Skolioosi on selkärangan sivuttaiskaarevuus etu-taka-suunnassa. Selkäranka näyttää sivulta katsottuna fysiologisia mutkia eteenpäin (lordoosi) ja taaksepäin (kyfoosi), mutta etu-taka-suunnassa sen tulisi olla suorassa linjassa. Jos näin ei ole ja selkäranka poikkeaa pysyvästi tällaisesta tilasta, puhutaan patologisesta poikkeavuudesta nimeltä skolioosi.

Koska skolioosi taivuttaa selkärangan etupuolelle, ja fysiologiset mutkat sijaitsevat sagittaalisessa tasossa (kohtisuoraan etu-taka-tasoon nähden), koko selkäranka kiertää suhteessa pituusakseliinsa. Tämä tosiasia on kuvattu usein viime vuosina erilaisissa lääketieteellisissä tutkimuksissa lausuntona siitä, että skolioosi on monimutkainen selkärangan epämuodostuma. Kuitenkin mekaniikan näkökulmasta tämä on ollut ilmeistä ja tunnettua jo hyvin pitkään.

Tähän mennessä paras ja varmin menetelmä skolioosin diagnosointiin on ottaa etu-taka-suuntainen röntgenkuva koehenkilöstä seisovassa asennossa. Tällaisessa kuvassa voidaan havaita kaikki poikkeamat selkärangasta suorasta linjasta (selkärangan pystysuorasta akselista), mikä mahdollistaa selvästi sen, onko koehenkilöllä skolioosi.

Tällä hetkellä laajasti käytössä oleva skolioosin asteikko (jonka on ehdottanut Scoliosis Research Society) on seuraava:

Alle 10° - ei skolioosia

10° - 25° - lievä skolioosi. Konservatiivinen hoito (korjaava voimistelu, kuntoutus)

25° - 45° - suuri skolioosi. Hoito erityisillä kuntoutuskorseteilla.

Yli 45° - erittäin suuri skolioosi. Kirurginen hoito.

(Kaarevuuskulmat annettu Cobb-periaatteella)

Tarkkaavainen havainnoija pystyy myös helposti määrittämään selkärangan kiertymisen suhteessa sen akseliin. Tämä tieto ei kuitenkaan ole tärkeä tässä diagnoosissa, koska nämä kiertymiset ovat seurausta lateraalisesta kaarevuudesta ja liittyvät aina siihen, mikä johtuu kahden toisiinsa kohtisuorassa olevan tason (lateraalinen taivutus ja fysiologinen taivutus) muodostumisesta.

Skolioosin muodostumisprosessi tapahtuu lapsuudessa ja on etenevä [38]. Tämä tarkoittaa sitä, että lapsen kasvaessa selkärangan lateraaliset kaarevuudet yleensä kasvavat vähitellen.

Lääketieteessä on useita päätyyppejä skolioosia, mutta suurin ryhmä on tuntemattomasta syystä johtuva skolioosi, jota kutsutaan "idiopaattiseksi" (muutoin spontaaniksi).

Viimeisten kymmenen vuoden aikana niin kutsutun "idiopaattisen" skolioosin syiden tutkimus on lisääntynyt merkittävästi. Tämän selkärangan poikkeavuuden aiheuttajan etsiminen on johtanut moniin erilaisiin teorioihin [11]. Useimmiten mainittuja ovat:

- Teoria selkärangan etuosan suhteellisesta hypertrofiasta,

- Teoria neuro-luuston epäsynkronisesta kasvusta,

- Teoria rintakehän ja aksiaalisen kiertymisen epävakauden ja leikkausvoimien vaikutuksesta,

- Elastisen anisotropian aiheuttama kiertymisen teoria,

- Biomekaanisen kasvun säätelyn teoria,

- Biomekaaninen teoria,

- Teoria selkärangan segmentin niveltriadin muodonmuutoksista,

- Selkärangan liikkuvuuden säätelyn häiriöiden teoria,

- Aistien integraation häiriöiden ja dystonian teoria,

- Aistien integraation häiriöiden teoria,

- Tasapainoelinten häiriöiden teoria,

- Kehon tilan suuntautumisen häiriöiden teoria,

- Hermojärjestelmän kehityshäiriöiden teoria,

- Aineenvaihdunnallisten ja yleisten kehityshäiriöiden teoria,

- Geneettinen teoria,

- Kehityksen epävakauden ja symmetrian säätelyn häiriön teoria,

- Kasvulevyjen epäsymmetrisen toiminnan teoria

Valtaosa tutkijoista (teorioita laatineista kirjoittajista) tulee lääketieteellisistä keskuksista, ja heidän tutkimuksensa oli luonteeltaan puhtaasti lääketieteellistä. Valitettavasti he eivät ottaneet huomioon mekaniikan näkökohtia, kuten rakenteen vakautta, epäsymmetriaa ja järjestelmän painopisteen sijaintia.

Koska skolioosi on lääketieteellinen ongelma, tämän taudin syiden etsintä tapahtuu pääasiassa lääketieteeseen tai biologiaan (erityisesti genetiikkaan) liittyvien tiedemiesten toimesta. Insinööreistä koostuva ryhmä, jotka ovat pääasiassa erikoistuneet biomekaniikkaan ja lääketieteelliseen tekniikkaan, toimii lääkäreiden puolesta ja on erittäin

 hyödyllinen kaikenlaisten leikkauksessa käytettyjen implanttien suunnittelussa ja rakentamisessa. Parantavien korsettien suunnittelu ja rakentaminen on epäilemättä myös tämän erikoisosaajien ryhmän toimintaa. Harvoin tehdään tutkimuksia, joissa skolioosin aiheuttajien lähteitä tarkastellaan biomekaanisesta näkökulmasta.

Vaikka biomekaniikka usein käsittelee skolioosin ongelmaa, niiden tutkimukset rajoittuivat vain jo deformeratuneen selkärangan mekaanisten prosessien selittämiseen eivätkä itse ilmiön patogeneesiin.

Kuva 1 Selkärangan osan kaavio [39]

Selkärangan segmentti koostuu kahdesta vierekkäisestä vartalosta ja niitä erottavasta välilevystä. Yksittäinen levy on osa niin kutsuttua niveltriaadia, jota kutsutaan tukitriaadiksi, ja se sisältää kaksi symmetristä nikamaväliä. Tämä triadi ligamentteineen on selkärangan perustoiminnallinen yksikkö.

Poistamalla kaikki nikamakaaret pedunkkeleiden pohjalta jäisimme kasan nikamavartaloita ja välilevyjä, joista selkärangan etuosan toiminnallinen yksikkö koostuu. Jokainen välilevy muodostaa sidoksen vierekkäisten nikamavartaloiden välille, mikä mahdollistaa pienen määrän puristusta, venytystä ja taivutusta kaikkiin suuntiin sekä kiertymistä. Etuosan toiminnallisen yksikön joustavuus rajoittuu siten vain välilevyjen eheyteen sekä etu- että takasuuntaisten pitkittäisten ligamenttien tukemaan kokoonpanoon etu- ja takapuolelta (Kuva 2).

Välilevyn sisällä on geelimäinen, puristumaton massa, jota kutsutaan ytimen ytimelle. Sen mekaaninen rooli on melko erityinen. Sitä voidaan verrata yhteen kuulalaakeriin. Tämän elementin mielenkiintoinen kuvaus on sijoitettu anatomian oppikirjaan:

"Ydin, nucleus pulposus, on geelimäisestä kudoksesta valmistettu. Se on pallon muotoinen ja vahvan kuitumaisen renkaan ympäröimä, ja se muuttaa muotoaan vain vähän. Puolilikit ydin, joka on ympäröity vahvalla kapselilla, toimii käytännöllisenä puristumattomuutenaan teräskuulana, jolla ylemmän nikaman varsi lepää, mahdollistaen taivutusliikkeet kaikkiin vierekkäisiin nikamiin. Ytimen ydin on jatkuvan paineen alainen." (Ihmisen anatomia - Witold Sylwanowiczin toimittama. Varsova 1977, s.140). Välilevyn rakenne ja toiminta on kuvattu erittäin tarkasti ja laajasti monografiassa [62].

Selkärangan osan mahdollisten liikkeiden mekanismi on esitetty kuvassa 3.

Nucleus pulposuksen mekaaninen rooli on myös kuvattu kirjallisuudessa [21, 12] ja esitetty kuvassa 4.

Selkäranka voidaan hyvin yksinkertaistetusti verrata pystyasennossa olevan kehon tukivarren, ja sitä altistetaan erilaisille kuormille, kuten puristukselle, venytykselle, taivutukselle tai vääntymiselle. Selkäranka on sisäistä ja ulkoista vakautta. Ensimmäinen kiitos tuelle nikamavälilevyjen ja ligamenttien avulla, toinen kiitos lihaksille, erityisesti vatsalle ja rinnalle. Sisäinen vakaus on seurausta paineesta nikamavälilevyjen sisällä. Nesteen paine, jonka ydin imee, saa kolme nikamaa työntämään toisiaan pois. Vastusta tarjoavat ligamentit, jotka pyrkivät tuomaan kolme uutta lähemmäksi toisiaan. Tämä luo erittäin vakaan järjestelmän vierekkäisten selkärangan runkojen välille, joka koostuu vaihtelevista jäykistä ja elastisista elementeistä. Sitä luonnehtii suuri joustavuus, pääasiassa välilevyjen suuren muodonmuutettavuuden vuoksi. Selkärangan eteenpäin (lordoosi) ja taaksepäin (kyfoosi) suuntautuvat fysiologiset mutkat antavat lisämahdollisuuden epäedullisten aksiaalikuormien esiintymisille. (Kuva 5).

Kuva 5. Selkäranka sivulta katsottuna

Selkäranka nojaa ristiluuhun, joka muodostaa osan lantiota. Ristiluu sekä koko lantion vyötärö tulisi olla järjestetty täysin symmetrisesti sagittaalitasoon nähden. Ristiluu on yhdistetty suorien nivelten liukuville pinnoille lantion luuhun. 

Näiden nivelten liikkumismahdollisuudesta lääketieteellisessä kirjallisuudessa puhutaan nutaationa (ristiluun kallistaminen eteenpäin) ja vastanutaationa (ristiluun kallistaminen taaksepäin) (Kuva 6).

Kuitenkin lääketieteellinen kirjallisuus ei kuvaile mekaanisesti mahdollista tilannetta, jossa ristiluu käyttäytyy suhteessa toiseen luuhun kuten nutaation aikana ja suhteessa toiseen kuten vastanutaation aikana (Kuva 7).

Koska lonkan nivelten pinnat, joilla nutaatioliike tapahtuu, eivät ole samansuuntaisia minkään anatomisen tason kanssa, ristiluun pohja, jolle selkäranka nojaa, kallistuu yhteen sivuista etu-taka-suunnassa katsottuna lantion (Kuva 8). Punaiset nuolet osoittavat siirtymien suunnat.