Медицинский эксперт статьи

Ортопед

Новые публикации

Анатомо-биомеханические особенности позвоночника

Статью проверил Алексей Кривенко, медицинский редактор
Последняя редакция: 19.10.2021

Весь контент Web2Health проверяется медицинскими экспертами, чтобы обеспечить максимально возможную точность и соответствие фактам.

У нас есть строгие правила по выбору источников информации и мы ссылаемся только на авторитетные сайты, академические исследовательские институты и, по возможности, доказанные медицинские исследования. Обратите внимание, что цифры в скобках ([1], [2] и т. д.) являются интерактивными ссылками на такие исследования.

Если вы считаете, что какой-либо из наших материалов является неточным, устаревшим или иным образом сомнительным, выберите его и нажмите Ctrl + Enter.

Позвоночный столб следует рассматривать с анатомической (биомеханической) и функциональной стороны.

Анатомически позвоночник состоит из 32, иногда из 33 отдельных позвонков, соединенных между собой межпозвонковыми дисками (art. intersomatica), которые представляют синхондроз, и суставами (art. intervertebrales). Стабильность или устойчивость позвоночника обеспечивается мощным связочным аппаратом, соединяющим тела позвонков (lig. longitudinale anterius et posterius), и капсулой межпозвонковых сочленений, связками, соединяющими дужки позвонков (lig. flava), связками, соединяющими остистые отростки (lig. supraspinosum et intraspinosum).

С биомеханической точки зрения позвоночник подобен кинематической цепи, состоящей из отдельных звеньев. Каждый позвонок сочленяется с соседним в трех точках:

в двух межпозвонковых сочленениях сзади и телами (через посредство межпозвонкового диска) спереди.

Соединения между суставными отростками представляют собой истинные суставы.

Располагаясь один над другим, позвонки образуют два столба - передний, построенный за счет тел позвонков, и задний, образующийся из дужек и межпозвонковых суставов.

Подвижность позвоночника, его эластичность и упругость, способность выдерживать значительные нагрузки в определенной степени обеспечиваются межпозвонковыми дисками, которые находятся в тесной анатомо-функциональной связи со всеми структурами позвоночника, образующими позвоночный столб.

Межпозвонковый диск играет ведущую роль в биомеханике, являясь «душой движения» позвоночника (Franceschilli, 1947). Будучи сложным анатомическим образованием, диск выполняет следующие функции:

соединение позвонков,
обеспечение подвижности позвоночного столба,
предохранение тел позвонков от постоянной травматизации (аммортизационная роль).

ВНИМАНИЕ! Любой патологический процесс, ослабляющий функцию диска, нарушает биомеханику позвоночника. Нарушаются также и функциональные возможности позвоночника.

Анатомический комплекс, состоящий из одного межпозвонкового диска, двух смежных позвонков с соответствующими суставами и связочным аппаратом на этом уровне, называется позвоночным двигательным сегментом (ПДС).

Межпозвонковый диск состоит из двух гиалиновых пластинок, плотно прилегающих к замыкательным пластинкам тел смежных позвонков, пульпозного ядра (nucleus pulposus) и фиброзного кольца (annulus fibrosus).

Пульпозное ядро, являясь остатком спинной хорды, содержит:

межуточное вещество хондрин;
небольшое количество хрящевых клеток и переплетающихся коллагеновых волокон, образующих своеобразную капсулу и придающих ему эластичность.

ВНИМАНИЕ! В середине пульпозного ядра имеется полость, объем которой в норме составляет 1-1,5 см³.

Фиброзное кольцо межпозвонкового диска состоит из плотных соединительнотканных пучков, переплетающихся в различных направлениях.

Центральные пучки фиброзного кольца расположены рыхло и постепенно переходят в капсулу ядра, периферические же пучки тесно примыкают друг к другу и внедряются в костный краевой кант. Задняя полуокружность кольца слабее передней, особенно в поясничном и шейном отделах позвоночника. Боковые и передние отделы межпозвонкового диска слегка выступают за пределы костной ткани, так как диск несколько шире тел смежных позвонков.

trusted-source [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]

Связки позвоночника

Передняя продольная связка, являясь надкостницей, прочно сращена с телами позвонков и свободно перекидывается через диск.

Задняя продольная связка, участвующая в образовании передней стенки позвоночного канала, наоборот, свободно перекидывается над поверхностью тел позвонков и сращена с диском. Эта связка хорошо представлена в шейном и грудном отделах позвоночника; в поясничной части она сокращается до узкой ленты, на протяжении которой зачастую могут наблюдаться даже пробелы. В отличие от передней продольной связки она весьма слабо развита в поясничном отделе, в котором наиболее часто отмечаются дисковые выпадения.

Желтые связки (всего 23 связки) располагаются сегментарно, начиная от позвонка С, до S позвонка. Эти связки как бы выступают в спинно-мозговой канал и тем самым уменьшают его диаметр. В связи с тем что они наиболее развиты в поясничной области, в случаях их патологической гипертрофии могут наблюдаться явления компрессии конского хвоста.

Механическая роль этих связок различна и особенно важна с точки зрения статики и кинематики позвоночного столба:

они сохраняют шейный и поясничный лордоз, укрепляя, таким образом, действие околопозвоночной мускулатуры;
определяют направление движении тел позвонков, амплитуда которых контролируется межпозвоночными дисками;
защищают спинной мозг непосредственно путем закрытия пространства между пластинками и косвенно посредством их эластической структуры, благодаря которой во время разгибания туловища эти связки остаются полностью растянутыми (при условии, если бы они сокращались, то их складки сдавливали бы спинной мозг);
вместе с околопозвоночной мускулатурой содействуют приведению туловища из вентральной флексии в вертикальное положение;
оказывают тормозящее действие на пульпозные ядра, которые путем междискового давления стремятся отдалить два смежных тела позвонков.

Соединение дужек и отростков смежных позвонков осуществляется не только желтой, но и межостистой, надостистой и межпоперечной связками.

Помимо дисков и продольных связок позвонки соединены двумя межпозвонковыми суставами, образованными суставными отростками, имеющими особенности в различных отделах. Эти отростки ограничивают межпозвонковые отверстия, через которые выходят нервные корешки.

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

Перечисленные анатомические особенности, а также данные сравнительной анатомии позволили рассматривать межпозвонковый диск как полусустав (Schmorl, 1932), при этом пульпозное ядро, содержащее жидкость типа синовиальной (Виноградова Т.П., 1951), сравнивают с полостью сустава; замыкательные пластинки позвонков, покрытые гиалиновым хрящом, уподобляют суставным концам, а фиброзное кольцо рассматривают как капсулу сустава и связочный аппарат.

Межпозвонковый диск - типичная гидростатическая система. В связи с тем что жидкости практически несжимаемы, всякое давление, действующее на ядро, трансформируется равномерно во все стороны. Фиброзное кольцо напряжением своих волокон удерживает ядро и поглощает большую часть энергии. Благодаря эластическим свойствам диска значительно смягчаются толчки и сотрясения, передаваемые на позвоночник, спинной и головной мозг при беге, ходьбе, прыжках и др.

Тургор ядра изменчив в значительных пределах: при уменьшении нагрузки он повышается и наоборот. О значительном давлении ядра можно судить по тому, что после пребывания в течение нескольких часов в горизонтальном положении расправление дисков удлиняет позвоночник больше чем на 2 см. Известно также, что разница в росте человека в течение суток может достигать 4 см.

Тела позвонков в различных отделах позвоночника имеют свои отличительные анатомические и функциональные особенности.

trusted-source [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17]

Шейный отдел позвоночника

Соответственно функциональным задачам опоры размеры тел позвонков постепенно увеличиваются от шейного до поясничного отделов, достигая наибольшей величины в S позвонках;

шейные позвонки в отличие от расположенных ниже имеют относительно низкие тела эллипсоидной формы;
тела шейных позвонков отделены друг от друга диском не на всем протяжении. Эти вытянутые верхнебоковые края тел позвонков, называемые полулунными или крючковидными отростками (processus uncinatus), соединяясь с нижнебоковыми углами тел вышележащих позвонков, образуют так называемый сустав Люшка, или унковертебральное сочленение, по терминологии Troland. Между processus uncinatus и фасеткой верхнего позвонка имеется унковертебральная щель в 2-4 мм;
унковертебральные сочлененные поверхности покрыты суставным хрящом, и снаружи сустав окружен капсулой. В этой области вертикальные волокна annulus fibrosus на латеральной поверхности диска расходятся и идут пучками параллельно отверстию; при этом диск непосредственно не примыкает к этому сочленению, так как, приближаясь к унковертебральной щели, постепенно исчезает;
анатомической особенностью шейных позвонков является наличие отверстий у основания поперечных отростков, в которых проходит a. vertebralis;
межпозвонковые отверстия С₅, С₆ и С₇имеют треугольную форму. Ось отверстия в отделе проходит в косой плоскости. Таким образом, создаются условия для сужения отверстия и компрессии корешка при унковертебральных разрастаниях;
остистые отростки шейных позвонков (кроме С₇) расщеплены и опущены вниз;
суставные отростки сравнительно коротки, они находятся в наклонном положении между фронтальной и горизонтальной плоскостью, что определяет значительный объем сгибательно-разгибательных движений и несколько ограниченные боковые наклоны;
ротационные движения осуществляются главным образом верхними шейными позвонками благодаря цилиндрическому сочленению зубовидною отростка с суставной поверхностью позвонка С1;
остистый отросток С₇ выступает максимально и легко пальпируется;
шейному отделу позвоночника свойственны все виды движений (сгибание-разгибание, наклоны вправо и влево, ротационные) и в наибольшем объеме;
первый и второй шейные корешки выходят позади атланто-окципитального и атланто-аксиального сочленений, и в этих областях нет межпозвонковых дисков;
в шейном отделе толщина межлозвон-ковых дисков составляет 1/4высоты соответствующего позвонка.

Шейный отдел позвоночника менее мощный и более подвижный, чем поясничный, и в целом подвергается меньшим нагрузкам. Однако нагрузка на 1 см² диска шейного отдела не меньшая, а даже и большая, чем на 1 см² поясничного отдела (Mathiash). Вследствие этого дегенеративные поражения шейных позвонков встречаются так же часто, как и в поясничном отделе.

R.Galli et al. (1995) показали, что связочный аппарат обеспечивает весьма незначительную подвижность между телами позвонков: горизонтальные смещения смежных позвонков никогда не превышают 3-5 мм, а угловые наклоны - 11°.

Нестабильность ПДС следует ожидать при наличии расстояния свыше 3-5 мм междутелами смежных позвонков и при увеличении угла между телами позвонков более 11°.

trusted-source [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24]

Грудной отдел позвоночника

В грудном отделе, где объем движений позвоночника относительно небольшой, позвонки выше и толще шейных. От Th₅ до ТH12 грудного позвонка поперечный размер их постепенно увеличивается, приближаясь к величине верхних поясничных позвонков; межпозвонковые диски в грудном отделе имеют меньшую высоту, чем в поясничном и шейном отделах; толщина межпозвонковых дисков составляет 1/3 часть высоты соответствующего позвонка; межпозвонковые отверстия в грудном отделе уже, чем в шейном; спинномозговой канал также уже, чем в поясничном отделе; наличие в грудных корешках большого количества симпатических волокон не только обусловливает своеобразную вегетативную окраску торакальных радикулопатий, но и может явиться причиной развития висцеральных болей и дискинезий; относительно массивные, утолщенные на концах поперечные отростки грудных позвонков наклонены несколько кзади, а остистые отростки резко наклонены вниз; к передней поверхности утолщенного свободного конца поперечного отростка примыкает бугорок ребра, образуя истинный реберно-поперечный сустав; другое сочленение образуется между головкой ребра и боковой поверхностью тела позвонка на уровне диска.

Эти сочленения укреплены прочными связками. При ротации позвоночника ребра и боковые поверхности тел позвонков с поперечными отростками следуют за позвоночником, поворачиваясь вокруг вертикальной оси как одно целое.

Грудной отдел позвоночника отличается двумя особенностями:

нормальным кифотическим изгибом в противоположность лордозному изгибу шейного и поясничного отделов;
сочленением каждого позвонка с парой ребер.

Стабильность и подвижность грудного отдела позвоночника

Основными стабилизирующими элементами являются: а) реберный каркас; б) межпозвоночные диски; в) фиброзные кольца; г) связки (передняя и задняя продольные связки, лучистая связка, реберно-поперечная связка, межпоперечные связки, желтая связка, меж- и надостные связки).

Ребра со связочным аппаратом обеспечивают достаточную стабильность и вместе с тем ограничивают мобильность при движениях (сгибание - разгибание, боковые наклоны и ротация).

ВНИМАНИЕ! При движениях в грудном отделе меньше всего ограничивается ротация.

Межпозвоночные диски вместе с фиброзным кольцом помимо амортизации выполняют стабилизирующую функцию: в этом отделе диски меньше, чем в шейном и поясничном отделах, что сводит к минимуму подвижность между телами позвонков.

Состояние связочного аппарата определяет стабильность грудного отдела позвоночника.

Ряд авторов (Heldsworth, Denis, Jcham, Taylor и др.) обосновали теорию трехопорной стабильности.

Ключевая роль отводится заднему комплексу: его целостность - непременное условие стабильности, а повреждение задней и средней опорных структур проявляется клинической нестабильностью.

Важным стабилизирующим элементом являются суставные сумки, а анатомия суставов обеспечивает также целостность структур.

Суставы ориентированы во фронтальной плоскости, что ограничивает сгибание-разгибание и боковые наклоны; поэтому в грудном отделе крайне редки подвывихи и вывихи суставов.

ВНИМАНИЕ! Наиболее нестабильный участок - зона Th10- L1 в связи с относительно стабильным грудным и более мобильным поясничным отделами.

Пояснично-крестцовый отдел позвоночника

В поясничном отделе позвоночника, который поддерживает тяжесть вышележащего отдела:

тела позвонков наиболее широкие, поперечные и суставные отростки массивные;
передняя поверхность тел поясничных позвонков слегка вогнута в сагиттальном направлении; тело L позвонка спереди несколько выше, чем сзади, что определяет анатомически формирование поясничного лордоза. В условиях лордоза ось нагрузки смещается кзади. Этим облегчаются вращательные движения вокруг вертикальной оси тела;
поперечные отростки поясничных позвонков в норме расположены фронтально; вентральные части поперечных отростков поясничных позвонков представляют собой недоразвитые остатки соответствующих поясничных ребер, поэтому их называют реберными отростками (processus costarii vertebrae lumbalis). У основания реберных отростков находятся меньшей величины добавочные отростки (processus accessorius);
суставные отростки поясничных позвонков заметно выступают, и их суставные поверхности расположены под углом к сагиттальной плоскости;
остистые отростки утолщены и направлены кзади почти горизонтально; на задне-латеральном крае каждого верхнего суставного отростка справа и слева имеется по небольшому коническому сосцевидному отростку (processus mamillaris);
межпозвонковые отверстия в поясничном отделе достаточно широки. Однако в условиях деформации позвоночника, дегенеративных процессов, нарушения статики в этом отделе наиболее часто появляется болевой корешковый синдром;
поясничные диски соответственно выполняемой наибольшей нагрузке имеют наибольшую высоту - 1/3 высоты тела;
наиболее частая локализация протру-зий и пролапсов диска соответствует самым перегруженным отделам: промежутку между L₄ и L_s и несколько реже - между Ц и S1;
пульпозное ядро расположено на границе задней и средней трети диска. Фиброзное кольцо в этой области значительно толще спереди, где оно поддерживается плотной передней продольной связкой, наиболее мощно развитой в поясничном отделе. Сзади фиброзное кольцо тоньше и отделяется от позвоночного канала тонкой и более слабо развитой задней продольной связкой, соединенной с межпозвонковыми дисками более прочно, чем с телами позвонков. С последними эта связка соединена рыхлой соединительной тканью, в которой заложено венозное сплетение, что создает дополнительные условия для образования протру-зий и пролапсов в просвет позвоночного канала.

Одной из характерных особенностей позвоночного столба является наличие четырех так называемых физиологических кривизн, расположенных в сагиттальной плоскости:

шейный лордоз, образованный всеми шейными и верхнегрудными позвонками; наибольшая выпуклость приходится на уровень С₅ и С₆;
грудной кифоз; максимум вогнутости находится на уровне Th₆- Th₇;
поясничный лордоз, образующийся последними грудными и всеми поясничными позвонками. Наибольшая кривизна располагается на уровне тела L₄;
крестцово-копчиковый кифоз.

Основные виды функциональных нарушений в позвоночнике развиваются или по типу сглаженности физиологических изгибов, или по типу их увеличения (кифозирования). Позвоночник является единым осевым органом, разделение его на различные анатомические отделы условно, поэтому не может быть гиперлордоза, например, в шейном отделе позвоночника при сглаженности лордоза в поясничном, и наоборот.

В настоящее время систематизированы основные типы функциональных нарушений при сглаженном и гиперлордотическом вариантах изменений в позвоночнике.

1. При сглаженности физиологических изгибов позвоночника развивается сгибательный тип функциональных нарушений, характеризующийся вынужденным положением больного (в положении сгибания) и включающий:

ограничение подвижности в двигательных сегментах шейного отдела позвоночника, в том числе и в области головных суставов;
синдром нижней косой мышцы головы;
поражения глубоких сгибателей мышц шеи и грудино-ключично-сосцевидной мышцы;
синдром передней лестничной мышцы;
синдром верхнелопаточной области (синдром мышцы, поднимающей лопатку);
синдром передней грудной стенки;
в части случаев - синдром плечелопаточного периартрита;
в части случаев - синдром наружного локтевого эпикондилеза;
ограничение подвижности 1-го ребра, в части случаев - I-IV ребер, суставов ключицы;
синдром сглаженности поясничного лордоза;
синдром паравертебральных мышц.

Ограничение подвижности в двигательных сегментах поясничного и нижнегрудного отделов позвоночника: в поясничном - сгибания и нижнегрудном - разгибания:

ограничение подвижности в крестцово-подвздошном суставе;
синдром приводящих мышц;
синдром подвздошно-поясничных мышц.

2. При увеличении физиологических изгибов в позвоночнике развивается разгиба-тельный тип функциональных нарушений, характеризующийся выпрямленной «горделивой» походкой больного и ограничением разгибания в поясничном и шейном отделах позвоночника при манифестации клинических проявлений заболевания. Он включает в себя:

ограничение подвижности в двигательных сегментах среднешейного и шейногруд-ного отделов позвоночника;
цервикалгию мышц - разгибателей шеи;
в части случаев - синдром внутреннего локтевого эпикондилеза;
ограничение подвижности в двигательных сегментах грудного отдела позвоночника.
синдром поясничного гиперлордоза;
ограничение разгибания в двигательных сегментах поясничного отдела позвоночника: L1- L2 и L₂-L₃, в части случаев - L₃- L₄;
синдром задней группы мышц бедра;
синдром отводящих мышц бедра;
синдром грушевидной мышцы;
синдром кокцигодинии.

Таким образом, когда нарушается симметричность активных усилий даже в нормальных физиологических условиях, наступает изменение конфигурации позвоночника. Благодаря физиологическим изгибам позвоночный столб может выдерживать осевую нагрузку в 18 раз больше, чем бетонный столб такой же толщины. Это возможно в связи с тем, что при наличии изгибов сила нагрузки распределяется равномерно по всему позвоночнику.

К позвоночнику относится и фиксированный его отдел - крестец и малоподвижный копчик.

Крестец и пятый поясничный позвонок являются базисом всего позвоночника, которые обеспечивают опору для всех его вышележащих отделов и испытывают наибольшую нагрузку.

На формирование позвоночника и образование его физиологических и патологических изгибов оказывает немалое влияние положение IV и V поясничных позвонков и крестца, т.е. соотношение между крестцовой и вышележащей частью позвоночника.

В норме крестец по отношению к вертикальной оси тела находится под углом 30°. Резко выраженный наклон таза вызывает для сохранения равновесия поясничный лордоз.

trusted-source [25], [26], [27], [28], [29]

Здоровье