Scoliosis, 2006; 1: 16-16 (más artículos en esta revista)

Biomecánica espinal crecimiento y la modulación progresiva la escoliosis los adolescentes - una prueba del «círculo vicioso» patogenético hipótesis: Resumen de un grupo de enfoque electrónico debate de la IBSE

BioMed Central
AF Ian Stokes (istokes@uvm.edu) [1], Geoffrey R Burwell (burwell@bun.com) [2], Peter H Dangerfield (spine92@liverpool.ac.uk) [3]
[1] Departamento de Ortopedia y Rehabilitación, Universidad de Vermont, Burlington, Vermont 05405, EE.UU.
[2] El Centro de Estudios espinal y Cirugía, Queen's Medical Centre, Nottingham, NG7 2UH, UK
[3] Sherrington Edificios, Ashton Street, Liverpool, L69 3GE, Reino Unido

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Resumen

No hay científicos generalmente aceptados de la teoría de las causas de la escoliosis idiopática del adolescente (AIS). Como parte de su misión de ampliar la comprensión de la escoliosis etiología, el Órgano Internacional Federados en escoliosis Etiología (IBSE) presenta el grupo de enfoque electrónico (EFG) como medio de aumentar el conocimiento sobre el debate de temas importantes. Esto ha sido designado como on-line Delphi debate. El texto de este debate ha sido escrito por el Dr Ian Stokes A. Se evalúa la hipótesis de que en escoliosis progresiva cuerpo vertebral wedging adolescentes durante el crecimiento de resultados muscular asimétrica de carga en un "círculo vicioso" (círculo vicioso de hipótesis patogenia) de cuerpo vertebral que afectan a placas de crecimiento (endplate physes). Un frontal plano matemático de simulación a prueba si la carga calculada asimetría creada por los músculos en una columna scoliotic podría explicar la tasa observada de la escoliosis aumento de medir el crecimiento vertebral alterado por la modulación de compresión. El modelo sólo se ocupa de las vertebrales (no de disco) wedging. Asume que un pre-existentes curva de escoliosis inicia la mecánica modulada alteración del cuerpo vertebral de crecimiento que, a su vez provoca el empeoramiento de la escoliosis, mientras que todo lo demás es anatómicamente y fisiológicamente "normales" Los resultados ofrecen datos cuantitativos de conformidad con el círculo vicioso hipótesis. Dr Stokes' biomecánicos investigación genera controversia. Un nuevo concepto especulativo se propone symphyseal vertebral de la displasia con implicaciones para el Dr Stokes' la investigación y la etiología de la AIS. Lo que no es controvertido es la necesidad de probar esta hipótesis utilizando factores adicionales a su actual modelo y en tres dimensiones modelos cuantitativos que incorporan los discos intervertebrales y simular torácica, así como la escoliosis lumbar. El proceso de modulación del crecimiento en el cuerpo vertebral puede verse como un tipo de fenómeno biológico de mechanotransduction. En algunos tejidos conjuntivos se trata de los efectos de la tensión mecánica en el metabolismo chondrocytic un posible objetivo de la novela intervención terapéutica.

Fondo

A falta de contabilidad generalmente aceptados teoría científica acerca de la etiología de la escoliosis idiopática, el tratamiento sigue siendo pragmático con una base científica incompleta. El Federados Internacional de Órgano en escoliosis Etiología (IBSE) [1] introdujo la electrónica Focus Group (EFG) como medio de aumentar el conocimiento de debate sobre temas importantes. El texto de este debate ha sido escrito por el Dr Ian Stokes que aborda el concepto de modulación mecánica de cuerpo vertebral del crecimiento en la patogénesis de la escoliosis progresiva adolescentes generalmente atribuidos a la Hueter-Volkmann o efecto Delpech [1 - 25] en el que constante patológica fuerte presión endochondral inhibe el crecimiento longitudinal, mientras que la reducción de compresión acelera el crecimiento [2 - 4]; presión ejercida extravagancia, causa un cambio activo en la dirección de crecimiento [2, 5 - 7]. Brace tratamiento se basa en este sentido a pesar de que la eficacia de ortesis sigue siendo debatido y cuestionado [26 - 39], mientras que los ejercicios no son ni siquiera considerados por muchos médicos. Directrices para el tratamiento conservador de la escoliosis de fisioterapia, rehabilitación intensiva y el tratamiento ortopédico se han publicado recientemente [37, 38]; en la medicina basada en evidencias [40, 41] corsés y ejercicios dio una calificación de la prueba C (nivel de evidencia IV ) [37] (es decir, los informes de las comisiones de expertos u opiniones y / o experiencia clínica de respetadas autoridades indicando que directamente aplicable estudios clínicos de buena calidad están ausentes). Dado que en general se reconoce que varios niveles de artrodesis de la columna vertebral no es un resultado deseable, en la actualidad existe un renovado interés en modificar vertebral del crecimiento de principios de las intervenciones quirúrgicas [42 - 44] incluidos los de grapado y, en niños pequeños, fusionless cirugía de la escoliosis [45 ], Que está siendo evaluado experimentalmente en animales [46 - 48].

La mecánica de la modulación del crecimiento vertebral en la presunta carga asimétrica columna con escoliosis fue descrito por Stokes como un "círculo vicioso" y han sido interpretadas por su círculo vicioso de hipótesis patogénesis [3, 4]. Roaf [10] ya había utilizado el término "círculo vicioso" para describir los efectos de la gravedad sobre vertebral torácica endplate physes en la enfermedad de Scheuermann cualquiera que sea la causa principal de que la deformidad. La implicación es que independiente de si la escoliosis es congénita, neuromuscular o idiopática, mecánico convertido en factores predominantes en relación con la iniciación de factores durante el rápido crecimiento de los adolescentes, cuando la curva de riesgo de progresión es mayor [49 - 51]. Aunque cualitativamente atractivo, la validez de esta tensión mecánica de crecimiento relación hipótesis aún no se ha demostrado. La prueba requiere información cuantitativa sobre el estado de carga de la columna vertebral con escoliosis, como consecuencia del crecimiento y alteraciones geométricas de todos los cambios que se tratan aquí.

La declaración de este EFG se extrae de estudios biomecánicos que el Dr Stokes ha llevado a cabo en los últimos años, relativa a un matemático de simulación de la hipótesis círculo vicioso de la patogénesis de la escoliosis adolescente. Un plano frontal modelo fue diseñado, porque se sabe muy poco sobre los detalles de cómo las cargas se transmiten a través de la columna vertebral en tres dimensiones. El modelo, con la participación geométricas recursivas / crecimiento análisis, si la prueba (1) calcula la carga de una asimetría creciente columna vertebral con escoliosis creado por una estrategia de activación neuromuscular, junto con (2) mide el crecimiento óseo alterado la sensibilidad a la compresión podría explicar (3) observó la tasa de progresión de la escoliosis durante el crecimiento del adolescente. El modelo asume que (1) un pre-existentes escoliosis curva de etiología desconocida inicia la modulación de alteración mecánica del crecimiento que a su vez provoca el empeoramiento de la escoliosis (2), todo lo demás es anatómicamente y fisiológicamente «normales», y (3) de carga sostenido más de una parte sustancial del día endochondral modula el crecimiento óseo, mientras que los transitorios de carga que no funciona. Las fuerzas debido a la activación muscular son generalmente de mayor magnitud que las fuerzas debido a superpuestas de peso corporal [52]. Las simulaciones recién emplear los datos disponibles sobre la magnitud de la carga asimétrica impuesta a la columna vertebral como una función de la curva de escoliosis, y de la consiguiente alteración mecánica vertebral del crecimiento. Los efectos de disco intervertebral wedging se incluyeron sólo indirectamente por el conocimiento previo de su relación con vertebral wedging. Los resultados son consistentes con la hipótesis círculo vicioso de la patogénesis es decir, que en progresiva la escoliosis idiopática del adolescente (AIS) frontal plano cuerpo vertebral wedging resultados durante el crecimiento de la carga asimétrica neuromuscular.

La investigación genera controversia, incluyendo:

1. ¿Los resultados son aplicables a los seres humanos que carecen de cuerpo vertebral osificada y epífisis se han "anillo" apófisis?

2. ¿Hay iniciar por separado (? Discal, vertebrales, costales o neuromusculares) y progresivo (mecánicos y no mecánicos) factores de AIS patogenia?

3. ¿Endplate physes vertebral normal cuando el crecimiento comienza la modulación?

4. Ya sea que los adolescentes sanos pueden generar espontáneamente asimétrica vertebral del crecimiento y deformidad inadecuado de las estrategias de activación neuromuscular.

5. ¿Las conclusiones se relacionen con el tratamiento? O bien, es la resurrección de programas de ejercicio para AIS un paso demasiado lejos?

6. ¿Por qué la carga asimétrica en la columna vertebral de la inclinación pélvica escoliosis no dar lugar a la curva de progresión?

7. ¿Circulación asimetría de ambas caderas causa del paso durante la escoliosis idiopática?

8. ¿Por qué sagital normal de las curvas de la columna vertebral no el progreso de frente-atrás vertebral de carga asimétrica?

9. Tal vez no los pacientes con graves tienen curvas, además de la hypokyphosis, un poco postero-lateral de carga asimétrica en endplate physes?

10. ¿Neurogénica torácica scolioses resultado de diferentes esquelético pathomechanisms que los que evocan torácica AIS?

11. En algunas condiciones, ¿por qué la curva de progresión se producen sin pruebas que sugieren que la causa es la carga asimétrica?

12. ¿La relativa sobrecrecimiento espinal anterior (RASO) y otros conceptos biológicos de la escoliosis estructural contribuir a la curva de progresión?

13. ¿El cuerpo vertebral wedging en progresivo lumbar AIS resultado de:

a) secundaria disfunción neuromuscular [este trabajo],

b) desequilibrio neuromuscular primaria [12, 19, 22, 53, 54],

c) en relación sobrecrecimiento espinal anterior (RASO), debido a --

i. primaria esquelético cambio [12, 55, 56] con desacoplado endochondral-membranoso la formación de hueso [55, 56], o

II. desacoplado neuro-crecimiento óseo entre el anterior columna vertebral y la médula espinal [57 - 60],

d) la calcificación del cartílago endplates [61, 62],

e) la reabsorción por los osteoclastos [63], o

f) osteopenia [64 - 67], posiblemente debido a maturational anomalías en la diferenciación celular - recientemente sugerido por el estudio de los canales de calcio isoformas en las membranas de las plaquetas y los osteoblastos de pacientes con AIS [68].

14. ¿Los métodos y las conclusiones de investigaciones recientes sobre mechanotransduction en el cartílago articular se relacionen con la placa de crecimiento vertebral chondrocytic fenotipo?

15. Es el adjetivo "vicioso" apropiado para el Dr Stokes' biomecánicos hipótesis de la patogénesis?

Un nuevo concepto especulativo se propone saber de displasia vertebral symphyseal con implicaciones para el Dr Stokes' la investigación y la etiología de la AIS. En él se explica la aparición de desarrollo de AIS en morfológicos, moleculares y biomecánicos términos y es complementaria a una vascular concepto de patogénesis [69 - 71]. Lo que no es controvertido es la necesidad de probar el Dr Stokes' hipótesis utilizando factores adicionales no sólo en el modelo actual, sino también en tres dimensiones modelos cuantitativos que incorporan los discos intervertebrales y simular torácica, así como la escoliosis lumbar. Un desafío urgente es ser capaz de distinguir los factores que predicen una curva si es progresivo o no.

El cuerpo vertebral crecimiento proceso de modulación es un tipo de fenómeno biológico de mechanotransduction [72 - 75]. A este fenómeno físico un solo parámetro - force - se convierte en una respuesta que es la base para un sinnúmero de procesos biológicos fundamentales sabe que existe en muchos tejidos incluidos los tejidos del esqueleto [76, 77], los músculos, tendones y ligamentos [78, 79 ]. Hay pruebas recientes de que las células de distintas regiones de los discos intervertebrales de ganado colas difieren en su mechanosensitivity tal como se desprende de la expresión génica [80]. La conclusión de que la matriz extracelular genes son cíclicos upregulated de mecánica cepa sugiere que estos genes son posibles blancos para la intervención terapéutica novela [81].

En suma, este EFG tiene como objetivo explorar lo que puede ser aprendido sobre la etiopatogenia de AIS de IBSE miembros debatiendo a través de e-mail Dr Stokes' biomecánicas la columna vertebral del crecimiento en los experimentos de modulación progresiva la escoliosis adolescente. Biomecánicos, biológicas y clínicas cuestiones se discuten, una novela hipótesis formuladas y las recientes investigaciones pertinentes sobre AIS etiopatogenia se considera.

Declaración de la Dra Stokes
Cuantitativas de simulación de hipótesis círculo vicioso de la curva de progresión de la escoliosis

En el círculo vicioso hipótesis se propone que la curvatura lateral de la columna vertebral produce la carga asimétrica de la columna vertebral skeletally inmaduros, lo que a su vez provoca el crecimiento asimétrico y, por tanto, wedging deformidad progresiva. Ambos discal y vertebral wedging contribuir a una curvatura de la escoliosis. La contribución relativa de estas dos estructuras no están bien definidos. Ambos contribuyen al parecer, aproximadamente igual a la curvatura espinal lateral [82], pero su mecanismo de crecimiento es diferente. En un estudio retrospectivo transversal, el examen de tres dimensiones reconstrucciones de stereoradiographs de 208 adolescentes con escoliosis idiopática [83], la longitud total de la columna vertebral, y las contribuciones relativas de vértebras y el disco de la columna vertebral de longitud se registró (Figura 1]. La columna vertebral del crecimiento se debió al parecer casi en su totalidad a vertebral del crecimiento en los adolescentes esta fase de crecimiento, con un mínimo de si cualquier incremento en el disco alturas.

Humanos vértebras crecer longitudinalmente por la osificación del cuerpo vertebral cartílagos de crecimiento (endplate physes) similares a los huesos largos, pero que carecen de osificada epífisis que no sea el "anillo" apófisis. El endplate physes junto a los discos generar el crecimiento longitudinal, mientras que las vértebras aumento en el diámetro de appositional crecimiento [84, 85]. Axial de compresión reduce el crecimiento axial, al parecer, a través de una combinación de un número reducido de la proliferación de condrocitos y la reducción de chondrocytic ampliación en la zona hipertrófica [86]. Biomecánico influye en el modelado y postnatal, la remodelación de los discos intervertebrales no se han descrito, pero los mecanismos subyacentes son probablemente muy diferentes de los de las vértebras. Wedging de discos en la escoliosis puede implicar asimétrica de tejidos o remodelación selectiva lado cóncavo degeneración [87].

Esta Declaración se presenta un análisis de simulación de la evolución de una escoliosis curvatura, sobre la base de la hipótesis de círculo vicioso, y utilizando el publicado estimaciones cuantitativas de las variables clave en este mecanismo propuesto de la curva de progresión.

Métodos
Carga de la columna lumbar con la escoliosis

La magnitud del nivel específico de la columna vertebral de carga asimetría se calcula para un período de tres dimensiones espinal geometría con diferentes magnitudes de la escoliosis, en el supuesto plausible fisiológicamente estrategias de activación neuromuscular [88]. La estrategia que minimiza la suma de cubed destaca músculo (fisiológicamente una estrategia eficaz en términos de la utilización de la energía) se comparó con las estrategias que igualar o revertir la asimetría de carga en la curva el ápice. La presunción de estrategias se necesitan para resolver la 'redundancia' problema (más que los músculos espinales grados de libertad) en estos análisis biomecánico. Activación muscular espinal y la carga se calcularon para diferentes tareas estática, representada por diferentes magnitudes y direcciones de una fuerza externa o momento generado por el modelo persona. Estas fuerzas externas vigor seis direcciones en el 50% y el 75% de la correspondiente máximo esfuerzo, y cinco direcciones momento (omitiendo derecho rotación axial) [88].

De carga modulada crecimiento de las vértebras

Vertebral y tibia placa de crecimiento sostenido respuesta a la compresión se midió en tres diferentes especies animales con -0,1 MPa (distracción), 0 MPa (simulado), 0,1 o 0,2 MPa (compresión) de estrés sostenido la compresión aplicada a través de cada placa de crecimiento. Las tensiones se debieron a las fuerzas aplicadas por un aparato externo adjunta a la pins pasado por la diáfisis y epiphysis. [86, 89].

Espinal de crecimiento y simulación del ciclo vicioso

La columna vertebral del crecimiento en cada uno de los años adolescentes de 10 a 16 se calculó a partir de una curva de crecimiento generada a partir de mediciones de longitud de la columna vertebral obtenidos a partir de stereoradiographic estudios de 208 pacientes adolescentes con escoliosis [83, 90]. La geometría se basa en un promedio de stereoradiographic estudios de 15 pacientes con un ángulo de Cobb thoracolumbar en el rango de 27-43 grados en las simulaciones de crecimiento, la geometría inicial de la columna vertebral en dos dimensiones se definió por una escoliosis lumbar 26 grados de ángulo de Cobb, y un promedio de escala de los 15 pacientes radiografías [88]. Las estimaciones de nivel específico de la columna vertebral asimetría de carga, junto con la relación que expresa el crecimiento de sensibilidad a la carga se incluyeron en un análisis que se utilizó para calcular la tensión de distribución a través de cada endplate vertebral, y el consiguiente crecimiento asimétrico vertebral. La contribución de la alteración del crecimiento a la progresión de una escoliosis curvatura se calcula entonces. Este crecimiento de la columna vertebral de simulación se realizó para cada uno de los aspectos positivos y negativos principal fuerza y direcciones momento para que la columna vertebral de carga estimaciones se han realizado [88], y el 50% y el 75% del máximo esfuerzo, a su vez. La dirección vertical de carga corresponde a la columna vertebral el modelo resistir las fuerzas de gravedad. Dos factores adicionales que se tuvieron en cuenta: En primer lugar, desde el disco wedging contribuye aproximadamente la mitad de la curvatura lateral, el aumento de curvatura se consideró el doble debido a los aumentos vertebral wedging. Sin embargo, en el supuesto de que una persona sólo se carga la columna vertebral a la simulación de niveles de esfuerzo para la mitad del período de 24 horas, predijo la progresión de tiempo completo de carga se redujo a la mitad, ya que se ha comprobado que la carga diurna (12 horas de carga / día) produjo aproximadamente la mitad del crecimiento del efecto de modulación, relativa a tiempo completo de carga [86].

Resultados
Espinal asimetría de carga

Espinal asimetría de carga depende de la estrategia de activación neuromuscular. En la estrategia que se considera más fisiológica [91], la suma de los cubed músculo se hace hincapié en reducir al mínimo. En este caso la columna se cargó más a su lado cóncavo en la curva el ápice en la mayoría de las actividades (las direcciones de carga externa) [88]. Sin embargo, si utiliza los análisis de carga mínima de la columna vertebral como la asimetría de los costos función ', entonces la columna vertebral de carga simétrica se podría conseguir, pero con un aumento sustancial en el coste de la energía fisiológica. Este hallazgo sugiere que diferentes personas pueden adoptar diferentes estrategias de activación neuromuscular, con consecuencias para la columna vertebral de carga que podrían explicar por qué algunas personas tienen más progresiva la escoliosis las curvas que otros.

El estrés modulada crecimiento en vértebras y tibiae

Las tasas de crecimiento cargados axialmente en placas de crecimiento (cola vértebras y proximal tibiae) resultaron ser modulada relativamente uniforme (independiente de la ubicación anatómica) y proporcional a la magnitud de estrés. El crecimiento, por lo tanto, los datos fueron expresados en una fórmula lineal de crecimiento G como una función de compresión σ estrés, por lo tanto:

G = G m (1 - β (σ σ-m))

donde β = 1,87 MPa -1 es la constante determinada empíricamente a partir de análisis de regresión de los datos experimentales. (El subíndice m indica que se trata de «referencia» el crecimiento y el estrés fisiológico de la columna vertebral sin escoliosis).

La curva de progresión de la escoliosis - círculo vicioso de simulación

La progresión de la escoliosis fue predicho por el modelo analítico en 7 de 11 casos de carga en el 50% del máximo esfuerzo y 10 de 11 casos de carga el 75% de los mayores esfuerzos. Los cambios en la forma espinal fueron promediados a lo largo de los 11 casos de carga, suponiendo que la actividad diaria consiste en una cantidad igual de tiempo dedicado a cada actividad (Figura 2]. Entonces, para la columna vertebral con una inicial de 26 grados Cobb escoliosis, predijo el final de la curva de la columna vertebral lumbar magnitud fue de 34 grados Cobb a la edad de 16 años, cuando los esfuerzos que producen la columna vertebral de carga fueron en el 50% del máximo esfuerzo, y que fue de 42 grados de ángulo de Cobb cuando los esfuerzos fueron en el 75% del máximo.

Ilustrativo de carga escenario

Por un solo nivel anatómico en la curva de escoliosis ápice, la fuerza de compresión es 1010 N, lateralmente compensar 2 mm del centro vertebral. Los asociados se calculan destaca como 1,3 MPa (lado cóncavo) y 0,7 MPa (lado convexo). Con β = 1,87 MPa -1, la columna vertebral de crecimiento anual del 3% produciría un crecimiento de 30 mm de altura de la vértebra de 0,5 mm en el lado cóncavo y 1,3 mm en la parte convexa, lo que supone un incremento de la deformidad angular de 1,15 grados para una vértebra que tengan una anchura de 40 mm. Desde la vértebra apical aporta aproximadamente el 17% del ángulo de Cobb, esto implica un incremento anual en el ángulo de Cobb de 6,7 grados.

Conclusión

Las simulaciones indican que un componente esencial en la progresión de la escoliosis durante la adolescencia el crecimiento es biomecánicamente mediada. Es posible que se disponga de programas de rehabilitación muscular puede alterar la columna vertebral que prevalece la carga, desde el análisis de la fuerza muscular [88] indican que la activación neuromuscular diferentes estrategias son posibles, con diferentes probabilidades de la columna vertebral de carga asimétrica. Para evitar el tratamiento innecesario de la no-progresivo curvas, un medio de identificación progresiva curvas en una etapa temprana es necesario.

Declaraciones generales
Comentario no. 1

Desde hace mucho tiempo he sido un defensor del asimétrica cargas mecánicas ser un factor en el desarrollo anormal de deformidad espinal y me complace ver la teoría dirigida a una manera convincente.

Comentario no. 2

Dr Stokes ha desarrollado un sólido argumento en favor de mecánica asimetría como un auto-dirigida vigor de la desviación. Él hace una cuestión de estrategias neuromusculares que afectan a la producción asimétrica, pero el potencial de resultados independientes de las estrategias utilizadas deben ser considerados [Moderador véase el comentario no. 42].

Comentario no. 3

Estos datos comprenden un posible avance que la escoliosis puede colocar el diagnóstico y el tratamiento, largo basado en la observación empírica y conjeturas, sobre una base científica sólida.

Comentario no. 4

Este estudio proporciona una nueva herramienta cuantitativa para la creación progresiva y no progresiva de los primeros modelos de curvas de crecimiento en las personas y para el diseño de nuevos tratamientos.

Comentario no. 5

Doy las gracias al Dr Stokes para este EFG y en publicaciones anteriores proporcionar mucho conocimiento en biomecánica espinal y la modulación del crecimiento vertebral wedging cómo se puede desarrollar a través del mecanismo de círculo vicioso. Dr Stokes «descripción del mecanismo biomecánico de la modulación de la progresión de la escoliosis durante la adolescencia el crecimiento es totalmente coherente con nuestras observaciones en 3D postural scoliotic desequilibrar a los pacientes a menudo asociados con la longitud de miembros inferiores y discrepancia CNS deficiencia de control de motores. Es muy estimulante el trabajo que me ayuda a comprender los fenómenos que estamos grabación [92].

Comentario no. 6

El estudio aunque excelente en sí misma habrá que esperar el esclarecimiento de la etiología y la historia natural. Ojalá pudiera ser más positiva, pero seguimos a correr alrededor del mismo círculo (un círculo vicioso de hecho) de "columna vertebral recta adquiere patológicas resultantes postura en secundaria remodelación", sin ningún tipo de solución, y estoy cansado de él. ¿Puedo ser el único que piensa que es hora de reevaluar nuestras suposiciones básicas? [Moderador ver Introducción, la controversia y el tema 13 Comentario no.42].

Aplicabilidad de las conclusiones a los seres humanos?
Comentario no. 7

El hecho de que es posible simular la deformidad espinal en pequeños animales de diversas técnicas no demuestra que esto es lo que ocurre en niños, o incluso cada vez que los niños son lo suficientemente similares a las ratas o perros beagle para la comparación a ser entretenido. Puede ser así, pero es un gran supuesto. Las simulaciones son impresionantes y yo no culpa a todos ellos, pero no demuestran nada. Ellos calcular la carga asimétrica en una columna, por supuesto que esto provoca la progresión, y encontrar que es así. Se trata de un elegante pero argumento circular.

Comentario no. 8

Dr Stokes escribe: "Las simulaciones indican que un componente esencial en la progresión de la escoliosis durante la adolescencia el crecimiento es biomecánicamente mediada." Artificialmente creado casi simétrica cargas inmaduros en la cola y las vértebras tibiae de los animales fueron estática sostenida con la supresión de la carga de compresión de crecimiento lineal más de carga intermitente. Estas placas de crecimiento de los animales han epífisis humanos a diferencia de cuerpos vertebrales que carecen de la epífisis y han "anillo" apófisis [4, 12, 85, 95, 96]. ¿Esos datos sobre el crecimiento lineal inducida por el deterioro en los animales deben aplicarse con confianza a las distintas cargas repetitivas excéntrico en inmaduros deformantes humanos vértebras lumbares creado durante las actividades diurnas?

La hipótesis y los efectos secundarios
Comentario no. 9

Este estudio depende de la hipótesis de que la iniciación de los factores puede ser distinguido de manera significativa los factores de progresión, y que estas últimas son mecánicos [Moderador ver Refs. [19, 22]]. No hay pruebas de ello, a pesar de que puede ser correcta. La prueba de simulación si "calcula la carga creada por la asimetría de los músculos en una columna con escoliosis podría explicar la tasa observada de la escoliosis". Enneking y Harrington [98] claramente la esperanza de encontrar evidencia de la asimetría de carga (lo llamaron una "atractiva la especulación") pero no lo encuentras en los procesos articulares inferiores de las vértebras apical extirpadas durante la cirugía.

Comentario no. 10

Creo que el Dr Stokes investigación muy interesante porque se refiere a la patogénesis de la biomecánica escoliosis idiopática que ha sido la base de mi tratamiento para la escoliosis desde 1995 [99 - 102]. Multinivel artrodesis no es fisiológico y ejercicios de rehabilitación hizo la escoliosis peor. Recientemente he explicado la etiología biomecánico, rehabilitación nuevo el tratamiento y la profilaxis de la llamada escoliosis idiopática [101, 102].

Avión de deformidad - 2D método y la necesidad de un modelo 3D
Comentario no. 11

Dr Stokes' estudio se refiere a la traducción vertebral únicamente en el plano frontal. Hay pruebas de que la curva de inicio scoliosisis en 3-D, y que se inicia y se desarrolla simultáneamente en los tres planos cardinales [103].

Comentario no. 12

A pesar de que la simulación es la que subyace en 2D biomecánico proceso de modulación puede actuar de manera similar en 3D. I exhortDr Stokes para expandir su modelo a 3D.

Simulación de escoliosis lumbar
Comentario no. 13 - primaria y secundaria curvas

Es la deformidad de la columna lumbar estudiado por el Dr Stokes considerado como una curva de escoliosis primaria? Si es así ¿cuál es la definición de la enseñanza primaria y secundaria curvas fromanatomo-patológico y biomecánico - no clínicos - los puntos de vista?

Comentario no. 14 - aplicable a las curvas torácica?

Los resultados se basan en cálculos relativos a la anatomía de la columna lumbar que es libre de apoyar a otros que por las estructuras elásticas. ¿Son las conclusiones válidas para la columna vertebral torácica? La columna vertebral torácica lateralmente con el apoyo de ribcage anterior y de esternón y de la presión intra-torácica órganos [Moderador ver Refs. [52, 105 - 108]].

Pandeo, carga axial, la gravedad y la fuerza de la columna vertebral del crecimiento
Comentario no. 15

Millner y Dickson [17] afirman que para una deformidad progresiva que se produzca un proceso de pandeo resultantes de los factores biológicos en la columna vertebral del crecimiento que se necesita [Moderador ver Ref. [109]]. ¿Dr Stokes suscribirse a la noción de tales "la columna vertebral pandeo '?

Comentario no. 16

¿Está de carga axial de compresión la única fuerza que causa el 3-D de la traducción vertebral de las unidades de disco del segmento apical y, por tanto, determinar la progresión o no de la curva?

Comentario no. 17

Kawabata et al [111] en un estudio matemático a prueba la hipótesis de que cuando algunos cuerpos vertebrales y discos superan sus tejidos blandos circundantes, tales como los ligamentos y la duramadre, una no-fisiológicas de crecimiento se crea la fuerza que actúa para limitar, pandeo más fácilmente cuando la crecimiento de la fuerza fue localizado de T9-L1. Sugirió la inmovilización de la columna vertebral del crecimiento posterior de las estructuras musculoesqueléticas es un ejemplo de la acción de un supuesto crecimiento de la fuerza espinal alterando la geometría [112]. ¿Ha considerado el Dr Stokes fuerzas mecánicas creadas por el crecimiento lineal de endplate physes?

Estrategias de activación muscular
Comentario no. 18

Dr Stokes indica que "... los diferentes individuos pueden adoptar diferentes estrategias de activación muscular", con consecuencias para la columna vertebral de carga que podrían explicar por qué algunas personas tienen más progresiva la escoliosis las curvas que otros. "¿Hay alguna prueba para el concepto de que el músculo estrategias de activación puede crear la columna vertebral de carga mínima asimetría en menor lumbar idiopática curvas? ¿No es más probable que el 'músculo estrategias de activación "son la expresión de la disfunción neuromuscular se detectan como el principal pathomechanism de AIS?

Comentario no. 19

¿Estamos realmente convencidos de que a los adolescentes sanos espontáneamente generar crecimiento asimétrico y deformidad de estrategias inadecuadas muscular?

Comentario no. 20

No puedo estar de acuerdo en que la escoliosis es el resultado de la columna vertebral de carga asimetría dependiendo de las estrategias de activación muscular. En mi opinión, la asimetría en el desarrollo y el crecimiento de la columna vertebral y, posteriormente, la escoliosis es causada por el movimiento asimetría de ambas caderas durante andar y debido a la costumbre de pie en la pierna derecha [99 - 102]. En primer lugar no hay "diferentes estrategias de activación muscular", pero estos pueden ocurrir más tarde. Por supuesto, la curva de vértice es el más activo en el desarrollo de la escoliosis debido a que la mayor deformación fuerzas de reaccionar aquí.

Tratamiento
Comentario no. 21

Dr Stokes pone de manifiesto la importancia de la acción neuromuscular en el crecimiento óseo proceso de modulación para que subyacen tanto las funciones de la fuerza muscular y CNS estrategias de control de motor como a menudo se alega en el tratamiento conservador.

Comentario no. 22

La hipótesis de la simulación explica los resultados que estamos registrar y documentar a nuestro centro de rehabilitación cuando desequilibrada postura se corrige en scoliotic pacientes. La escoliosis curva de progresión o deja retrae después de la aplicación de 1) un aumento para compensar la longitud estructural pierna discrepancia [Moderador ver Ref. [114]], y 2) el tratamiento conservador para estimular la igualdad de columna vertebral y los músculos del tronco de activación con el control en ambos frontal y sagital planos [115].

Comentario no. 23

La conclusión de que ahora debemos resucitar programas de ejercicio y tratamiento ortopédico de la escoliosis idiopática del adolescente es un paso demasiado lejos [Moderador ver Refs. [32 - 38, 119]]. Ellos sólo parecen funcionar cuando se aplica a grupos de predominantemente post-puberal con los adolescentes no progresiva la escoliosis. Si descarga la columna vertebral no beneficia a los jóvenes, tratados quirúrgicamente de aparición temprana escoliosis, la columna vertebral que es, sin duda, "descargadas", ¿por qué debería suponer que lo hará más tarde y menos robusto de medios?

Comentario no. 24

¿Qué músculo adecuados programas de rehabilitación podría alterar la columna vertebral de carga que prevalece?

Comentario no. 25

Aunque el autor ha resumido varias implicaciones clínicas de sus datos, ¿cómo pueden los resultados ser utilizados para dirigir criterios clínicos para revertir la columna vertebral curvaturas en las primeras etapas y / o prevenir la progresión?

Comentario no. 26

El círculo vicioso modelo se aplica por igual a todas las etiologías de la escoliosis. Dr Stokes ha hecho el puente de trabajo con los animales y controlaron de forma cruzada en los seres humanos y desarrollar sistemas que puedan ser tenidas en el laboratorio para hacer la biología molecular a lo que ocurre en los celulares y de tejidos. Su modelo ofrece un contexto para la generación molecular y genómica predicciones, y por lo tanto, para salvar clínica y ciencias básicas de manera significativa. Los esfuerzos por definir la forma mecánica de carga causas curva de progresión están actualmente justificados. El mecanismo molecular podría ser diferente en diferentes temas con la escoliosis. El tratamiento puede ser posible para bloquear la respuesta celular vertebral de cargar [Moderador véase el comentario no. 43 de la Moderadora comentario].

Leg longitud de la desigualdad y la inclinación pélvica, escoliosis
Comentario no. 27

Structural leg length inequality of 2 cm or more is frequently observed as pelvic tilt scoliosis in adolescents attending scoliosis clinics [ 116 - 118 , 120 , 121 ]. The associated lumbar curves are compensatory and non-progressive with minimal structural features [ 122 ]. The inevitable asymmetric loading on the spine does not usually lead to curve progression. Why not? What are the loads so created? Could it be that in progressive lumbar AIS a genetic vulnerability of lumbar endplate physes to eccentric loading is a pre-requisite for curve progression? [Moderator see Comments no. 41 & 42].

Comment no. 28

Taking into account Dr Stokes' studies of modulation of both vertebrae and tibial growth it seems likely that lower limb bones are also affected by loading-compression modulation.

Vertebral body slenderness and non-standard vertebral rotation
Comment no. 29 – vertebral body shape

A gender difference for normal vertebral body shape (height-width indices) [ 123 , 124 ] and spine slenderness [ 125 ] supports a role for spinal slenderness in progressive AIS [ 17 , 22 , 125 , 126 ] where females predominate and less so in curve initiation where the female-to-male prevalence is similar. When curves are greater than 30 degrees progression may be similar in boys and girls [ 127 ]. Has spinal slenderness been evaluated in Dr Stokes' model? How does Dr Stokes explain the female susceptibility to curve progression in AIS?

Comment no. 30 – non-standard vertebral rotation

How does Dr Stokes account for non-standard vertebral rotation in lumbar and thoracic adolescent idiopathic scoliosis? [ 128 , 129 ].

Sagittal curves and vertebral loading
Comment no. 31

What is the role of mechanical forces in determining the sagittal curvatures of the normal spine? [Moderator see Ref. [ 52 ]]. In the normal sagittal alignment, slight anterior thoracic vertebral wedging is accepted as 'normal'. Surely there must be asymmetric forces acting across the sagittal plane of the endplate physes throughout the normal thoracic and lumbar spine in everyday life? In the normal thoracic kyphosis the center of gravity is anterior to the vertebral axis at the midthoracic location where the most common motion is into flexion. Carrying any weight adds asymmetric loads across the sagittal plane of the spine. Since the normal kyphosis is usually stable, how are these facts explained by the mechanical load theory in causing frontal plane spinal deformities?

Comment no. 32

With stereoradiographs it might be possible to determine the plane of maximum deformity by curve magnitude and location of the smallest height of concave apical vertebrae. If the point of maximum loading does not occur in the true frontal plane on the right or left side there may be a protective effect from the normal kyphosis with the curve looking less severe on the anteroposterior radiograph.

Hypokyphosis and lateral vertebral loading
Comment no. 33

In my clinical experience the most aggressive curves in severity and rate of change are those with hypokyphosis . While I understand the growth theories of Dickson, Roaf and Somerville [ 11 , 17 , 130 ] might not such patients have a more truly lateral, or slightly postero-lateral, asymmetrical load on the endplate physes that gives a more dramatic and true plane of maximum curvature on the anteroposterior radiograph?

Do neurogenic thoracic scolioses result from different skeletal pathomechanisms?
Comment no. 34

Davids et al [ 131 ] write: "Thoracic apical segment lordosis ...has been identified as the central feature of the pathophysiology and pathomechanics of the progressive deformity associated with adolescent idiopathic scoliosis." [ 17 ]. Yet in presumed AIS they found that the most valuable single MRI indicator for abnormal central nervous system findings was the absence of a thoracic apical segment lordosis [ 131 ].

Questions:

a) May neurogenic thoracic scolioses initiate different skeletal pathomechanisms from those that evoke thoracic AIS?

b) Does the vicious cycle hypothesis of pathogenesis apply whether the curve is idiopathic or neurogenic?

Curve progression without evident asymmetric loading
Comment no. 35

In some conditions curve progression occurs without evidence to suggest that the cause is asymmetric loading:

a) In the child with Prader-Willi syndrome under good weight control with a mild scoliosis who, because of predicted short stature, receives growth hormone and the growth velocity suddenly increases at an age not normally expected and the curve rapidly increases. Is previous vertebral growth-plate damage being unmasked by the increased growth?

b) In cardiac transplant patients with a moderate scoliosis but poor nutritional status pre-transplant who characteristically have a sudden increase in their scoliosis post-transplant when they are nutritionally improved and physically more active.

I don't know if asymmetric forces within vertebrae are involved in these two examples. Basic questions are: How much might be mechanical forces? How much might be genetically pre-programmed growth-plate cartilage? Or, an interaction between the two? So many questions! Such a 'vicious cycle' !

Relative anterior spinal overgrowth ( RASO ) phenomenon
Comment no. 36

Dr Stokes does not mention the RASO phenomenon for progressive AIS. Anatomical studies have established that in structural scoliosis the anterior vertebral components are longer than the posterior elements [ 10 , 17 , 21 , 24 , 55 , 56 , 59 ]. This spinal growth disproportion is interpreted as resulting from relative relative anterior spinal overgrowth ( RASO ) arising from endplate physeal activity from unknown causes, primary or secondary. According to the RASO concept the initiation and some of the progression of structural scoliosis is growth-induced with an unquantified role for mechanical factors with vertebral modeling occurring in accordance with the effects of Hueter-Volkmann and Wolff [ 2 , 132 - 134 ]. Goldberg et al [ 31 ] question the mechanical modulation concept of scoliosis curve progression.

Questions

a) Does Dr Stokes distinguish initiating and progressive factors in the causation of adolescent idiopathic scoliosis?

b) What creates the relative anterior spinal lengthening of structural scoliosis in the 'vicious cycle' hypothesis?

c) In idiopathic scoliosis how much progression is biologic ( ie RASO ) and how much is mechanical?

d) May the proportion of biologic to mechanical factors contributing to curve progression differ not only by curve severity but also by curve type?

Comment no. 37

The response to Comment no. 36 raises questions relating to the pathomechanisms that initiate a) the focal 3-D vertebral translation of AIS [ 103 ] – more often in adolescent females, and b) the kyphoses of Scheuermann' disease [ 135 ] – more common in males with its relative posterior spinal overgrowth (RPSO) combined with scoliosis in a few cases. I see an initiating ribcage asymmetry mechanism at work in a) and in the scolioses of b)[ 1 ].

Some other biologic concepts of curve progression
Comment no. 38 – vertebral resorption by osteoclasts?

Is asymmetrical growth at the scoliotic curve apex the only explanation for the concave vertebral wedging? In general the more severe the curvature the more the wedging. But in some very severe scolioses the concave height is shorter than expected given the age of the subject. This raises the question: is some of the wedging due to bone resorption by osteoclasts? Is there data to test whether loads not only reduce cartilaginous growth but also generate osseous remodeling? That may be Wolfish thinking but there is some data emerging in patients with solid congenital concave bars being distracted with Vertical Titanium Prosthetic Ribs [ 137 ] of an increase in length of the bar suggesting remodeling with longitudinal growth [Moderator see Ref. [ 63 ]].

Comment no. 39 – chronic cumulative effect of repetitive stresses?

Stehbens [ 138 ] attributes the mechanical mechanism of curve progression to the chronic cumulative effect of repetitive stresses applied asymmetrically to the spinal postural deformity. This hypothesis implies that the biological mechanism may involve stress stress-activated protein kinases (SAPKs) released in endplate physes. SAPKs are important regulators of a variety of repetitive loadings including tendons. They are evaluated by measuring c-Jun N-terminal kinase (JNK) activation [ 139 ] a signaling event in oxidative-stress-mediated cell death protected, or modulated by the selenium-containing antioxidant enzyme glutathione peroxidase [ 140 ]. Such stress-activation appears to be mediated through a calcium-dependent mechanotransduction pathway needing growth factors for mitogenesis [ 79 ]. Will Dr Stokes please comment on this repetitive disorder hypothesis.

Comment no. 40 – platelet/skeletal hypothesis

Emanating from the findings of Lowe et al [ 142 , 143 ] a recent hypothesis suggests that platelets activated in deforming immature vertebrae release growth factors that abet hormonal and mechanical factors to stimulate relative anterior spinal overgrowth and promote curve progression [ 96 , 144 ]. Will Dr Stokes please comment on this hypothesis?

Vertebral body growth – genetic and mechanical factors
Comment no. 41

Ganey and Ogden [ 85 ] conclude that vertebral body growth relies not only on genetic factors but also responds to epigenetic factors including muscle tone, upright posture and activity. Vertebral body height in the mid-sagittal plane may be primarily genetically determined and relatively unaffected by mechanical factors associated with weight-bearing in the erect posture. In contrast, latitudinal and peripheral vertebral growth are more dependent on weight-bearing in the upright posture [ 145 ]. Ganey and Ogden suggest that the differential growth response of the peripheral versus the central portions of endplate physes of the spinal symphyses [ 146 ] may be a factor in the eccentric growth pattern that leads to the development and progression of structural scoliosis [Moderator This concept is developed by others in Comment no. 42].

Vertebral symphyseal growth, type IX collagen and dysplasia
Comment no. 42

Critical attention is required of:

1. The lack of an ossified epiphysis in human vertebral bodies [ 95 ], and

2. The vulnerable time for AIS curve initiation and progression is the period of spinal growth between closure of the neurocentral synchondroses at 6–7 years [ 148 ] and appearance of the ossified "ring" apophyses (11–14 years [ 85 ])

We attempt here to interpret such developmental features of the normal spine in relation to both the mechanically-induced matrix modeling of progressive AIS reported on by Dr Stokes and new discoveries of collagen structure. Theoretical analysis of the evidence leads us to the view that type IX collagen in disc tissues may have significance for the development of progressive AIS. In laboratory evaluations some disc tissues may have included vertebral endplate physis. The detection of defects in such matrices would be incendiary to the mechanical loading hypothesis of idiopathic scoliosis.

Putative dysplasia at the vertebral-disc interface under load . We speculate that after the closure of neurocentral synchondrosis the vulnerability to AIS relates to: (1) peripheral annular insertions remodeling from genetic causes as a dysplastic phenotype; and (2) increasing loads with increasing vertebral size (Figure 3 ). In particular, a dysplastic vertebral-disc interface pre-empts normal turnover, accentuates shear dynamics at the annular-vertebral body interface and modifies discal properties.

The evidence for this novel concept includes:

1. The neurosynchondroses being bipolar contribute to both vertebral body and arch until the reserve zone cartilage is fully utilized (Figure 3 ). Each cartilaginous physis leaves sclerotic bone as a scar much the same as in a long bone [ 85 ], while the annular component of the disc shows remnants of a "biomechanical "wake interface between lamellae. The term "biomechanical wake" refers to the progressive transition of tissue and annular attachment that occurs in concert with the radial expansion of the vertebrae and disc. As the centrum and posterior arches have separate embryonic origins it is possible that the neurosynchondroses are of dual composition. To our knowledge there are no data to demonstrate regional mutational composition in a structure derived from two ontogenetic sources [Moderator see Ref. [ 149 ]].

2. Disc height does not change appreciably during growth (Figure 1 ). The increase of disc cross-sectional area is presumably derived from vertebral appositional growth with both central and peripheral areas of the disc subjected to increasing loads (Figure 3 ). The central annular insertions interface with the reserve zone cartilage of endplate physes while the more lateral annular insertions interface peripherally with the apophyseal "rings" – at first uncalcified, then calcified and later ossified [ 85 ] [Moderator see Ref. [ 95 ], Figure 1-A ].

3. The mechanical strains from increasing loads with increasing vertebral body size will differ for central and peripheral annulus, dependent on anatomy that are likely to affect modeling and remodeling. In the rapidly growing adolescent years, peripheral annular tissues may be more susceptible to mechanical imbalance; that is the potential for anomaly increases during the expansion of the vertebral body particularly when loading is altered by deformity and posture.

4. The genetics of disc degeneration demonstrates the linkage of type IX collagen defects with its propensity to stabilize a collagen fibril network [ 150 ].

5. Type IX tryptophan Trp2 allele is associated with a predilection to disc degeneration including an increased prevalence of radial tears [ 151 , 152 ].

6. Knockout mice phenotypes for type IX collagen genes develop arthritic morphology that is sensitized to mechanical loading rather than overtly to matrix assembly [ 153 - 155 ]. An incidental anatomic characteristic of these mice is lack of ossified vertebral epiphyses [ 154 ].

7. Type IX collagen in humans differs in structure between the spine and articular cartilage, in particular by lacking the non-collagenous NC4 domain [ 156 ]. In articular cartilage this domain is critical and binds competitively to cartilage oligomeric matrix protein (COMP) , a protein that in aberrance affects matrix assembly [ 157 - 159 ].

8. Mutations in genes encoding for type IX collagen and COMP result in two related human bone dysplasias (pseudoachondroplasia and multiple epiphyseal dysplasia) each with early development of arthritis [ 160 , 161 ].

Mechanotransduction in articular cartilage, vertebral growth plates and other tissues and organs
Comment no. 43

Mechanotransduction is the process by which cells convert mechanical energy into electrical or chemical signals [ 72 , 73 , 75 ]. It lies within the field of mechanobiology that in the skeleton includes the three effects of Hueter-Volkmann, Pauwels and Wolff [ 85 , 132 - 134 ]. (The Pauwels' effect is where intermittent pressure within the limits of physiological stress and strain stimulates the growth plates of a healthy bone [ 2 , 7 ]). In addition to studies on the intervertebral disc [ 162 , 163 ] there is much recent study of articular cartilage as efforts expand to discover disease-modifying drugs to treat or prevent osteoarthritis [ 164 - 167 ]. According to Ingber [ 73 ] mechanical signals may be integrated with other environmental signals – including growth factors and extracellular matrix – and transduced into a biochemical response through force-dependent changes in scaffold geometry or molecular mechanics. Stoltz [ 168 ] states that in chondrocytes many genes are regulated up and down by mechanical forces and the response depends not only on the duration and amplitude of the forces, but also on their variations in time. Lammi [ 169 ] reviewing articular cartilage states that possible mechanotransduction pathways in chondrocytes activated by load include the integrin-interleukin-4 route, NMDA receptors, and P2Y2 purinoceptors the latter involving ATP [ 170 ]. If such load-sensitive receptors are present in chondrocytes of endplate physes variation in gene expression by age, gender and topography may underlie the vulnerability to curve progression under eccentric load. There is preliminary work evaluating the effect of mechanical loads on mRNA expression of rat tibial growth plate cells [ 20 ]. Are any of the current methods now being used to study articular cartilage mechanotransduction being applied to endplates?

Is the adjective 'vicious' appropriate?
Comment no. 44

Curve progression is usually not 'vicious' in that most small curves of 20 degrees or less revealed by school screening stabilize and are benign and may even resolve. In accordance with the concept of Asher and Burton [ 183 ] might not a better description be " the growth-induced torsion (and counter-torsion) concept&quot concept" [ 22 ] implying that growth is the major factor but allowing a place for its modulation by mechanical forces through ill-understood biologic mechanisms? [ 20 ].

Prognosis
Comment no. 45

While variables that predict whether curves are progressive or non-progressive have been examined clinically in relation to prognosis with some success [ 26 , 27 , 65 , 127 , 185 - 189 ] the biologic mechanisms that determine progression, stabilization, or resolution of AIS curves are unknown and deserve more study [ 18 , 20 ] [Moderator see Refs. [ 68 , 174 - 178 ]].

Agradecimientos

This paper provides an edited summary of the fourth electronic focus group (EFG) of the International Federated Body on Scoliosis Etiology (IBSE). It contains the research of Dr Ian A Stokes on biomechanical spinal growth modulation and progressive adolescent scoliosis that was debated via e-mail by IBSE members in three rounds during January 2005-October 2005. The summary including Dr Stokes' statement, comments, questions, answers, and responses 1–45 was circulated by e-mail to IBSE members on 23 February 2006 and one comment received which is included. Ideas presented in this summary are personal and are not necessarily shared by all those within IBSE. Some details about IBSE are contained in the edited summary of the first EFG of the IBSE [ 1 ]. IBSE is supported financially by the British Scoliosis Research Foundation.