Остеохондроз

Статика и динамика позвоночника в норме

Позвоночник является опорно-двигательным органом туловища и головы и защитным футляром для спинного мозга. 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 большие нагрузки в значительной мере обеспечиваются межпозвонковыми дисками, которые находятся в тесной анатомо-функциональной связи со всеми формациями, образующими позвоночный столб. Межпозвонковый диск играет ведущую роль в биомеханике, являясь «душой» движения позвоночника. Будучи сложным анатомическим образованием, диск выполняет следующие функции:

– соединение позвонков;

– обеспечение подвижности позвоночного столба;

– предохранение тел позвонков от постоянной травматизации (амортизационная роль).

Анатомический комплекс, состоящий из одного межпозвонкового диска, двух смежных позвонков с соответствующими суставами и связочным аппаратом на данном уровне, называется позвоночным сегментом. Межпозвонковый диск состоит из двух гиалиновых пластинок, плотно прилегающих к замыкательным пластинам тел смежных позвонков, пульпозного ядра и фиброзного кольца. Пульпозное ядро, являясь остатком спинной хорды, содержит промежуточное вещество – хондрин, небольшое число хрящевых клеток и переплетающихся коллагеновых волокон, образующих своеобразную капсулу и придающих ядру эластичность. В центре его имеется полость, объем которой в норме составляет 1–1,5 см3. Фиброзное кольцо межпозвонкового диска состоит из плотных соединительно-тканных 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. Высота тел поясничных позвонков почти одинакова и равняется 25–28 мм, высота же дисков нарастает в каудальном направлении, составляя 1/3 высоты тела позвонка (приблизительно 9 мм); форма их приближается к клиновидной, а площадь равняется в среднем 14 см2.

Хрящевые гиалиновые пластинки очень прочны и выдерживают большое напряжение при всех видах нагрузки позвоночника. Передняя продольная связка, являясь надкостницей, прочно сращена с телами позвонков и свободно перекидывается через диск. Задняя же продольная связка, участвующая в образовании передней стенки позвоночного канала, наоборот, свободно перекидывается над поверхностью тел позвонков и сращена с диском. Эта связка массивна в центральной части. Истончается кнаружи, то есть по направлению к межпозвонковым отверстиям. 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.

Соединение дужек и отростков смежных позвонков осуществляется системой связок: желтой межостистой, надостистой и межпоперечной. Желтые связки, являясь антагонистами связок тел позвонков, функционально разгружают диски, препятствуя их чрезмерному сжатию.

Иннервация наружных отделов фиброзного кольца, задней продольной связки надкостницы, капсулы суставов, сосудов и оболочек спинного мозга осуществляется n. sinuvertebralis, состоящим из симпатических и соматических волокон. По степени насыщенности рецепторами и по богатству нервных сплетений надкостница позвонков не уступает мягкой мозговой оболочке, в которой нервные элементы наиболее обильны.

Васкуляризация диска у ребенка и юноши осуществляется сосудами, проникающими в него из губчатого вещества смежных позвонков. Уже с 12–13 лет начинается облитерация сосудов диска, которая заканчивается к 23–27 годам, то есть ко времени окончания роста позвоночника. У взрослого межпозвонковый диск бессосудист – питание его осуществляется путем диффузии через гиалиновые пластинки. Вместе с тем при разрывах диска вновь образующаяся рубцовая ткань может оказаться васкуляризованной.

Перечисленные анатомические особенности, а также данные сравнительной анатомии позволили рассматривать межпозвонковый диск как полусустав. При этом пульпозное ядро, содержащее жидкость типа синовиальной, сравнивают с полостью сустава; замыкательные пластинки позвонков, покрытые гиалиновым хрящом, уподобляют суставным концам, а фиброзное кольцо рассматривают как капсулу сустава и связочный аппарат. Эта аналогия подтверждается при дегенеративном поражении диска (остеохондроз), протекающем как типичный артроз любого сустава.

Статическая функция диска связана с амортизацией. Диски обеспечивают гибкость и плавность движений смежных позвонков и всего позвоночника в целом. Пульпозное ядро обладает значительным тургором и гидрофильностью. Оно находится под постоянным давлением в толще окружающего его по сторонам фиброзного кольца, а сверху и снизу – хрящевых пластинок. Тургор ядра изменяется в значительных пределах: при уменьшении нагрузки он повышается – и наоборот. О значительном давлении внутри ядра можно судить по тому, что после пребывания в течение нескольких часов в горизонтальном положении расплавление дисков удлиняет позвоночник больше чем на 2 см, а разница в росте человека в течение суток может достигать 4 см. Уменьшение роста в старческом возрасте (до 7 см) обусловлено потерей гидрофильности («высыханием») диска.

Давление пульпозного ядра проявляется особенно демонстративно при снижении резистентности губчатого вещества тел смежных позвонков в результате остеохондроза (например при гормональной спондилопатии) – тяжелое расстройство минерального обмена, обусловленное выключением функции половых желез.

Диски становятся настолько выпуклыми, что, приближаясь друг к другу, почти соприкасаются; тела же позвонков уменьшаются, принимая форму двояковогнутой линзы («рыбьи позвонки»).

Межпозвонковый диск – типичная гидростатическая система. Так как жидкости практически несжимаемы, то всякое давление, действующее на ядро, передается 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 ходьбе, беге, прыжках. Стремление пульпозного ядра к расплавлению передается в виде равномерного давления на фиброзное кольцо и гиалиновые пластинки. Это давление уравновешивается напряжением фиброзного кольца, соединяющего позвонки, и тонусом мышц туловища.

В противодействии этих двух сил – ключ к пониманию дегенеративно-дистрофических процессов позвоночника. Теоретические расчеты многих авторов показали, что на поясничный отдел позвоночника действуют очень большие силы. Для ответа на многие вопросы биомеханики, имеющие не только теоретическое, но и практическое значение, необходимо было исследовать непосредственно внутридисковое давление.

В клинических условиях исследования внутридискового давления проводились у пациентов (с поясничными болями), которые были разделены на две группы (с начальными признаками остеохондроза). Для введения в диск измерительной иглы использовался «латеральный» экстрадуральный доступ. Давление измерялось в различных позах и положениях пациентов: лежа, сидя и стоя, а также в сочетании с нагрузками – удерживанием грузов, наклонами туловища, натуживанием. Внутридисковое давление у пациентов первой группы в положении лежа на боку или на животе было всегда выше, чем в нормальных или умеренно дегенерированных препаратах, и в среднем составляло 3,3 кг/см2; эта дополнительная нагрузка обусловлена тонусом мышц туловища.

При переходе в вертикальное положение на межпозвонковый диск начинает действовать масса той части тела, которая располагается выше уровня тела позвонка. Давление внутри диска в этих случаях равнялось 6,5 кг/см2. В обычных положениях тела (стоя, лежа), а также при подъеме грузов до 20 кг межпозвонковые диски являются единственной структурой, воспринимающей вертикальные нагрузки. Вместе с тем при этом никогда не создается критического увеличения внутридискового давления и нарушения целости дисковых структур. Расчеты показали, что общая нагрузка на диск в этих ситуациях не выходит, как правило, далеко за пределы 220 кг.

По данным Л. П. Николаева (1947), голова представляет собой рычаг первого рода, на одном конце которого приложена ее масса (в среднем около 5 кг), а на другом – уравновешивающая сила мышц шеи. Следовательно, шейный отдел позвоночника постоянно испытывает статикодинамическое напряжение, которое резко увеличивается при максимальном сгибании и разгибании и обусловлено перегрузкой сдвигающего момента. Если учесть, что даже в нормальных условиях нагрузка на единицу площади диска в шейном отделе превышает таковую в поясничном, а также учесть больший объем движения, то становится понятной склонность к дегенеративным изменениям данного отдела позвоночника, что подтверждается клиническими наблюдениями.

Резистентность нормального диска к силам сжатия значительна. Исследования показали, что у спортсменов высокой квалификации (например, при подъеме штанги массой 100 кг) фактическое уменьшение силы сдавливания дисков происходит не только за счет значительного развития мышечного аппарата. Важным фактором является рациональный динамический стереотип упражнений, при котором создается ускорение штанги в значимый период подъема и наиболее активно участвуют мышцы брюшного пресса, а затем спортсмен использует силу иннервации.

Упругое и практически несдавливаемое ядро диска при движении перемещается в противоположную сторону: при сгибании позвоночника – кзади; при разгибании – кпереди, при боковых изгибах – в сторону выпуклости.

Одной из характерных особенностей позвоночного столба является наличие в саггитальной плоскости четырех физиологических искривлений: шейного лордоза, грудного кифоза, поясничного лордоза и крестцово-копчикового кифоза. Они обусловлены вертикальным положением туловища и развиваются лишь в постэмбриональном периоде. У новорожденного позвоночник имеет дугообразную кривизну, обращенную выпуклостью кзади, то есть тотально кифозирован и сохраняет свой рельеф и в первое время после рождения. По мере того как ребенок начинает делать попытки удерживать при сидении голову в прямом положении, у него укрепляются разгибатели шеи.

Это ведет к развитию шейного лордоза. В дальнейшем, когда ребенок начинает сидеть (и в особенности когда он начинает ходить) укрепляется система поясничных мышц и формируется поясничный лордоз. Одновременно возникают кифоз грудного отдела позвоночника, наклон таза кпереди, а также крестцово-копчиковый кифоз. Вершина шейного лордоза соответствует уровню С5 и С6; грудного кифоза – Тh6 – Тh7, поясничного лордоза – L4. В норме крестец находится под углом 300 по отношению к фронтальной оси тела. Окончательное формирование изгибов позвоночника заканчивается в 6–7 лет.

Физиологические изгибы функционально тесно связаны между собой. Так, старческий кифоз (старческая круглая спина) почти неминуемо сопровождается гиперлордозом в поясничном и шейном отделах. Слабость мускулатуры туловища, при которой не создаются компенсаторные физиологические искривления позвоночника, способствует дугообразному искривлению всего позвоночного столба кзади (сутуловатость) или инфантильному типу позвоночника (плоская спина). Понятие о правильной или физиологической осанке основывается на симметрии отдельных частей человеческого тела, его гармоничном устройстве и непринужденности позы. Существует определенная зависимость между формой позвоночника и конституциональными особенностями. Так, у астеников грудная клетка удлиненная, поясничный отдел довольно подвижен, а его позвонки больше похожи на грудные. Нередко отмечается люмбализация. У гипертоников, наоборот, тела всех позвонков более массивны, поясничный отдел короткий, малоподвижный, часто бывает сакрализация.

Следует отметить, что различные нарушения осанки, которые впоследствии могут стать причиной остеохондроза, по мнению многих авторов (Галкин В. Д., Абальмасова Е. А.), сами по себе также являются конституциональными вариантами строения позвоночника и тела человека в целом.

Нарушения правильной осанки (сутулость, круглая, кругловогнутая и плоская спина) создают неблагоприятные биомеханические условия для туловища по отношению к тазу вследствие смещения центра тяжести назад по отношению к поясничным позвонкам. Благодаря изгибам шейные и поясничные диски выше в вентральном отделе, а грудные – в дорзальном.

Изгибы позвоночника удерживаются активной силой мышц, связками и формой самих позвонков. Это имеет важное значение для поддержания устойчивого равновесия без излишней затраты мышечной силы. Изогнутый таким образом позвоночник благодаря своей эластичности с пружинящим противодействием выдерживает нагрузку тяжести головы, верхних конечностей и туловища. Линия тяжести пересекает S-образную линию позвоночника в нескольких местах. При двойной изогнутости конструкция обладает большей прочностью, чем конструкция с одинарным изгибом, и, подобно эластичной пружине, смягчает толчки и удары при движениях. Самой перегруженной дугой S-образной «рессоры» является поясничный лордоз, амортизирующий нагрузки всего торса и противонагрузки со стороны нижних конечностей и таза при вертикальном положении человека. Сила толчка уходит на усиление кривизны изгибов, не достигая в полной мере черепа и находящегося в нем мозга.

При стоянии лордоз поддерживается отнюдь не постоянным напряжением поясничных мышц. Существуют и энергетически более экономные механизмы, в частности использование гравитационных сил и ретрагирующих свойств желтых связок; сгибающие мышцы при этом удерживают туловище от падения назад. На уровне поясницы проекция общего центра тяжести проходит по самому центру нижних поясничных позвонков. Здесь не требуется существенного усилия со стороны разгибателей поясницы для сохранения вертикального положения, так как общий центр тяжести и парциальный центр тяжести верхней половины туловища расположены на одной вертикальной оси. Более активное включение сгибателей и разгибателей поясницы происходит лишь при нарушении равновесия, в частности в момент наклона туловища вперед или назад.

При остеохондрозе активность различных групп мышц значительно повышается, чтобы обеспечить фиксированную позу поясничного отдела позвоночника.

Становая сила мышц, выпрямляющих туловище, в норме составляет в среднем у мужчин 123 кг, у женщин – 71 кг. Статическая работа направлена на активное противодействие силам, которые выводят тело из состояния равновесия. В отличие от динамической работы, напряжение мышц в этих случаях происходит без перемещения движущихся звеньев или всего туловища.

Однако тонические сокращения мышц требуют большого количества энергии. Компенсаторный гиперлордоз возникает при смещении центра тяжести тела вперед (например, при спондилолитезе, двустороннем врожденном вывихе бедра, постоянно согнутом положении бедер у женщин, носящих обувь на высоком каблуке, при чрезмерном отложении жира в брюшной стенке). Возникая как симптом компенсации для уравновешивания положения тела, поясничный гиперлордоз со временем приводит к ряду патологических проявлений вследствие перегрузки задних отделов позвоночника и дисков.

Принимая на себя тяжесть головы (функция опоры), шейный отдел в значительной мере нейтрализует толчки и сотрясения головного мозга. Смягчению этих травм способствуют межпозвонковые диски, имеющие здесь большую высоту, а также наличие шейного лордоза. Как известно, центр тяжести головы проходит кпереди от фронтальной оси атлантозатылочного сочленения. Благодаря шейному лордозу проекция центра тяжести головы на позвоночный столб смещается кзади.

В настоящее время наличие физиологического сколиоза позвоночника почти никем не признается. Движения позвоночника обусловлены сокращением определенных групп мышц, располагающихся спереди и сзади от него. Разгибатели по своей массе значительно превосходят сгибатели, что объясняется статической нагрузкой на позвоночный столб в вертикальном положении тела.

П. Ф. Лесгафт установил, что мышцы, имеющие косое направление волокон, большую поверхность начала и небольшую протяженность (к ним относятся и разгибатели спины), способны проявлять большую силу при незначительном напряжении. Работа данных мышц, противодействуя этой силе тяжести, удерживает туловище в вертикальном положении, сообщает ему ту или иную позу. Эти мышцы названы П. Ф. Лесгафтом «сильными» в отличие от «ловких» длинных мышц конечностей.

Связки позвоночника в динамическом аспекте служат для торможения движений в сторону, противоположную расположению связки. Так, разгибанию препятствует передняя продольная связка; сгибанию – задняя продольная, межостистая и желтая связки; боковым наклонам – межпоперечные связки. В нормальных условиях между связками-антоганистами существует физиологическое равновесие. Иногда связки выдерживают очень большую нагрузку.

Межпозвонковые суставы ограничивают свободную гибкость позвоночника, придавая ей определенное направление. Движения в этих парных суставах и диске происходят синхронно. В нормальных условиях статики отростки позвонков не несут вертикальных нагрузок: функция амортизации вертикально давящих сил (тяжесть головы, туловища) осуществляется межпозвонковыми дисками. При усилении лордоза дужки и остистые отростки позвонков сближаются друг с другом – и силовая линия нагрузки проходит уже не через тела и диски, а позади них. Соприкосновение остистых отростков в виде диартроза при отсутствии дегенеративных изменений не является патологическим состоянием, а отражает лишь изменение статики.

Бейструп (1952) считает каждый интерспинальный диартроз основной причиной поясничных болей. Однако многие авторы не согласны с такой точкой зрения. Были неоднократно замечены интерспинальные диартрозы (чаще на уровне LIV и LV) как рентгенологические находки при полном отсутствии клинических симптомов, что также говорит против концепции Бейструпа.

При столь обширном объеме движений позвоночника в целом между отдельными его сегментами подвижность составляет не более 4°; в противном случае позвоночник не мог бы служить надежной опорой. Кроме того, слишком большая подвижность между позвонками была бы опасна для спинного мозга. Вместе с тем движения отдельных сегментов позвоночника, суммируясь, обеспечивают значительную подвижность позвоночника в целом. Степень подвижности в каждом сегменте прямо пропорциональна квадрату высоты (толщины) диска и обратно пропорциональна квадрату площади его поперечного сечения. Наименьшая высота – у самых верхних шейных и верхних грудных дисков. Высота дисков, расположенных ниже этого уровня, увеличивается; наибольший объем движений наблюдается в пояснично-крестцовом и нижнешейном отделах.

Разгибание в этих отделах сопровождается некоторым физиологическим сужением межпозвонкового отверстия, обусловленным смещением вперед суставного отростка нижележащего позвонка. Наименьшая подвижность, отмечаемая в грудном отделе, зависит и от тормозящих влияний ребер, соединяющих грудную клетку в довольно жесткий цилиндр, а также от прилегания друг к другу остистых отростков, соединенных между собой мощным связочным аппаратом.

Общая толщина всех дисков составляет у новорожденных 50 % длины позвоночного столба. На протяжении периода роста тела позвонков растут быстрее, чем диски. У взрослых людей общая высота межпозвонковых дисков составляет 25 % длины позвоночника. Длина позвоночника мало отличается у людей различного роста, так как разница в росте в основном получается за счет длины ног. Движения позвоночника осуществляются вокруг трех осей: вокруг поперечной оси – сгибание и разгибание, вокруг сагиттальной оси – боковые наклоны, вокруг продольной оси – ротационные повороты тела. Возможны также круговые движения, совершаемые последовательно по всем трем осям, а также удлинение и укорочение позвоночника за счет увеличения или сглаживания его изгибов при сокращении или расслаблении соответствующей мускулатуры (пружинящие движения).