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BIOMECÁNICA II – RAQUIS TORÁCICO Y TÓRAX
EI raquis torácico es el segmento raquídeo situado entre el raquis lumbar y el raquis cervical. Representa el eje de la parte superior del tronco y es el soporte del tórax. Contrariamente a las apariencias, el raquis torácico es más móvil en el sentido de la rotación que raquis lumbar. Esta mucho menos afectado por fuerzas y su patología deriva esencialmente de deformaciones adquiridas. El segmento dorsal de la columna se compone de 12 vértebras que forman el eje posterior del tórax. De ellas parten las costillas que se dirigen hacia adelante en busca del esternón (eje anterior del tórax), con quien se articulan a través de los cartílagos costales. El tórax está compuesto por 12 pares de costillas articuladas con las vértebras, y que forma un volumen de capacidad variable, dedicado a la respiración y ocupado por el aparato cardiorrespiratorio. A través de la caja torácica, el raquis torácico sujeta la cintura escapular, sobre la que se articula con los miembros superiores. La relación con las costillas hace que esta porción de la columna sea la de menor movilidad, presentando con frecuencia una zona rígida en el segmento D2 a D5, fuente de cervicobraquialgias y hernias discales cervicales por hipermovilidad compensatoria; como así también alteraciones a nivel de la articulación escapulohumeral a través de los músculos que se insertan a este nivel que fijan la escápula. Esta región no sólo tiene importancia en la participación de los problemas estáticos, sino que tiene una gran influencia visceral por su relación con la cadena laterovertebral simpática Cadena laterovertebral simpática Nace de la base del cráneo hacia la porción casi terminal de la columna, va a estar compuesta por ganglios que se van a encontrar a cada lado de las vertebras y estos se van a conectar a la medula por dos ramas, por uno gris y uno blanco. En estas ramas van a hacer neurotransmisores que se van a encargar de la transmisión del impulso nervioso y del control del organismo en sí. Esta cadena simpática está muy relacionada con las respuestas de huida o lucha, generando una respuesta fisiológica como aumento de la presión cardiaca, de la tensión arterial, disminución de las funciones como la digestiva.
VERTEBRA TORÁCICA TIPO
✶ Cuerpo : diámetros anteroposterior y transversal casi iguales. Presenta las carillas costales ✶ Pedículo : más inclinados en sus bordes inferiores ✶ Laminas : más altas que anchas e inclinadas ✶ Agujero vertebral : casi circular ✶ Apófisis articulares : carilla inferior mira adelante abajo y adentro, y una carilla superior mira hacia atrás arriba y afuera ✶ Apófisis transversa : orientadas hacia afuera y atrás. Presenta una carilla costal ✶ Apófisis espinosa : larga y oblicua con un tubérculo en su vértice VERTEBRAS ESPECIALES ✶ T1 : es una vértebra de transición, tiene un cuerpo que se parece al de las de la columna cervical; no posee de cada lado más que una carilla costal destinada a la 1ª costilla; su apófisis espinosa es a menudo "prominente“ ✶ T10 : no posee carillas costales inferiores y su apófisis transversa también está desprovista de ellas ✶ T11 y T12 : son vértebras de transición, comienzan a mostrar características lumbares: cuerpo más voluminoso, apófisis espinosa menos oblicua, ausencia de carillas costales inferiores y transversas. Las apófisis articulares inferiores de la 12ª dorsal están orientadas como las de las vértebras lumbares: hacia adelante y hacia afuera. FLEXOEXTENSIÓN E INFLEXION LATERAL Extensión (Fig. 4) ✶ Se acompaña de una inclinación hacia atrás del cuerpo vertebral de la vertebra superior. El disco intervertebral se aplasta por atrás y se ensancha por delante, proyectando el núcleo pulposo por delante ✶ Este movimiento lo limita el tope óseo de las apófisis espinosas y articulares, y la tensión del ligamento longitudinal anterior (3). Los ligamentos amarillo y longitudinal posterior se distienden. Flexión (Fig. 5) ✶ Se acompaña de una apertura posterior del espacio intervertebral, con un desplazamiento del núcleo hacia atrás. Las superficies articulares de las apófisis articulares se deslizan esta vez hacia arriba, y las apófisis inferiores de la vertebra superior tienden a desbordar hacia arriba las apófisis superiores de la vertebra inferior. ✶ Este movimiento lo limita la tensión del ligamento interespinoso (4), los ligamentos amarillos y las capsulas articulares cigapofisiarias (5) y del longitudinal posterior (6). El ligamento longitudinal anterior esta distendido.
✶ Al ser una zona tan rígida y fija por todos los extremos tanto a nivel ligamentario como óseo, es una zona que va a generar movimientos rotatorios mínimos. ✶ Entonces, la rotación de una vertebra se va a acompañar de una deformación del par de costillas asociadas a la misma gracias a la elasticidad costal y sobre todo de los cartílagos, las deformaciones son:
- Acentuación de la concavidad costal en el la de la rotación (1) y disminución de la concavidad costal en el lado opuesto (2)
- Acentuación de la concavidad condrocostal el lado opuesto a la rotación (3) y disminución de la concavidad condrocostal en el lado de la rotación (4) ARTICULACIONES COSTOVERTEBRALES ✶ En cada segmento del raquis torácico, un par de costillas se articula con las vértebras mediante dos articulaciones por costilla:
- La articulación costovertebral/costo corpórea entre la cabeza costal y los cuerpos vertebrales
- La articulación costotransversa entre la tuberosidad costal (cuello de la costilla) y la apófisis transversa de la Vértebra subyacente. ARTICULACIÓN COSTOVERTEBRAL ✶ Es una doble artrodia constituida en el lado vertebral por los carillas costales, una en el borde superior de la vértebra inferior (5) y otra en el borde inferior de la vértebra superior. Ligamentos Ligamento interóseo (8): se origina en el vértice de la cabeza costal entre las dos carillas articulares, se fija en em disco intervertebral y separa esta articulación. Ligamento radiado o anterior: posee tres haces Haz superior (14) y haz inferior (15): se insertan en el cuerpo de las vértebras adyacentes Haz medio (16): se inserta en el anillo fibroso (2) del disco intervertebral Ligamento Posterior: Se desprende de la porción posterosuperior del cuello de la costilla y se dirige hacia adentro para terminar en la cara posterior del cuerpo vertebral y en el disco intervertebral.
ARTICULACIÓN COSTOTRANSVERSA
✶ Es una artrodia constituida por dos carillas ovaladas, una en el vértice de la apófisis transversa y la otra en la tuberosidad costal (19). ✶ Esta articulación la refuerza una capsula articular, pero sobre todo por los tres ligamentos costotransversos
- Ligamento costotransverso interóseo (23): se extiende desde la apófisis transversa a la cara posterior del cuello de la costilla
- Ligamento costotransverso posterior (21): se extiende desde el vértice de la apófisis transversa a la parte lateral de la tuberosidad costal se extiende desde el borde inferior de la apófisis transversa al borde superior del cuello de la costilla subyacente.
- Ligamento costotransverso superior: desde el borde inferior de la apófisis transversa al borde superior de cuello de la costilla subyacente. Ligamento costotransverso inferior: ocupa la cara inferior de la articulación costotransversa. MOVIMIENTOS DE LAS COSTILLAS EN TORNO A LAS ARTICULACIONES COSTOVERTEBRALES La articulación costovertebral, por una parte, y la articulación costotransversa, por otra, forman un par de artrodias mecánicamente unidas (Fig. 15), cuyo movimiento común no puede ser más que una rotación en torno a un eje que pase por el centro de cada una de estas dos artrodias. Así, se puede describir un eje XX’ que une el centro o’ de la articulación costotransversa al centro o de la articulación costovertebral. Le sirve de charnela a la costilla que queda “suspendida” del raquis por dos puntos o y o’. La orientación de este eje respecto al plano sagital determina la dirección del movimiento costal: en las costillas inferiores (lado izquierdo de la Fig. 15) el eje XX’ se aproxima al plano sagital y, en consecuencia, el movimiento de elevación de la costilla conlleva a un aumento del diámetro transversal del tórax. De hecho (Fig. 17), cuando la costilla gira en torno a este eje o’, describe un arco de círculo de centro o’ (Fig. 16) su oblicuidad disminuye, y al hacerse más transversal, su punto más lateral queda desplazado hacia afuera lo que representa el aumento del semidiámetro transversal de la base del tórax, movimiento en asa de balde. Es un movimiento de charnela anteroposterior. Por el contrario, las costillas superiores (Fig. 15: lado superior derecho) se articulan a traves de un eje yy' situado casi en un plano frontal. EI movimiento de elevación de la costilla conlleva entonces un aumento bastante acentuado del diametro anteroposterior del torax zona (ap). Es un movimiento global de deslizamiento anteroposterior de la costilla Por lo tanto, se puede concluir que durante la elevación de las costillas se produce un aumento del diametro transversal del torax inferior y aumento del diámetro anteroposterior del tórax superior. En la parte media del tórax en la que el eje de las articulaciones costovertebrales se localiza aproximadamente en una direccion oblicua a 45°, el aumento del diametro se produce tanto en senti transversal como en sentido anteroposterior Durante la inspiración : la costilla se eleva y presenta hacia arriba su cara externa (eversión) Durante la espiración : la costilla desciende y presenta hacia abajo su cara externa (inversión)
RESPIRACIÓN
LAS DEFORMACIONES DEL TÓRAX EN EL PLANO SAGITAL DURANTE LA INSPIRACIÓN
Se debe considerar el pentágono formado por el raquis, la primera costilla, el esternón y la décima costilla con su cartílago costal. ¿Por qué decimos solo decima costilla? Porque las ultimas dos son falsas y no se articulan con el esternón. El movimiento de inspiración determina las siguientes deformaciones: ✶ La primera costilla móvil alrededor de su articulación costovertebral (O) se eleva y su extremo anterior describe un arco de círculo (AA’) ✶ Se produce también una elevación del esternón gracias a la elevación de la primera costilla, el cual pasa de la posición AB a la posición AB’ En este movimiento, el esternón no está exactamente paralelo a sí mismo, ya que, como se ha podido ver con anterioridad, en la parte superior del tórax el diámetro anteroposterior aumentaba más que en la parte inferior. De ello se deduce que el ángulo a que formaba con la vertical se cierra ligeramente y simultáneamente se puede observar cómo se cierra también ligeramente el ángulo OA'B' entre la primera costilla y el esternón. Este cierre del ángulo esternocostal se acompaña de una rotación longitudinal, de una torsión del cartílago costal. ✶ En cuanto a la décima costilla, también efectúa movimiento de elevación en torno a su centro (Q) y su extremo anterior describe un arco de círculo (CC’) ✶ En este movimiento de la décima costilla y esternón, el décimo cartílago costal pasa de posición CB a la posición C'B' permaneciendo aproximadamente paralelo a si mismo
MÚSCULOS INTERCOSTALES Y TRANSVERSO DEL TÓRAX
MÚSCULOS INTERCOSTALES
✶ Se distinguen tres tipos de fibras musculares (Fig. 21 visión posterior del tórax):
- Músculos elevadores de las costillas (EC) : procedentes del vértice de la apófisis transversa, finalizan en el borde superior de la costilla subyacente. Cuando se contraen elevan la costilla.
- Músculos intercostales externos (E) : cuyas fibras oblicuas hacia arriba y hacia dentro tienen una dirección paralela a las de las fibras del músculo supracostal. Estos músculos intercostales externos son, como el supracostal, elevadores de las costillas y, por lo tanto, inspiradores.
- Músculos intercostales internos (I) : cuyas fibras son oblicuas hacia arriba y hacia afuera, producen el descenso de las costillas y, por lo tanto, la espiración. TRANSVERSO DEL TÓRAX O TRIANGULAR DEL ESTERNÓN (Fig. 24) ✶ Está situado en la parte posterior del esternón y sus fibras, que se insertan en los cartílagos de la segunda y sexta costillas, son oblicuas hacia abajo y hacia adentro. ✶ La contracción de sus cinco haces determina el descenso, en relación al esternón, de los cartílagos costales correspondientes, No obstante, se ha podido constar, que durante la inspiración el cartílago costal se eleva y que, a la inversa, desciende durante la espiración. Esto permite deducir que el musculo transverso del tórax es un músculo espirador.
MÚSCULOS DE LA RESPIRACIÓN
✶ Los músculos de la respiración se pueden clasificar en dos categorías:
- Por una parte, los músculos de la inspiración, que elevan las costillas y el esternón
- Y por otra, los músculos de la espiración, que descienden las costillas y el estern6n. En estas dos categorías se distinguen, además, dos grupos, los músculos principales y los músculos accesorios, si bien estos últimos solo actúan durante movimientos anormalmente amplios o potentes. Se puede pues, distribuir los músculos de la respiración en cuatro grupos. PRIMER GRUPO ✶ Son los principales músculos de la inspiración
- Intercostales externos
- Elevadores de las costillas
- Diafragma SEGUNDO GRUPO ✶ Son los músculos accesorios de la respiración
- Esternocleidomastoideos (1)
- Escalenos anteriores (2), medios (3) y posteriores (4)
- Pectoral mayor (4)
- Pectoral menor (5)
- Haces inferiores del serrato anterior (6)
- Dorsal ancho (10)
- Serrato posterosuperior (11)
- Fibras superiores del musculo iliocostal torácico (12)
TERCER GRUPO
✶ Son los principales músculos de la espiración
- Músculos intercostales internos CUARTO GRUPO ✶ Son los músculos accesorios de la espiración ✶ Condicionan la espiración forzada y el esfuerzo abdominal
- Abdominales
- Recto del abdomen (7)
- Oblicuo externo (8)
- Oblicuo interno (9)
- Porción inferior del musculo iliocostal torácico (13)
- Longísimo (14)
- Serrato posterointerno (15)
- Cuadrado lumbar 1, 2, 3 y 4 no son inspiradores más que cuando toman como punto fijo el raquis cervical rígido por la acción de otros músculos La espiración normal es un fenómeno puramente pasivo de retorno del tórax sobre sí mismo por simple elasticidad de los elementos osteocartilaginosos y del parénquima pulmonar. Por lo tanto, la energía necesaria para la espiración es, en realidad, una restitución de la energía desarrollada en la inspiración por los músculos inspiradores y que esta almacenada a nivel de los elementos elásticos del tórax y del pulmón.
ANTAGONISMO-SINERGIA ABDOMINODIAFRAGMATICO
✶ El diafragma es el principal musculo inspirador. Los músculos abdominales son músculos espiratorios accesorios extremadamente potentes, ya que son capaces de producir la espiraci6n forzada y las fuerzas abdominales. Ahora bien, estos músculos que parecen ser antagonistas son, al mismo tiempo, sinergistas. Esto puede parecer paradójico, incluso ilógico, pero, en la práctica, no pueden funcionar independientemente los unos de los otros. Es lo que caracteriza la relación de antagonismo-sinergia. ✶ ¿Cuál es la relación entre el diafragma y los abdominales en el transcurso de las dos fases de la respiración? Durante la inspiración La contracción del diafragma desciende el centro frénico (flechas rojas), lo que aumenta el diámetro vertical del tórax; pero, a continuación, interviene la resistencia a la elongación de los elementos verticales del mediastino (M) y, sobre todo, la resistencia de la masa de las vísceras abdominales (D). Esta masa está sujeta por la "cincha abdominal" constituida por los potentes músculos abdominales: los rectos abdominales (RA), pero también los músculos transversos (T), músculos oblicuos internos (OI) y músculos oblicuos externos (OE). Sin ellos, el contenido abdominal se vería impelido hacia abajo y hacia adelante, y el centro frénico no podría tomar un punto fijo sólido que le permitiera al diafragma elevar las costillas inferiores. De este modo, la acción antagonista-sinérgica de los músculos abdominales es indispensable para la eficacia del diafragma. Durante la espiración El diafragma se relaja, y la contracción de los abdominales desciende el orificio inferior del tórax, de modo que disminuye simultáneamente los diámetros transversal y anteroposterior del tórax. Por otra parte, aumentando la presión intraabdominal, los citados músculos desplazan la masa de las vísceras hacia arriba y hacen ascender el centro frénico, lo que disminuye el diámetro vertical del tórax, al tiempo que "cierran" los senos costodiafragmaticos (se denominan así fondos de saco pleurales). Los músculos abdominales son pues los antagonistas perfectos del diafragma, ya que disminuyen simultáneamente los tres diámetros del tórax. El papel respectivo del diafragma y de los músculos abdominales se puede por tanto concebir de la manera siguiente en una gráfica (Fig. 35): cada uno de estos grupos musculares se contrae de manera permanente, aunque su tono evoluciona de manera inversa. Durante la inspiración, la tensión del diafragma aumenta, mientras que el tono de los músculos abdominales decrece. En cambio, durante la espiración, la tensión de los músculos abdominales aumenta, mientras que el tono del diafragma disminuye. De este modo, entre estos dos grupos musculares existe un equilibrio dinámico que se desplaza perpetuamente en un sentido o en otro y que ilustra con claridad la noción de antagonismo-sinergia.
LA COMPLIANZA TORÁCICA
La noción de complianza está directamente relacionada con la elasticidad de los elementos anatómicos del tórax y de los pulmones, representa la relación entre un volumen de aire y la presión parietal necesaria para movilizarlo. Los pulmones adoptan una posición de equilibrio comparable a la de un resorte que no está ni comprimido ni estirado. Existe entonces un equilibrio de presión entre el aire intraalveolar y el aire atmosférico. A través de un esfuerzo muscular de espiración forzada (Fig. 58), se comprimen los elementos elásticos del tórax. Si para expresarlo en una imagen se somete al resorte representado por el tórax a una presión positiva intratorácica, por ejemplo, de + 20 em de agua, la presión intrapulmonar será más fuerte que la presión atmosférica y el aire se escapará por la tráquea. Sin embargo, el tórax tendera a recuperar su posición inicial, como el resorte tendera a volver a su posición O. Por el contrario, si se realiza un esfuerzo de inspiración (Fig. 59), lo que podría compararse al estiramiento del resorte, se creara una presión negativa intratorácica de - 20 cm de agua, con respecto al aire atmosférico; esto determina la penetración del aire en la tráquea, pero, debido a su elasticidad, el tórax tiende a recobrar su posición inicial. Estos fenómenos se pueden representar mediante curvas de complianza (Fig. 60), que representan las variaciones de la presión intratorácica en abscisas, en función de las variaciones del volumen torácico en ordenadas. Fig. 58: una disminución de la presión positiva hace que el parénquima pulmonar baje, por lo que sale aire Fig. 59 : un aumento de la presión negativa hace que el parénquima pulmonar se estire, por lo que entre aire. MECÁNICA DE LA TOS ✶ El mecanismo de la tos consta de tres fases:
- Primera fase : inspiración profunda preparatoria
- Segunda fase : la puesta en tensión, cierre de la glotis. Contracción violenta de intercostales y músculos accesorios de la espiración. La presión intratorácica aumenta considerablemente
- Tercera fase : la expulsión. Mientras se mantiene la tensión muscular, la glotis se abre bruscamente y libera una violenta corriente de aire bronquial Si la pared torácica se mueve, va a estirar de la pleura parietal que esta pegada a ella, y esta va a estirar de la pleura visceral y esta estira del parénquima pulmonar.
MOVILIDAD ELÁSTICA DE LOS CARTÍLAGOS COSTALES
Ya se ha visto con anterioridad que durante la inspiración los cartílagos costales efectúan un desplazamiento angular y una torsión alrededor de su eje longitudinal. Esta torsión desempeña un papel importante en el mecanismo de la espiración. De hecho, cuando el esternón se eleva durante la inspiración, dado que el extremo posterior de las costillas permanece unido al raquis mediante las articulaciones costovertebrales (Fig. 62), los cartílagos costales realizan una rotación, representada por las flechas t y t' sobre su eje longitudinal. Al mismo tiempo existen angulaciones (a) en las articulaciones condrocostales y esternocondrales. Esquemáticamente, estas articulaciones condrocostales y esternocondrales (Fig. 63) son incrustaciones de cada uno de los extremos del cartílago costal:
- El extremo interno del cartílago ( 3 ) esta encajado en el borde del esternón ( 1 ) en un ángulo diedro ( 2 ), que recibe con exactitud el extremo del cartílago ( 4 ), permitiendo algunos movimientos en sentido vertical, pero ninguno en el sentido de la torsión;
- El extremo externo del cartílago ( 5 ) tiene forma de cono plano de delante atrás; este cono se incrusta en el extremo anterior de la costilla ( 6 ), ahuecada a modo de cono conformado a la inversa; también en este caso, la articulación permite desplazamientos verticales y laterales, pero ningún movimiento de torsión Cuando, durante la Inspiración (Fig. 64), la costilla efectúa movimientos de descenso en relación al esternón (que asciende), el cartílago costal sufre una torsión sobre su eje equivalente a un ángulo t y se comporta entonces como una barra de torsión. Las barras de torsión son resortes que trabajan, como su nombre indica, en torsión, y no en acortamiento-elongación. Este dispositivo se utiliza como resorte amortiguador en los automóviles: si se tuerce una barra sobre su eje longitudinal, su elasticidad almacena la energía de la torsión y la restituye cuando se suelta la barra. Del mismo modo, la energía de los músculos inspiradores se con centra en las barras de torsión de los cartílagos costales durante la inspiración y en el momento de la relajación de los citados músculos, solo por la elasticidad de estos cartílagos, el tórax vuelve a su posición inicial. Los cartílagos son tanto más flexibles y elásticos cuanto más joven es el sujeto. Con la edad tienden a osificarse, lo que explica la perdida de flexibilidad torácica y respiratoria de los ancianos. Este análisis mecánico permite entender la importancia de la unión de las costillas rígidas con el esternón móvil, mediante el sistema elástico de los cartílagos costales.
