Анатомо-біомеханічні особливості хребта

Хребетний стовп слід розглядати з анатомічної (біомеханічної) та функціональної сторони.

Анатомічно хребет складається з 32, іноді 33 окремих хребців, з'єднаних один з одним міжхребцевими дисками (art. intersomatica), які представляють собою синхондроз, та суглобами (art. intervertebrales). Стабільність або твердість хребта забезпечується потужним зв'язковим апаратом, що з'єднує тіла хребців (lig. longitudinale anterius et posterius), та капсулою міжхребцевих суглобів, зв'язками, що з'єднують дуги хребців (lig. flava), зв'язками, що з'єднують остисті відростки (lig. supraspinosum et intraspinosum).

З біомеханічної точки зору, хребет подібний до кінематичного ланцюга, що складається з окремих ланок. Кожен хребець зчленовується з сусіднім у трьох точках:

У двох міжхребцевих суглобах ззаду та тілами (через міжхребцевий диск) спереду.

З'єднання між суглобовими відростками утворюють справжні суглоби.

Розташовані один над одним, хребці утворюють дві колони - передню, що утворюється з тіл хребців, і задню, що утворюється з дуг та міжхребцевих суглобів.

Рухливість хребта, його еластичність та пружність, здатність витримувати значні навантаження певною мірою забезпечуються міжхребцевими дисками, які перебувають у тісному анатомічному та функціональному зв'язку з усіма структурами хребта, що утворюють хребетний стовп.

Міжхребцевий диск відіграє провідну роль у біомеханіці, будучи «душею руху» хребта (Франческіллі, 1947). Будучи складним анатомічним утворенням, диск виконує такі функції:

• зрощення хребців,
• забезпечення рухливості хребта,
• захист тіл хребців від постійної травматизації (амортизуюча роль).

УВАГА! Будь-який патологічний процес, що послаблює функцію диска, порушує біомеханіку хребта. Функціональні можливості хребта також порушуються.

Анатомічний комплекс, що складається з одного міжхребцевого диска, двох суміжних хребців з відповідними суглобами та зв'язковим апаратом на цьому рівні, називається хребетно-руховим сегментом (ХРС).

Міжхребцевий диск складається з двох гіалінових пластинок, які щільно прилягають до торцевих пластинок тіл сусідніх хребців, пульпозного ядра та фіброзного кільця (annulus fibrosus).

Пульпозне ядро, що є залишком дорсальної хорди, містить:

• інтерстиціальна речовина хондрину;
• невелика кількість хрящових клітин і переплетені колагенові волокна, що утворюють своєрідну капсулу та надають їй еластичності.

УВАГА! Посередині пульпозного ядра є порожнина, об'єм якої в нормі становить 1-1,5 ^см3.

Фіброзне кільце міжхребцевого диска складається з щільних пучків сполучної тканини, переплетених у різних напрямках.

Центральні пучки фіброзного кільця розташовані вільно та поступово переходять у капсулу ядра, тоді як периферичні пучки щільно прилягають один до одного та закладені в крайовому краї кістки. Заднє півколо кільця слабше виражене за переднє, особливо в поперековому та шийному відділах хребта. Латеральний та передній відділи міжхребцевого диска дещо виступають за межі кісткової тканини, оскільки диск дещо ширший за тіла сусідніх хребців.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Спинномозкові зв'язки

Передня поздовжня зв'язка, що є окістям, міцно зрощена з тілами хребців і вільно проходить над диском.

Задня поздовжня зв'язка, яка бере участь у формуванні передньої стінки хребетного каналу, навпаки, вільно перекинута через поверхню тіл хребців і зростається з диском. Ця зв'язка добре представлена в шийному та грудному відділах хребта; в поперековому відділі вона зведена до вузької смуги, вздовж якої часто можна спостерігати прогалини. На відміну від передньої поздовжньої зв'язки, вона дуже слабо розвинена в поперековому відділі, де найчастіше спостерігаються пролапси дисків.

Жовті зв'язки (всього 23 зв'язки) розташовані сегментарно, починаючи від C-го хребця до S-го хребця. Ці зв'язки ніби виступають у спинномозковий канал і тим самим зменшують його діаметр. Через те, що вони найбільш розвинені в поперековому відділі, у випадках їх патологічної гіпертрофії можуть спостерігатися явища стиснення кінського хвоста.

Механічна роль цих зв'язок різна і особливо важлива з точки зору статики та кінематики хребта:

• вони підтримують шийний та поперековий лордоз, тим самим посилюючи дію паравертебральних м'язів;
• визначити напрямок руху тіл хребців, амплітуда якого контролюється міжхребцевими дисками;
• захищають спинний мозок безпосередньо, закриваючи простір між пластинками, та опосередковано через свою еластичну структуру, завдяки якій під час розгинання тулуба ці зв'язки залишаються повністю розтягнутими (за умови, що якби вони скоротилися, їхні складки стискали б спинний мозок);
• разом з паравертебральними м'язами вони допомагають привести тулуб з вентрального згинання у вертикальне положення;
• мають гальмівний вплив на пульпозне ядро, яке через міждисковий тиск прагне змістити два сусідні тіла хребців один від одного.

З'єднання дуг і відростків суміжних хребців здійснюється не тільки жовтими, але й міжостистими, надостистими та міжпоперечними зв'язками.

Окрім дисків та поздовжніх зв'язок, хребці з'єднані двома міжхребцевими суглобами, утвореними суглобовими відростками, що мають особливості в різних відділах. Ці відростки обмежують міжхребцеві отвори, через які виходять нервові корінці.

Іннервація зовнішніх частин фіброзного кільця, задньої поздовжньої зв'язки, окістя, суглобової капсули, судин та оболонок спинного мозку здійснюється синусовим нервом (n. sinuvertebralis), що складається з симпатичних та соматичних волокон. Харчування диска у дорослої людини відбувається шляхом дифузії через гіалінові пластинки.

Перераховані анатомічні особливості, а також дані порівняльної анатомії дозволили розглядати міжхребцевий диск як півсуглоб (Шморль, 1932), тоді як пульпозне ядро, що містить синовіальну рідину (Виноградова Т.П., 1951), порівнюється з порожниною суглоба; замикальні пластинки хребців, покриті гіаліновим хрящем, уподібнюються суглобовим кінцям, а фіброзне кільце розглядається як капсула суглоба та зв'язковий апарат.

Міжхребцевий диск є типовою гідростатичною системою. Оскільки рідини практично нестисливі, будь-який тиск, що діє на ядро, трансформується рівномірно в усіх напрямках. Фіброзне кільце, завдяки натягу своїх волокон, утримує ядро та поглинає більшу частину енергії. Завдяки еластичним властивостям диска, поштовхи та струси, що передаються хребту, спинному мозку та головному мозку, значно пом'якшуються під час бігу, ходьби, стрибків тощо.

Тургор ядра суттєво змінюється: при зменшенні навантаження воно збільшується і навпаки. Про значний тиск ядра можна судити з того, що після перебування в горизонтальному положенні протягом кількох годин випрямлення дисків видовжує хребет більш ніж на 2 см. Також відомо, що різниця в зрості людини протягом дня може сягати 4 см.

Тіла хребців у різних відділах хребта мають свої відмінні анатомічні та функціональні особливості.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Шийний відділ хребта

Відповідно до функціональних завдань опори, розміри тіл хребців поступово збільшуються від шийного до поперекового відділів, досягаючи найбільшого розміру в S хребцях;

• Шийні хребці, на відміну від тих, що розташовані нижче, мають відносно низькі тіла еліпсоїдної форми;
• тіла шийних хребців не відокремлені один від одного диском по всій своїй довжині. Ці видовжені верхньо-латеральні краї тіл хребців, що називаються півмісяцевими або гачкоподібними відростками (processus uncinatus), з'єднуючись з нижньо-латеральними кутами тіл верхніх хребців, утворюють так званий суглоб Лушки, або унковертебральне зчленування, за термінологією Троланда. Між унковертебральним відростком і фасеткою верхнього хребця є унковертебральна щілина розміром 2-4 мм;
• Нековертебральні суглобові поверхні покриті суглобовим хрящем, а суглоб зовні оточений капсулою. У цій області вертикальні волокна фіброзного кільця на латеральній поверхні диска розходяться та йдуть пучками паралельно отвору; проте диск безпосередньо не прилягає до цього суглоба, оскільки, наближаючись до нековертебральної щілини, він поступово зникає;
• анатомічною особливістю шийних хребців є наявність отворів біля основи поперечних відростків, через які проходить a. vertebralis;
• Міжхребцеві отвори C5 _, C6 _та C7 _мають трикутну форму. Вісь отвору в розрізі проходить у косій площині. Таким чином, створюються умови для звуження отвору та здавлення корінця унковертебральними розростаннями;
• остисті відростки шийних хребців (крім C7 ₎ розщеплені та опущені;
• суглобові відростки відносно короткі, вони знаходяться в похилому положенні між фронтальною та горизонтальною площинами, що визначає значний обсяг рухів згинання-розгинання та дещо обмежені бічні нахили;
• обертальні рухи здійснюються переважно верхніми шийними хребцями завдяки циліндричному зчленуванню зубоподібного відростка із суглобовою поверхнею хребця С1;
• остистий відросток C ₇ максимально виступає вперед і легко пальпується;
• шийний відділ хребта характеризується всіма видами рухів (згинання-розгинання, нахили вправо та вліво, обертальні) та в найбільшому обсязі;
• перший і другий шийні корінці виходять позаду атлантоокципітального та атлантоаксіального суглобів, і в цих ділянках немає міжхребцевих дисків;
• У шийному відділі товщина міжхребцевих дисків становить 1/4 висоти відповідного хребця.

Шийний відділ хребта менш потужний і рухливіший, ніж поперековий, і загалом піддається меншому навантаженню. Однак навантаження на 1 см² ^{шийного} диска не менше, а навіть більше, ніж на 1 см² ^{поперекового} відділу хребта (Матіаш). В результаті дегенеративні ураження шийних хребців трапляються так само часто, як і в поперековому відділі хребта.

Р. Галлі та ін. (1995) показали, що зв'язковий апарат забезпечує дуже незначну рухливість між тілами хребців: горизонтальні зміщення сусідніх хребців ніколи не перевищують 3-5 мм, а кутові нахили - 11°.

Нестабільність ПДС слід очікувати, коли між тілами сусідніх хребців є відстань більше 3-5 мм, а кут між тілами хребців збільшується більш ніж на 11°.

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]

Грудний відділ хребта

У грудному відділі, де діапазон рухів хребта відносно невеликий, хребці розташовані вище та товстіше за шийні. Від Th5 _до Th12 грудних хребців їх поперечний розмір поступово збільшується, наближаючись до розмірів верхніх поперекових хребців; міжхребцеві диски в грудному відділі менші, ніж у поперековому та шийному відділах; товщина міжхребцевих дисків становить 1/3 висоти відповідного хребця; міжхребцеві отвори в грудному відділі вужчі, ніж у шийному відділі; спинномозковий канал також вужчий, ніж у поперековому відділі; наявність великої кількості симпатичних волокон у грудних корінцях не тільки зумовлює своєрідне вегетативне забарвлення грудних радикулопатій, але й може спричинити розвиток вісцерального болю та дискінезії; відносно масивні, потовщені на кінцях поперечні відростки грудних хребців нахилені дещо назад, а остисті відростки різко нахилені вниз; Горбок ребра прилягає до передньої поверхні потовщеного вільного кінця поперечного відростка, утворюючи справжній реберно-поперечний суглоб; інше зчленування утворюється між головкою ребра та бічною поверхнею тіла хребця на рівні диска.

Ці суглоби зміцнюються міцними зв'язками. При обертанні хребта ребра та бічні поверхні тіл хребців з поперечними відростками слідують за хребтом, повертаючись навколо вертикальної осі як єдине ціле.

Грудний відділ хребта має дві відмінні риси:

• нормальний кіфотичний вигин на відміну від лордотичного вигину шийного та поперекового відділів хребта;
• з'єднання кожного хребця з парою ребер.

Стабільність та рухливість грудного відділу хребта

Основними стабілізуючими елементами є: а) реберний каркас; б) міжхребцеві диски; в) фіброзні кільця; г) зв'язки (передня та задня поздовжні зв'язки, променева зв'язка, реберно-поперечна зв'язка, міжпоперечні зв'язки, жовта зв'язка, між- та надостисті зв'язки).

Ребра зі зв'язковим апаратом забезпечують достатню стабільність і водночас обмежують рухливість під час рухів (згинання - розгинання, бічне нахиляння та обертання).

УВАГА! Під час рухів у грудній ділянці обертання найменш обмежене.

Міжхребцеві диски разом з фіброзним кільцем, крім амортизації, виконують стабілізуючу функцію: у цьому відділі диски менші, ніж у шийному та поперековому, що мінімізує рухливість між тілами хребців.

Стан зв'язкового апарату визначає стабільність грудного відділу хребта.

Низка авторів (Хелдсворт, Деніс, Джчам, Тейлор та ін.) обґрунтували теорію триточкової стійкості.

Ключова роль відводиться задньому комплексу: його цілісність є важливою умовою стабільності, а пошкодження задніх і середніх опорних структур проявляється клінічною нестабільністю.

Важливим стабілізуючим елементом є суглобова капсула, а анатомія суглобів також забезпечує цілісність структур.

Суглоби орієнтовані у фронтальній площині, що обмежує згинання-розгинання та бічне нахиляння; тому підвивихи та вивихи суглобів у грудному відділі трапляються вкрай рідко.

УВАГА! Найбільш нестабільною ділянкою є зона Th10-L1 через відносно стабільний грудний та більш рухливий поперековий відділи.

Попереково-крижовий відділ хребта

У поперековому відділі хребта, який підтримує вагу вищерозміщеного відділу:

• тіла хребців найширші, поперечні та суглобові відростки масивні;
• передня поверхня тіл поперекових хребців дещо увігнута в сагітальному напрямку; тіло L хребця спереду трохи вище, ніж ззаду, що анатомічно визначає формування поперекового лордозу. При лордозі вісь навантаження зміщується назад. Це сприяє обертальним рухам навколо вертикальної осі тіла;
• поперечні відростки поперекових хребців зазвичай розташовані фронтально; вентральні частини поперечних відростків поперекових хребців є недорозвиненими залишками відповідних поперекових ребер, тому їх називають реберними відростками (processus costarii vertebrae lumbalis). Біля основи реберних відростків розташовані менші допоміжні відростки (processus accessorius);
• суглобові відростки поперекових хребців помітно виступають вперед, а їх суглобові поверхні розташовані під кутом до сагітальної площини;
• остисті відростки потовщені та спрямовані назад майже горизонтально; на задньолатеральному краї кожного верхнього суглобового відростка праворуч і ліворуч є невеликий конічний соскоподібний відросток (processus mamillaris);
• Міжхребцеві отвори в поперековій ділянці досить широкі. Однак за умов деформації хребта, дегенеративних процесів та статичних порушень корінцевий больовий синдром найчастіше з'являється саме в цій ділянці;
• поперекові диски, відповідно до найбільшого виконуваного навантаження, мають найбільшу висоту – 1/3 зросту тіла;
• Найчастіша локалізація протрузій та пролапсів дисків відповідає найбільш перевантаженим відділам: простору між L4 _та Ls _та дещо рідше між C та S1;
• Пульпозне ядро розташоване на межі задньої та середньої третини диска. Фіброзне кільце в цій ділянці значно товще спереду, де воно підтримується щільною передньою поздовжньою зв'язкою, найпотужніше розвиненою в поперековій ділянці. Ззаду фіброзне кільце тонше і відокремлене від хребетного каналу тонкою та менш розвиненою задньою поздовжньою зв'язкою, що з'єднується з міжхребцевими дисками міцніше, ніж з тілами хребців. Ця зв'язка з'єднана з останніми пухкою сполучною тканиною, в якій вбудовано венозне сплетення, що створює додаткові умови для утворення випинань та пролапсів у просвіт хребетного каналу.

Однією з характерних особливостей хребта є наявність чотирьох так званих фізіологічних вигинів, розташованих у сагітальній площині:

• шийний лордоз, утворений усіма шийними та верхніми грудними хребцями; найбільша опуклість знаходиться на рівні _C5 та _C6;
• грудний кіфоз; максимальна увігнутість знаходиться на рівні Th ₆ - Th ₇;
• поперековий лордоз, утворений останнім грудним та всіма поперековими хребцями. Найбільша кривизна розташована на рівні тіла L ₄;
• крижово-куприковий кіфоз.

Основні типи функціональних порушень у хребті розвиваються або за типом згладжування фізіологічних вигинів, або за типом їх збільшення (кіфоз). Хребет є єдиним осьовим органом, його поділ на різні анатомічні відділи умовний, тому не може бути гіперлордозу, наприклад, у шийному відділі хребта зі згладжуванням лордозу в поперековому, і навпаки.

Наразі систематизовано основні типи функціональних порушень при згладжених та гіперлордотичних варіантах змін хребта.

1. При згладжуванні фізіологічних вигинів хребта розвивається флексійний тип функціональних порушень, що характеризується вимушеним положенням пацієнта (у згинальному положенні) та включає:

• обмежена рухливість у рухових сегментах шийного відділу хребта, в тому числі в ділянці головних суглобів;
• синдром нижньої косої головки;
• ураження глибоких м'язів-згиначів шиї та грудино-ключично-соскоподібного м'яза;
• синдром передньої сходової кістки;
• синдром лопаткової області (синдром м'яза, що піднімає лопатку);
• синдром передньої грудної стінки;
• в деяких випадках – синдром плечолопаткового періартриту;
• в деяких випадках – синдром латерального епікондильозу ліктьового суглоба;
• обмежена рухливість 1-го ребра, в деяких випадках - I-IV ребер, ключичних суглобів;
• синдром сплощення поперекового лордозу;
• синдром паравертебральних м'язів.

Обмеження рухливості в рухових сегментах поперекового та нижньогрудного відділів хребта: у поперековому - згинання та нижньогрудному - розгинання:

• обмежена рухливість у крижово-клубовому суглобі;
• аддукторний синдром;
• синдром клубово-поперекового м'яза.

2. Зі збільшенням фізіологічних вигинів у хребті розвивається екстенсійний тип функціональних порушень, що характеризується випрямленою «гордою» ходою пацієнта та обмеженим розгинанням у поперековому та шийному відділах хребта під час прояву клінічних проявів захворювання. До нього входять:

• обмежена рухливість у рухових сегментах середньошийного та шийно-грудного відділів хребта;
• цервікалгія м'язів-розгиначів шиї;
• в деяких випадках – синдром внутрішнього епікондильозу ліктьового суглоба;
• обмеження рухливості в рухових сегментах грудного відділу хребта.
• синдром поперекового гіперлордозу;
• обмеження розгинання в рухових сегментах поперекового відділу хребта: L1-L2 та L2 L3 _, в деяких випадках - _L3 - _L4;
• синдром підколінного сухожилля;
• синдром відвідника стегна;
• синдром грушоподібного м'яза;
• синдром кокцидінії.

Таким чином, при порушенні симетрії активних зусиль навіть за нормальних фізіологічних умов відбувається зміна конфігурації хребта. Завдяки фізіологічним вигинам хребетний стовп може витримувати осьове навантаження, у 18 разів більше, ніж бетонна колона такої ж товщини. Це можливо завдяки тому, що за наявності вигинів сила навантаження рівномірно розподіляється по всьому хребту.

До складу хребта також входять його нерухомий відділ – крижі та малорухомий куприк.

Крижі та п'ятий поперековий хребець є основою всього хребта, забезпечуючи підтримку всіх його верхніх відділів та відчуваючи найбільше навантаження.

На формування хребта та розвиток його фізіологічних і патологічних вигинів суттєво впливає положення IV та V поперекових хребців і крижової кістки, тобто співвідношення між крижовою та вищерозміщеними відділами хребта.

У нормі крижі розташовані під кутом 30° до вертикальної осі тіла. Виражений нахил тазу викликає поперековий лордоз для підтримки рівноваги.

[ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ]