRID-II Desarrollado a partir del dummy RID2 Zona torácica más rígida que el BioRID-II. Dos únicos segmentos unidos por un elemento flexible. El cuello está preparado para reproducir movimientos tridimensionales X-Y-Z 23
Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos Criterios: De uso general: Para todo tipo de impactos, basados en lesiones AIS 2 Específicos para Whiplash: Para impacto trasero, buscando lesiones AIS 1 Criterios de uso general Específicos para Whiplash Basados en aceleraciones NIC Basados en Cargas Nij Nkm MyOC LNL Fx Fz Basados en desplazamientos y velocidades NDC IV-NIC (sólo biológico) Velocidad de rebote A parte de éstos, existen una serie de métodos de evaluación de whiplash basados en la comparación entre asientos en ensayos establecidos (Fx vs Fz en procedimiento IWPG-IIHS, Aceleración de vértebra T1, tiempo de contacto con reposacabezas, etc.) 24
Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos Momento respecto del Condilo Occipital (Myoc o MOC) Se trata de una corrección del momento (Y o X) medido por la célula de carga de la parte superior del cuello al punto exacto del condilo occipital (unión entre cráneo y C1) El valor de la corrección a aplicar dependerá del modelo de célula de carga Son frecuentes las referencias a él únicamente como Momento de cuello. En caso de duda, es importante concretar si la referencia es al Momento de cuello medido directamente por la célula de carga o si se refiere al momento sobre el Condilo Occipital. 25
Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos Momento respecto del Condilo Occipital (Myoc o MOC) 26
Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos Nij Relaciona las fuerzas axiales (Fz) y el momento transversal en el condilo occipital (Myoc) Empleado por la normativa americana FMVSS 208 27
Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos 28
Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos Criterios basados en fuerzas máximas o acumuladas (Fx y Fz) Se basan normalmente en la zona superior del cuello 29
Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos 30
Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos 31
Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos NIC (Neck Injury Criterion) Ha sido probablemente el primer criterio de aceptación general para la evaluación del riesgo de whiplash Se basa en la estimación de la forma de S a través de la diferencia entre las aceleraciones medidas en la cabeza y en la vértebra T1 Sensible a rotaciones como sólido rígido del cuello 32
Nkm Universidad de Valladolid Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos Se basa en la combinación de la fuerza Fx y el momento Myoc medidos en el extremo superior del cuello En cierto modo está basado en el criterio Nij, cambiando la fuerza Fz por Fx Utiliza cuatro situaciones de carga en función de los signos de Fx y Myoc. El criterio final Nkm es una combinación de las cuatro. Fx + - Myoc + Flexión Anterior (Fa) Flexión Posterior (Fp) - Extensión Anterior (Ea) Extensión Posterior (Ep) 33
Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos 34
Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos LNL (Lower Neck Load index) Criterio basado en cargas medidas en la parte inferior del cuello 35
Otros Criterios: Columna vertebral y cuello. Criterios Biomecánicos NDC (Neck Displacement Criterion): Basado en el desplazamiento y giro de la cabeza con respecto de la vértebra T1 Aplicable a maniquíes y sujetos humanos Relevancia histórica, pero en desuso IV-NIC (Inter Vertebral Neck Injury Criterion): Se mide el movimiento relativo entre vértebras consecutivas Sólo se usa en experimentos biológicos. No aplicable a maniquíes actuales. 36
Bibliografía Libros: [1]. K.-U. Schmitt, P. Niederer, M. Muser, F. Walz. Trauma Biomechanics Accidental Injury in Traffic and Sports. Springer. ISBN 798-3-540-73872 Láminas de anatomía (Gray): http://www.bartleby.com/107/ Secciones Visible Human Project http://zatoka.icm.edu.pl/vh/visiblehuman.html Información sobre crash test dummies e instrumentación: www.humaneticsatd.com Criterios de daño: http://www.crashnetwork.com/download/crash_analysis_criteria_1.6.2.pdf 37