Статика и биомеханика позвоночника в норме

Диагностика вертеброневрологических синдромов, приемы мануальной и рефлекторной терапии предполагают знание структурно-функциональных особенностей позвоночного столба и прилежащих к нему тканей. Позвоночник как минимум имеет четыре функции: опорную, защитную, амортизационную и двигательную. Он представляет собой гибкий стержень – опору для головы, плечевого пояса и рук, органов грудной и брюшной полостей, масса которых передается на тазовый пояс и ноги.

В связи с опорной функцией позвонки имеют разное строение, с нарастанием величины тел позвонков от шейного к крестцовому отделу. Воздействие силы тяжести в процессе филогенеза приводит к тому, что крестцовые позвонки сращены между собой в виде массивной кости. Защитная функция позвоночного столба заключается в предохранении спинного мозга от механических повреждений.

К этому надо добавить, что гибкость позвоночника имеет значение и для амортизации толчков и сотрясений, защищая базальные отделы и весь головной мозг от травматизации о костную структуру черепа. В функции амортизации участвуют мышцы, межпозвоночные диски, суставные щели и суставные поверхности позвонков.

Существенную роль в этом играет также наличие физиологической кривизны (шейный и поясничный лордоз). Двигательная функция осуществляется в межпозвоночных суставах вокруг трех осей: фронтальной, сагиттальной и вертикальной. При этом различают пассивную часть (позвонки, суставы, связки, диски) и активную – мышечный аппарат. Для понимания основных функций позвоночника в норме и при патологии важное значение имеет представление о позвоночно-двигательном сегменте.

Позвоночно-двигательный сегмент (ПДС) образован двумя смежными «полупозвонками», межпозвонковым диском, межпозвонковыми суставами, межпозвонковыми связочными и мышечными образованиями. Нормальная функция ПДС возожна благодаря динамическому равновесию этих структур.

Межпозвонковые диски, находясь в тесной анатомо-функциональной связи со всеми структурами позвоночника в значительной мере обеспечивают подвижность позвоночника, его эластичность и упругость, выдерживая значительные нагрузки.

Диск состоит из:
1) двух гиалиновых пластинок, плотно прилегающих к замыкательным пластинкам тел смежных позвонков;
2) пульпозного ядра;
3) фиброзного кольца.

Пульпозное ядро – бессосудистое образование, эластичной консистенции, состоит из отдельных хрящевых и соединительнотканных клеток, коллагеновых волокон. В состав межклеточного вещества входят протеины, мукополисахариды, включая гиалуроновую кислоту. Высокая способность связывать воду объясняется наличием ОН-групп полисахаридов. Студенистое ядро у пожилых содержит до 70% воды. В центре ядра имеется полость объемом 1,0-1,5 см3 в норме. Благодаря тургору давление диска передается на фиброзное кольцо и смежные гиалиновые пластинки, обеспечивая амортизацию и упругую подвижность позвоночника.

Фиброзное кольцо - состоит из крестообразно пересекающихся коллагеновых волокон, которые своими концами впаяны в краевые каемки тел позвонков. В отличие от бессосудистого ядра, фиброзное обильно кровоснабжается. Задняя полуокружность кольца слабее передней, особенно в шейном и поясничном отделах позвоночника. Боковые и передние отделы межпозвоночного диска слегка выступают за пределы костной ткани, так как диск несколько шире тел смежных позвонков.

Иннервация наружных отделов фиброзного кольца, задней продольной связки, надкостницы, капсулы суставов, сосудов и оболочек спинного мозга осуществляется синувертебральным нервом (нерв Люшка), состоящим из симпатических и соматических волокон. Питание диска у взрослого происходит путем диффузии через гиалиновые пластинки.

Капсулы межпозвонковых суставов весьма упруги. Их внутренний слой образует плоские складки, глубоко внедряющиеся в суставную щель – суставные мнискоиды, которые содержат хрящевые клетки. Межпозвонковые суставы выполняют следующие функции:

• Статическую – участие в сохранении положения отдельных позвонков и позвоночника в целом;
• Динамическую – участие в перемещении относительно друг друга смежных позвонков, а на более высоком уровне – участие в изменении конфигурации позвоночника как отдельного органа, его положения относительно других частей тела;
• Приспособительную – участие в реакциях изменения миостатики;
• Дыхательную – позвоночно-реберные суставы и сочленение бугорка ребра с поперечным отростком опосредованно принимают участие в акте дыхания;
• Опорную, особенно выраженную в ПДС, лишенных межпозвонкового диска: О_с-С₁ и С₁-С₂.

Суставные полости замкнуты суставными поверхностями и капсулой, внутри имеется синовиальная жидкость, которая выполняет рессорную (буферную) функцию.

Межпозвонковые отверстия – парные образования. Верхняя и нижняя границы образованы вырезками на корнях дуг (верхняя – большая), внутренняя – боковыми краями тел и межпозвонкового диска, наружная – двумя суставными отростками (особенно верхним), внутренней частью суставной капсулы и желтой связкой. У шейных позвонков среднего и нижнего уровней внутренней стенкой являются суставы Люшка, у межпозвонковых отверстий грудного отдела (до Т₉-Т₁₀) переднебоковыми границами служат капсулы реберно-позвонковых суставов с головками II – Х ребер.

В межпозвоночном отверстии располагаются экстрадуральные отрезки (переднего и ганглиорадикулярный заднего) корешков, из которых формируется канатники. С внутренней стороны к надкостнице межпозвокового отверстия фиксируется твердая мозговая оболочка, которая манжеткой покрывает каждый корешковый нерв Нажотта.

Костные стенки межпозвонковых отверстий удлиняются по мере утолщения корня дужек у позвонков – от 4 мм у шейных до 10 мм у пятого поясничного. Пресакральное отверстие по длине нередко превышает 15 мм и превращается в канал за счет массивной дуги у крестца и своеобразного расположения суставных отростков.

Связочный аппарат. Передняя продольная связка проходит по всей передней поверхности тел позвонков. Она хорошо выражена в поясничном отделе и плохо в шейном. Связка препятствует переразгибанию позвоночника. Она плотно спаяна с телами позвонков и рыхло – с межпозвонковым диском. Задняя продольная связка проходит по задней поверхности тел позвонков, препятствует сгибанию позвоночника. Она тесно связана с дисками и рыхло с телами позвоков; хорошо выражена в шейном отделе и почти не выражена в нижнем поясничном, где создает парамедианное направление грыжевому выпячиванию пульпозного ядра.

Надостная связка натянута между верхушками остистых отростков; хорошо выражена в шейном отделе, переходит в выйную; отсутствует между L₅-S₁.
Межостистая связка натянута между остистыми отростками смежных позвонков. Желтая связка соединяет дужки смежных позвонков, участвует в образовании капсул межпозвонковых суставов; полностью состоит из эластичных волокон. Связки эти весьма толстые на пояснично-крестцовом уровне, достигают от 2 до 7 мм; сближая позвонки, препятствуя их кифозированию.

Межпоперечная связка соединяет поперечные отростки смежных позвонков, препятствует их движению во фронтальной плоскости.
Поперечно-остистая связка соединяет поперечные и остистые отростки смежных позвонков, ограничивает их ротационные движения.

Межпоперечные мышцы состоят из 2-х самостоятельных пучков: медиально-дорсального и латерально-вентрального. Они подобны корабельным вантам, удерживающим мачту в вертикальном положени, и идут снизу вверх и кнутри. Между двумя пучками мышц проходит сосудисто-нервный пучок. Межостистые мышцы парные и идут они снизу вверх, вентрально и вниз.

Изолированные движения отдельного ПДС осуществляют короткие мышцы позвоночника, частично – ротаторы, перекидывающиеся через позвонок и отдельные части длинных паравертебральных мышц (спереди – подвздошно-поясничные, сзади – многораздельные).

Наклон в сторону, в пределах одного ПДС, осуществляют межполярные мышцы, назад – межостистые, вперед – за счет выключения соответствующей межостистой активного сокращения подвздошно-поясничной, передних шейных; ротация – за счет мышц вращателей. В фиксации подобных изгибов сегмента участвуют и длинные мышцы. Взаимодействие этих мышц происходит рефлекторно по типу синергии всех мышц ПДС и всего отдела позвоночника. Этим обеспечивается основная локальная миофиксация.

Все рефлекторные формы регуляции опорно-двигательной функции позвоночника и всей кинематической цепи «позвоночник-конечности», также как и произвольные двигательные функции этой системы, определяют ее прочность, состояние динамического мышечного корсета.

Одной из характерных особенностей позвоночного столба является наличие 4-х физиологических кривизн, расположенных в сагиттальной плоскости:

1) шейный лордоз, образованный всеми шейными и верхнегрудными позвонками. Максимум выпуклости приходится на уровень С₅ и С₆;

2) грудной кифоз. Максимум выпуклости находится на уровнях Т₆-Т₇;

3)поясничный лордоз, образующийся последними грудными и всеми поясничными позвонками. Максимум выпуклости на уровне L₄;

4) крестцово-копчиковый кифоз. В норме крестец находится под углом 30° по отношению к фронтальной оси тела.

Кривизны позвоночника – следствие специфической особенности человека и обусловлены вертикальным положением туловища. Изгибы позвоночника удерживаются активной силой мышц, связками и формой самих позвонков. S-образный профиль позвоночника – результат ортостатического положения человека. Двойная изогнутость придает конструкции большую прочность, чем одинарный изгиб. S-образная форма смягчает толчки и удары при движениях.

У большинства людей линия тяжести проходит впереди позвоночника, который поддерживается а прямом положении рефлекторным сокращением мышц спины, поэтому линия тяжести не увеличивает всех изгибов позвоночника, а скорее выпрямляет поясничный лордоз. При стоянии происходит напряжение мышечного связочного аппарата, оказывая определенное давление на тела позвонков.

Для обеспечения надежной опоры позвоночника не должно быть большой подвижности между отдельными его сегментами. Это опасно для спинного мозга. Вместе с тем движения многих сегментов, суммируясь, обеспечивают значительную подвижность позвоночника в целом. Степень подвижности в каждом сегменте прямо пропорциональна квадрату высоты диска и обратно пропорциональна квадрату его поперечного сечения.

Наименьшая высота у самых верхних шейных и верхних грудных дисков. Диски, расположенные ниже этого уровня, увеличиваются по высоте, достигая максимума на уровне L₅-S₁. Поэтому наибольший объем движений в пояснично-крестцовом и нижне-шейном отделах. Наименьшая подвижность в грудном отделе позвоночника зависит еще и от тормозящих влияний ребер, соединяющих грудную клетку в жесткий цилиндр, а также от прилегания друг к другу остистых отростков, соединенных между собой мощным связочным аппаратом.

У взрослых людей общая высота межпозвоночных дисков составляет 25% длины позвоночника.

Движение позвоночника осуществляется по трем осям:
1) сгибание и разгибание по поперечной оси;
2) боковые наклоны (lateroflexia) вокруг сагиттальной оси;
3) ротация (rotocio) – вокруг продольной оси.

Ротация преобладает в шейном и верхнегрудном отделе. Флексия и экстензия – наибольшая в поясничном и шейном отделах, латерофлексия – в нижнегрудном отделе позвоночника.

При сгибании происходят следующие изменения:
1 – растяжение задней продольной связки и волокон задней части кольца диска;
2 – смещение ядра диска кзади; увеличивается напряжение заднего полукольца;
3 – растяжение желтых и межостистых связок;
4 – расширение межпозвонкового отверстия и натяжение капсулы межпозвонковых суставов;
5 – напряжение мышц брюшного пресса и расслабление разгибателей спины;
6 – натяжение твердой мозговой оболочки и корешков.

При разгибании происходит:
1 – растяжение переднего полукольца диска;
2 – относительное смещение ядра диска кнутри;
3 – сокращение желтых и расслабление межостистых связок;
4 – сужение межпозвонковых отверстий;
5 – растяжение мышц брюшного пресса и напряжение длинных мышц спины;
6 – расслабление твердой мозговой оболочки корешков.

Таким образом, любая форма работы ПДС и позвоночника в целом, его прочность определяется состоянием нервной системы, включая ее высшие отделы, ответственные за прогнозирование и координацию в целом.