Боль в спине. За кулисами лечения и реабилитации. Часть III. Механизмы «неспецифической» боли

Вероятно, многим знакомо такое выражение, как «остеохондроз является расплатой за прямохождение». Человек как отдельный вид млекопитающего прошел достаточно долгий эволюционный путь, в результате которого приобрел привычный всем вид. И, если, антропологам, специалистам по биомеханике и ортопедам все более-менее ясно относительно «расплаты за прямохождение», то для других специалистов, принимающих участие в лечении дегенеративных заболеваний позвоночника, многие вопросы остаются до конца не понятыми. Мало кто может внятно объяснить что-либо вообще по данному вопросу. И, как следствие, в ряду этиологических (являющихся причиной) факторов развития дегенеративно-дистрофических процессов эволюционный фактор остается наиболее игнорируемым среди рядовых врачей. Роль/влияние данного фактора недооценивают, наивно полагая, что за 4 млн. лет эволюции человек приобрел оптимальную структуру/модель двигательного аппарата. Большинство обывателей вообще не знакомы с данной проблемой или считают ее сугубо научной. Это заблуждение, за которое часто приходиться дорого платить. И речь идет не только о заболеваниях позвоночника, но и о других смежных заболеваниях опорно-двигательного аппарата.

С переходом к прямохождению человек приобрел множество предпосылок к заболеваниям, напрямую связанных с передвижением в ортоградном (вертикальном) положении. В данном случае речь идет именно о предпосылках, а не о факторах, вызывающих данные заболевания.

Наиболее распространенные:

– сложная родовая деятельность*, требующая родовспоможения (зависит от типа таза);

– остеопороз позвоночника, вызванный снижением минерализации в вертикальном поло-жении, приводящий к компрессионным переломам, особенно у женщин;

– сколиотические осанки, идиопатические и дегенеративные сколиозы;

– варикозное поражение вен нижних конечностей;

– дегенеративно-дистрофическое поражение позвоночника;

– старческая миелопатия на шейном уровне;

– дегенеративные поражения суставов (коксартрозы, гонартрозы).

Выражение «Расплата за прямохождение» звучит как приговор. Автор фразы был не в настроении и явно сгустил краски. Скорее абонентская плата за использование более совершенной эволюционной модели. На самом деле прямохождение – это дар человечеству, за который мы должны благодарить судьбу, волю случая или эволюцию.

Привычное всем прямохождение. За кажущейся простотой фразы стоит колоссальный эволюционный скачок, который привел к фундаментальному изменению в способе передвижения предка человека. Переход к прямохождению (ортоградное положение – т.е. вертикально) не просто снизил энергетические затраты, уменьшив участие мышечной системы в акте передвижения, но и освободил передние конечности от необходимости нести опорную статодинамическую нагрузку. Со временем освобожденные передние конечности эволюционировали в ловкие манипуляторы, давшие мощный толчок к развитию мозга.

Человек уникален тем, что он является единственным млекопитающим, которое передвигается вертикально и, преимущественно, использует только две нижние конечности. Читатель может возразить, что многие животные при желании свободно переходят в вертикальное положение и довольно свободно передвигаются. Да, это так. Но, вопрос в энергетической стоимости такой «ходьбы» и приспособленности скелета для длительного поддержания вертикального положения. Человек также может передвигаться на четвереньках, но насколько это удобно – судить каждому в отдельности.

Чтобы не влезать в дебри современной антропологической теории о происхождении человека, сравнение проведем не с древним общим предком человека и современных обезьян, а с ближайшим родственником человека – карликовым шимпанзе Бонобо.

Предок предка (это не тавтология; в контексте описываемой проблемы это важное разграничение) современного человека большую часть своей жизни проводил на деревьях с эпизодами передвижения по земле. Перемещение осуществлялось на четырех конечностях с кратковременными периодами «ходьбы» на задних лапах. С точки зрения человеческой биомеханики, передние и задние конечности у шимпанзе – это четыре руки. Задние конечности хоть и имеют отличие от передних, но, все-таки, это задние руки. Строение скелета и позвоночника общего предка приспособлено для передвижения вдоль площади опоры способом чередования толчки-отталкивания. По деревьям – комбинация подтягиваний-отталкиваний. То есть такой тип передвижения, который требует больших мышечных усилий с двух пар конечностей.

Беглый сравнительный анализ поможет выделить особенности в строении скелета шимпанзе и человека, которые являются предпосылкой для будущих проблем с позвоночником у человека.

Шимпанзе: позвоночник выгнут легкой дугой, таз длинный, узкий, плоский. Крестец узкий, длинный, высоко расположен в тазу относительно головок бедренных костей. Вертлужная впадина мелкая. Крыша вертлужной впадины не выражена. Крылья подвздошных костей расположены преимущественно во фронтальной плоскости. Грудная клетка конусообразная.

Нижние ребра близко расположены к крыльям подвздошных костей. Позвоночник жесткий. Движения головы ограничены жесткостью выйной связки и длиной остистых отростков шейных позвонков.

Чтобы принять относительно «вертикальное» положение, шимпанзе должен стоять на согнутых задних лапах с некоторым наклоном корпуса вперед. Такое положение не может поддерживаться длительно по причине перенапряжения мышц спины и нижних конечностей. Также оно энергозатратно и приводит к быстрому утомлению. Ходьба возможна только «вразвалку» по типу «перекантовывания» всего тела. Общий центр тяжести находится высоко относительно головок бедренных костей и смещен вперед относительно позвоночника. Такая ходьба требует дополнительных усилий на балансировку, что еще больше повышает энергозатраты. Поэтому такой вид передвижения используется в крайних случаях.

В процессе эволюционного перехода от перемещения на четырех конечностях к ходьбе на двух ногах, наиболее радикальные изменения произошли в поясе задних конечностей.

Для перехода пояса задних конечностей примата в пояс нижних конечностей предка человека потребовались коренные изменения в таких звеньях скелета:

– крестец стал шире, короче, приобрел изогнутую форму и стал более массивным.

Таз из формы «лопаты» приобрел форму «чаши». Для улучшения балансировки туловища относительно тазобедренных суставов, крестец опустился вниз и занял более горизонтальное положение;

– подвздошные кости стали короче, шире, массивней и совершили поворот из фронтальной плоскости в сагиттальную. Раскрытие подвздошных костей в сторону привело к увеличение опорной пощади верхней апертуры таза в аксиальной плоскости.

– значительно увеличился диаметр и глубина вертлужной впадины. Суставная впадина тазобедренного сустава приобрела верхний свод – крышу, тем самым увеличив площадь соприкосновения с головкой бедренной кости

– бедренная кость стала длинней, массивней, увеличился размер головки бедра. Увеличение длины шейки бедра увеличило длину плеча рычага малой и средней ягодичной мышцы, которые переместились вместе с разворотом подвздошной кости в сагиттальную плоскость. Такой механизм позволил компенсировать боковой наклон во время ходьбы при одноопорной фазе шага.

– значительно увеличился размер медиального мыщелка и глубина подчашечной вырезки, что усилило стабилизацию коленного сустава.

– голеностопный сустав утратил возможность поворота стопы. Пяточная кость стала массивной и увеличилась по длине, обеспечив рычаг мышцам разгибателям голени.

«Хватающая» стопа приобрела полноценную функцию опорной стопы: большой палец приведен к остальным и фиксирован общим единым комплексом связок. Кости плюсны/предплюсны и фаланг увеличились в размере. Стопа приобрела три свода, составляющие опорный треугольник стопы. Стопа утратила «хват», но приобрела функцию амортизатора. Сложная система глубоких связок, фасций, мышц стопы и голени определила стопу как рецепторное поле, являющееся основным источником сигналов с опоры.

В целом вся нижняя конечность относительно таза заняла вальгусное положение – под углом к вертикальной оси. Выраженный вальгус (Х форма) нижней конечности позволил при ходьбе выносить ногу максимально близко к проекции общего центра масс (общего центра тяжести) компенсируя расшатывание по сторонам.

Выигрыш в биомеханике привел к значительной потере прочности конструкции.

Условные значимые потери

Необходимость удерживать общий центр тяжести с минимальными энергозатратами непосредственно над опорной частью – головками бедренных костей, привел к «централизации» поясничного отдела позвоночника путем формирования прогиба вперед в поясничной области – лордозированию. Это достигнуто благодаря формированию клиновидных тел позвонков и дисков с частичной потерей длины остистых отростков в пояснично-крестцовом переходе. Потеря длины отростка – это потеря длины рычага, через который передается мышечная тяга.

Также поперечные отростки поясничных позвонков утратили треть своей длины. Такое резкое уменьшение длины рычага с одномоментной выраженной потерей мышечной массы в поясничном отделе позвоночника привело к предрасположенности к ротационной нестабильности в поясничном отделе позвоночника. Прежде всего, это связано с косой установкой опорной площадки 1 крестцового позвонка относительно горизонтальной плоскости. Чем больше угол между замыкательной пластинкой 1 крестцового позвонка и горизонтальной плоскостью, тем выше крутящий момент на поясничный отдел позвоночника при разнице длины ног или мышечном дисбалансе.

Комбинация централизации (лордозирование) с незначительным перекосом таза и приобретенная предрасположенность к ротации в поясничном отделе, приводят к формированию сколиотической дуги поясничного отдела позвоночника с вращением позвонков.

Искривление в поясничной области запускает волну/цепь компенсаторных искривлений, сопровождаемых вращением позвонков в противоположную сторону на грудном и шейном уровнях – сколиозирование.

Формирующийся грудной горб приводит к нарушению функции ребер и снижению внешнего дыхания. Шейный сколиоз нарушает работу суставов головы, значительно искажая проприоцепцию, чем ухудшает работу вестибулярной системы.

Снижение объема мышечной массы с сопутствующим снижением связочного компонента на поясничном уровне и на уровне пояснично—крестцового перехода привело к предрасположенности к развитию ранней гипермобильности/нестабильности данного региона.

Изменения также коснулись формы и направления суставных отростков. На поясничном уровне они совершили разворот из фронтальной плоскости в сагиттальную, что обеспечило возможность большего прогиба в поясничном отделе. У современного человека на уровне пояснично-крестцового перехода могут встречаться оба варианта расположения суставов и зависит от типа таза.

Форма и направление сочленяющихся поверхностей сустава

Значительное изменение произошло в форме позвоночного канала на нижнепоясничном уровне. Из формы круга или овала он трансформировался в треугольник. Компенсаторное увеличение опорной площади позвонков сверху вниз привел к сужению позвоночного канала на протяжении всего поясничного отдела позвоночника, резко сузив резервные пространства, тем самым ограничив, а у некоторых индивидуумов сведя к минимуму компенсаторные возможности организма при дегенеративных процессах в ПДС.

Формы позвоночного канала

Необходимость компенсирующей противоротации грудной клетки относительно таза во время ходьбы привела к уменьшению нижних ребер и изменению формы и функции позвонков, лежащих на границе перехода грудной клетки и поясничного отдела. Форма грудной клетки из конусовидной стала бочкообразной.

Необходимость слежения за угрозой сверху и фиксации взгляда в горизонтальной плоскости привела к формированию шейного прогиба вперед – лордоза. Такое новшество произошло за счет значительного укорочения длины остистых отростков, их наклону вниз и расщеплению.

Также произошла значительная потеря мышечной массы шеи аналогично поясничному отделу. Это значительно увеличило подвижность и возможность смотреть вверх разгибая шею, при этом стоя на выпрямленных ногах.

В сумме имеем выраженное тройное переразгибание в звеньях скелета: бедро переразогнуто относительно таза, поясничный отдел – относительно таза, шейный отдел – относительно грудной клетки.

Большое затылочное отверстие сместилось в центр основания черепа, увеличив длину плеча рычага затылочной кости, что увеличило эффективность подзатылочных мышц и мышц надплечья. Череп относительно шейных позвонков отбалансирован формой за счет выраженного увеличения затылочной части черепа. Таким образом, голова в сагиттальной плоскости стала более сбалансированной по отношению к шее и тазу, но в плане фиксации механически «проиграв» в прочности и надежности конструкции из-за потери объема мышечной и связочной ткани.

Эволюция человека шла в два основных этапа. На первом промежуточном этапе древние гоминиды могли передвигаться как привычным для нас способом – вертикально, так и успешно лазить по деревьям в случае необходимости. Ископаемые останки промежуточных типов гоминидов указывают, что Австралопитек равноценно использовал оба типа передвижения: на двух ногах, если приходилось пересекать открытые местности, и использовать четыре конечности во время укрытия на деревьях от нападения хищников или при сборе пропитания. Резкая смена климата и переход к кочевому способу жизнедеятельности на открытой местности окончательно привела к полной адаптации к прямохождению как основному способу передвижения. Необходимость мигрировать в места обитания с малым количеством лесов и протяженными равнинами привела к выработке дополнительных эволюционных изменений – выраженному изменению формы стопы, что облегчило ходьбу.

При переходе с частичного на полное вертикальное передвижение произошла значительная выраженная редукция двух мышечных групп, ответственных за лазанье по деревьям и ходьбы на четвереньках: широчайшей мышцы спины и больших ягодичных мышц. Широчайшая мышца спины в локомоции не используется и у современного человека выражена только у лиц, занимающихся определенными видами спорта. С большой ягодичной та же ситуация: данная мышца работает только как мощный разгибатель бедра (фаза толчка), одновременно препятствуя падению корпуса вперед при быстром беге и как стабилизатор/корректор положения противоположного бедра при сгибании (фаза выноса ноги). Это мышца быстрого бега: догнать жертву или уйти от преследования. Или при толчке при крутом подъеме вверх. Аналог взбирания по дереву. Другими словами, данная мышца может быть достаточно развита только у спортсменов с определенными двигательными специализациями [легкоатлеты – спринтеры]. К слову, наличие больших жировых подушек на ягодицах не заменяет сильные выносливые мышцы.

Редукция или выраженное снижение силы двух упомянутых мышечных групп в определенной мере является критичной для функции поясничного отдела позвоночника. Современный человек функционально утратил силу как раз именно тех мышц, которые вносят существенный вклад в стабилизацию поясничного отдела. Чисто анатомиически данные мышцы еще сохранились, но функционально они уже мало к чему пригодны без специальной тренировки (попробуйте подтянуться 50 раз на перекладине). Крестообразно пересекаясь, волокна этих мышц формируют надосную связку позвоночника и натягивают пояснично-грудную фасцию, которая является основным стабилизатором поясничного отдела позвоночника. Значительная потеря мышечной массы позвоночника при переходе от Бонобо к Австралопитеку, затем потеря двух стабилизирующих мышечных групп при переходе от Австралопитека к Человеку прямоходящему значительно ослабили всю конструкцию позвоночного столба и поясничного отдела в частности.

Переход от Австралопитека к Человеку прямоходящему ознаменовался еще одним значительным изменением – увеличением длины нижней конечности за счет увеличения длины бедренной и берцовых костей.

Вместе с тем, для снижения инерции верхнего сегмента произошло значительное укорочение верхних конечностей, которые теперь стали выполнять функцию балансира и ротационного стабилизатора корпуса, компенсируя тем самым крутящий момент при ходьбе и беге. Для снижения инерционной составляющей пришлось пожертвовать не только мышечной массой передних конечностей, но и мышечной массой всего туловища, включая мышцы спины. Также значительно снизилась минерализация костей, тем самым максимально облегчив скелет туловища. Общий центр масс сместился максимально вниз к головкам бедренных костей. Такое смещение ОЦМ уравновесило инерционные моменты сил верхней части – корпуса и нижних конечностей, обеспечив возможность балансировки тела с минимальными мышечными затратами и при минимальной площади опоры. Смещение ОЦМ в таз «замкнуло» позвоночник на бедре, убрав необходимость мышечного удержания равновесия большими мышечными группами.

Снятие нагрузки с рук привело к двойной нагрузке на нижние конечности. Сустав бедра начал работать не только как консольная балка, но и как несущая опора. Межпозвонковые диски, до этого работавшие только в режиме буфера с чередованием фаз растяжение – компрессия с элементами ротации, теперь стали выполнять не свойственную им функцию: функция буфера (работа в горизонтальной плоскости) сменилась на функцию амортизации (работа в вертикальной плоскости). Но самым важным изменением в данной конструкции явилось то, что в вертикальном положении диск начал выполнять функцию точки опоры рычага первого рода вышележащего сегмента.

Если грубо сравнивать биомеханические модели предка предков человека и современного человека, то двигательные системы, не имея кардинального анатомического различия, имеют существенные биомеханические различия и особенности.

Модель «Условный общий Предок» – модель «стол» на 4 ногах. Общий центр масс (ОЦМ) располагается непосредственно между 4 опорными конечностями. Для противодействия силе гравитации конечности должны быть разогнуты хотя бы частично. Мышцы-разгибатели конечностей в тонусе, поэтому животное не падает на живот под действием силы тяжести. Нагрузка равномерно распределена между 4 конечностями. В такой модели для 4 конечностей разгибающий [отталкивающий] контур конечностей преобладает над сгибающим. Для туловища наоборот – сгибательный контур доминирует над разгибательным. Туловище не провисает животом вниз по направлению к земле под действием силы тяжести.

Модель «Условный Человек» – обратный вертикальный маятник, точнее – инерционный многозвенный рычажно-маятниковый механизм с осью вращения ведущих маятников, проходящую через тазобедренные суставы. Верхняя маятниковая система (руки) с осью, проходящую через плечевые суставы, несет вспомогательную стабилизирующую функцию.

При спокойном положении вертикаль общего центра масс (тяжести) проходит сзади поперечных осей тазобедренных суставов. Голова сбалансирована относительно головок бедренных костей. В расслабленном положении поддержание осанки происходит при минимальном мышечном напряжении. Поддержание вертикальной позы происходит за счет натяжения подвздошно—бедренной связки, подколенных связок и поясничной порции передней продольной связки.

Таз слегка подан вперед, голеностопный сустав замкнут формой таранной кости при легком наклоне вперед.

Вертикально стоящий человек благодаря такой форме позвоночника буквально «висит» на натянутых связках позвоночника и бедра вдоль вектора силы гравитации. Гравитация через натяжение связок «замкнула» позвоночник в положении, для которого не требуется значительная мышечная работа для поддержания вертикального положения.

Коррекция вертикального положения при данной конфигурации осуществляется фоновой тонической работой постуральных мышц, главная из которых камбаловидная мышца голени.

Само по себе поддержание вертикального положения с минимальными затратами не является самоцелью и в чистом виде особой ценности не имеет. Но поддержание оптимального вертикального положения (ортоградного) как части целых двигательный актов имеет решающее значение для локомоции в целом. Качество и экономичность движений зависят от работы постуральной системы, поскольку стабилизация тела считается критическим фактором при выполнении любых задач, особенно динамических.

Любое движение может быть рассмотрено как перемещение из одной равновесной точки (то есть точки, в которой мышечная активность минимальна) в другую.

Выделяют три основных группы двигательных задач:

– задачи, связанные с перемещением базы опоры (ходьба или бег)

– задачи, связанные с неподвижной базой опоры – сидение или стояние

– манипуляционные задачи, требующие выполнения движений верхними конечностями.

Любое перемещение (ходьба или бег) представляет собой переход из нейтрального устойчивого положения в цикл остановленных падений с чередованием фаз опоры и отталкивания с последующим переносом ОЦМ над опорной ногой. Таким образом, ходьба или бег – череда рефлекторно контролируемых «управляемых падений». В начале ходьбы или бега, мышечное сокращение импульсным сокращением смещает ОЦМ в сторону направления движения и выводит тело из равновесного положения – вынуждает тело «падать» в заданную сторону. При каждом шаге человек наклоняется вперед и начинает падение, которому препятствует выдвинутая вперёд нога. После того как она касается земли, на неё переносится вес тела, колено подгибается, амортизируя падение, и выпрямляется, возвращая тело на исходную высоту.

При таком типе локомоции кинетическая энергия движения при постановке ноги рассеивается не полностью, а частично переходит в потенциальную энергию упруго деформирующихся звеньев, которая, в свою очередь, при смене опорной ноги частично преобразуется в кинетическую энергию при отталкивании. Скелет и составляющие его звенья работают как рекуператор энергии, преобразующий часть кинетической энергии движения в потенциальную энергию упругого деформирования скелета и обратно.