[en] The upper cervical spine is often excluded from the kinematic studies of the cervical spine due to the speciﬁc morphology of its vertebrae: atlas (C1) and axis (C2). Widening the knowledge about the head-C2 biomechanics is of high clinical interest. Previous studies disagree with the maximum head-C2 mobility and how an alar ligament injury alters it. The alar ligament is a bilateral connection between the occipital bone and C2. Manual techniques in the upper cervical spine might imply a risk of neurovascular damage; to reduce this risk, the upper cervical spine stability is assessed with the mobility in pure lateral bending (side-bending stress test) and in axial rotation (rotation stress test). However, contradictions exist as to how an alar ligament injury alters the response during these manual tests. Furthermore, indirect mobilization approaches have shown good results in patients, e.g., improvement of C1-C2 mobility with C0-C1 mobilizations, but no biomechanical evidence supports these indirect approaches. The objectives of this thesis were (1) to provide the intersegmental range of motion (ROM) of the upper cervical spine in lateral bending, axial rotation, and ﬂexion-extension, (2) to analyze the effects of an alar ligament injury on the intersegmental mobility (with a unilateral ligament transection), (3) to assess the screening of this injury with in vitro manual tests (side-bending stress test and rotation stress test), and (4) to quantify how limiting the C0-C1 mobility inﬂuences the C1-C2 mobility. Ten head-C2 specimens were manually mobilized in lateral bending, axial rotation, and ﬂexion-extension in three conditions: (1) with intact alar ligaments, (2) with a C0-C1 screw stabilization, and (3) with a unilateral alar ligament transection. The motion was tracked with reﬂective markers and an optoelectronic capture system. To quantify the kinematics, a local coordinate system was created in each bone by measuring the coordinates of the reﬂective markers and the coordinates of anatomical landmarks. A load cell quantiﬁed the applied load through the full ROM. These in vitro tests have reinforced the intersegmental ROM that can be expected in the upper cervical spine in a healthy population, consistent with previous in vitro and in vivo studies. The transection of one side of the alar ligaments has provided a better insight into which alterations can be expected when a patient has an alar ligament injury, and how these alterations might be detected with two manual clinical tests (side-bending stress test and rotation stress test) considering the ROM and the degree of stiffness. A bilateral increase of the ROM was quantiﬁed after the unilateral cut of the ligament, which is consistent with previous studies, but other studies had unilateral effects only on the contralateral side to a unilateral alar ligament cut. Lastly, related to the C0-C1 stabilization, the inﬂuence of limiting C0-C1 mobility has been seen in the axial rotation and ﬂexion of C1-C2. This thesis has provided new insights related to two clinical tests (side-bending and axial stress tests) and has deepened the understanding of the biomechanics behind the effect clinically observed in C1-C2 mobility with C0-C1 mobilizations.

[es] La columna cervical superior suele excluirse de los estudios sobre la cinemática de la columna cervical debido a la distinta morfología de sus vértebras: atlas (C1) y axis (C2). Sin embargo, ampliar el conocimiento sobre la biomecánica de la columna cervical superior es de un alto interés clínico. Hay estudios que discrepan sobre la máxima mobilidad entre la cabeza y C2, así como sobre cómo una lesión de los ligamentos alares afecta a dicha mobilidad. Los ligamentos alares conectan bilateralmente el hueso occipital con C2. Las terapias manuales aplicadas en la columna cervical superior pueden implicar un riesgo de daño neurovascular; para reducir este riesgo, la estabilidad de la columna cervical superior es evaluada mediante los tests de estabilidad cervical superior de inclinación lateral y de rotación. Sin embargo, existen contradicciones respecto a cómo una lesión en los ligamentos alares altera los resultados de estos test premanipulativos. Además, las técnicas manuales con un abordaje indirecto del segmento sintomático han mostrado buenos resultados en pacientes, como, por ejemplo, la mejora de la movilidad en C1-C2 con movilizaciones en C0-C1, pero faltan evidencias desde el punto de vista de la biomecánica que apoyen este abordaje indirecto. Los objetivos de esta tesis han sido (1) aportar valores sobre el rango de movimiento (RDM) segmentario de la columna cervical superior en inclinación lateral, rotación axial y flexión-extensión, (2) analizar los efectos que puede provocar una lesión de los ligamentos alares en la movilidad segmentaria (con una transección unilateral en los ligamentos), (3) evaluar el diagnóstico de esta lesión con test manuales simulados en condiciones in vitro (test de estabilidad de inclinación cervical superior y test de estabilidad de rotación cervical superior), y (4) cuantificar cómo la hipomovílidad en C0-C1 puede limitar la movilidad en C1-C2. Diez muestras anatómicas formadas por el cráneo, C1 y C2 fueron manualmente movilizadas en inclinación lateral, rotación y flexión-extensión en tres condiciones: (1) con los ligamentos alares intactos, (2) con una estabilización mediante tornillos en C0-C1, y (3) con una transección unilateral en el ligamento alar derecho. El movimiento se capturó con marcadores reflectantes y un sistema optoelectrónico. Para cuantificar la cinemática, se crearon sistemas de coordenadas locales en cada segmento midiendo las coordenadas de los marcadores reflectantes y las coordenadas de puntos anatómicos. Se usó una célula de carga para cuantificar la carga aplicada durante el rango de movilidad completo. Estos ensayos in vitro han reforzado los valores en la literatura del RDM segmentario que puede ser esperado en la columna cervical superior en pacientes sanos, ya que los valores obtenidos son consistentes con estudios previos in vitro e in vivo. El corte unilateral del ligamento alar ha mejorado el conocimiento actual sobre qué tipos de alteraciones se pueden esperar en el RDM cuando un paciente tiene una lesión en los ligamentos alares, así como qué alteraciones serían probablemente detectadas en dos test de estabilidad cervical superior comúnmente realizados en el ámbito clínico considerando el RDM y la resistencia al movimiento durante la aplicación de los tests. Tras el corte unilateral del ligamento alar derecho, se cuantificó un aumento bilateral delRDMde manera consistente con estudios previos; aunque otros estudios anteriores habían detectado efectos unilaterales únicamente en el lado contralateral al corte. Por último, en relación a la estabilización del segmento C0-C1, la limitación de movilidad en C0-C1 se vio reflejada en la rotación y en la flexión de C1-C2. Esta tesis ha aportado nuevos conocimientos relacionados con dos tests de estabilidad cervical superior (de inclinación y de rotación) y han profundizado desde el punto de vista de la biomecánica sobre el efecto clínicamente observado en la movilidad de C1-C2 con la movilización de C0-C1.