Анатомо-біомеханічні особливості хребта

Хребетний стовп слід розглядати з анатомічної (біомеханічної) і функціональної боку.

Анатомічно хребет складається з 32, іноді з 33 окремих хребців, з'єднаних між собою міжхребцевими дисками (art. Intersomatica), які представляють синхондроз, і суглобами (art. Intervertebrales). Стабільність або стійкість хребта забезпечується потужним зв'язковим апаратом, що з'єднує тіла хребців (lig. Longitudinale anterius et posterius), і капсулою міжхребцевих сполучень, зв'язками, що з'єднують дужки хребців (lig. Flava), зв'язками, що з'єднують остисті відростки (lig. Supraspinosum et intraspinosum).

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

В двох міжхребцевих зчленуваннях ззаду і тілами (за посередництвом міжхребцевого диска) спереду.

З'єднання між суглобовими відростками є справжні суглоби.

Розташовуючись один над іншим, хребці утворюють два стовпи - передній, побудований за рахунок тіл хребців, і задній, що утворюється з дужок і міжхребцевих суглобів.

Рухливість хребта, його еластичність і пружність, здатність витримувати значні навантаження в певній мірі забезпечуються міжхребцевими дисками, які знаходяться в тісному анатомо-функціонального зв'язку з усіма структурами хребта, що утворюють хребетний стовп.

Міжхребцевий диск грає провідну роль в біомеханіки, будучи «душею руху» хребта (Franceschilli, 1947). Будучи складним анатомічним утворенням, диск виконує наступні функції:

• з'єднання хребців,
• забезпечення рухливості хребетного стовпа,
• запобігання тіл хребців від постійної травматизації (амортизаційні роль).

УВАГА! Будь-який патологічний процес, який послаблює функцію диска, порушує біомеханіку хребта. Порушуються також і функціональні можливості хребта.

Анатомічний комплекс, що складається з одного міжхребцевого диска, двох суміжних хребців з відповідними суглобами і зв'язковим апаратом на цьому рівні, називається хребетним руховим сегментом (ПДС).

Міжхребцевий диск складається з двох гіалінових пластинок, які щільно прилягають до замикальні пластинки тіл суміжних хребців, пульпозного ядра (nucleus pulposus) і фіброзного кільця (annulus fibrosus).

Пульпозне ядро, будучи залишком спинний хорди, містить:

• проміжну речовину хондрін;
• невелика кількість хрящових клітин і переплітаються колагенових волокон, що утворюють своєрідну капсулу і додають йому еластичність.

УВАГА! В середині пульпозного ядра є порожнина, обсяг якої в нормі становить 1-1,5 см ³.

Фіброзне кільце міжхребцевого диска складається з щільних сполучнотканинних пучків, що переплітаються в різних напрямках.

Центральні пучки фіброзного кільця розташовані пухко і поступово переходять в капсулу ядра, периферичні ж пучки тісно примикають один до одного і впроваджуються в кістковий крайової кант. Задня півколо кільця слабкіше передньої, особливо в поперековому і шийному відділах хребта. Бічні і передні відділи міжхребцевого диска злегка виступають за межі кісткової тканини, так як диск трохи ширше тел суміжних хребців.

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

Зв'язки хребта

Передня поздовжня зв'язка, будучи окістям, міцно зрощена з тілами хребців і вільно перекидається через диск.

Задня поздовжня зв'язка, що бере участь в утворенні передньої стінки хребетного каналу, навпаки, вільно перекидається над поверхнею тіл хребців і зрощена з диском. Цей зв'язок двох посад добре представлена в шийному і грудному відділах хребта; в поперекової частини вона скорочується до вузької стрічки, протягом якої часто можуть спостерігатися навіть прогалини. На відміну від передньої поздовжньої зв'язки вона досить слабо розвинена в поперековому відділі, в якому найбільш часто відзначаються дискові випадання.

Жовті зв'язки (всього 23 зв'язки) розташовуються сегментарно, починаючи від хребця С, до S хребця. Ці зв'язки як би виступають в спинно-мозкової канал і тим самим зменшують його діаметр. У зв'язку з тим що вони найбільш розвинені в поперековій ділянці, у випадках їх патологічної гіпертрофії можуть спостерігатися явища компресії кінського хвоста.

Механічна роль цих зв'язок різна і дуже багато важить з точки зору статики і кінематики хребетного стовпа:

• вони зберігають шийний і поперековий лордоз, зміцнюючи, таким чином, дія околопозвоночной мускулатури;
• визначають напрям руху тіл хребців, амплітуда яких контролюється міжхребцевими дисками;
• захищають спинний мозок безпосередньо шляхом закриття простору між пластинками і побічно за допомогою їх еластичної структури, завдяки якій під час розгинання тулуба ці зв'язки залишаються повністю розтягнутими (за умови, якщо б вони скорочувалися, то їх складки пригнічували б спинний мозок);
• разом з околопозвоночной мускулатурою сприяють приведенню тулуба з вентральної флексії у вертикальне положення;
• надають гальмівну дію на пульпозного ядра, які шляхом междискових тиску прагнуть віддалити два суміжних тіла хребців.

З'єднання дужок і відростків суміжних хребців здійснюється не тільки жовтою, а й межостістой, надостістая і межпоперечнимі зв'язками.

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

Іннервація зовнішніх відділів фіброзного кільця, задньої поздовжньої зв'язки, окістя, капсули суглобів, судин і оболонок спинного мозку здійснюється сину-вертебральним нервом (п. Sinuvertebralis), що складається з симпатичних і соматичних волокон. Харчування диска у дорослого відбувається шляхом дифузії через гіалінові платівки.

Перераховані анатомічні особливості, а також дані порівняльної анатомії дозволили розглядати міжхребцевий диск як полусустав (Schmorl, 1932), при цьому пульпозное ядро, що містить рідину типу синовіальної (Виноградова Т.П., 1951), порівнюють з порожниною суглоба; замикальні пластинки хребців, вкриті гіалінових хрящем, уподібнюють суглобовим кінців, а фіброзне кільце розглядають як капсулу суглоба і зв'язковий апарат.

Міжхребцевий диск - типова гідростатична система. У зв'язку з тим що рідини практично нестисливі, всяке тиск, що діє на ядро, трансформується рівномірно на всі боки. Фіброзне кільце напругою своїх волокон утримує ядро і поглинає більшу частину енергії. Завдяки еластичним властивостям диска значно пом'якшуються поштовхи і струсу, що передаються на хребет, спинний і головний мозок при бігу, ходьбі, стрибках та ін.

Тургор ядра мінливий в значних межах: при зменшенні навантаження він підвищується і навпаки. Про значний тиск ядра можна судити по тому, що після перебування протягом декількох годин в горизонтальному положенні расправление дисків подовжує хребет більше ніж на 2 см. Відомо також, що різниця в зрості людини протягом доби може досягати 4 см.

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

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

Шийний відділ хребта

Відповідно функціональним завданням опори розміри тіл хребців поступово збільшуються від шийного до поперекового відділів, досягаючи найбільшої величини в S хребцях;

• шийні хребці на відміну від розташованих нижче мають відносно низькі тіла еліпсоїдної форми;
• тіла шийних хребців відокремлені один від одного диском на всьому протязі. Ці витягнуті верхнебокових краю тіл хребців, звані півмісяцевими або крючковіднимі відростками (processus uncinatus), з'єднуючись з нижнебоковом кутами тел верхніх хребців, утворюють так званий суглоб Люшка, або унковертебральний зчленування, за термінологією Troland. Між processus uncinatus і фасеткою верхнього хребця є унковертебральний щілину в 2-4 мм;
• унковертебральние зчленовані поверхні покриті суглобовим хрящем, і зовні суглоб оточений капсулою. У цій області вертикальні волокна annulus fibrosus на латеральної поверхні диска розходяться і йдуть пучками паралельно отвору; при цьому диск безпосередньо не примикає до цього зчленування, так як, наближаючись до унковертебральний щілини, поступово зникає;
• анатомічною особливістю шийних хребців є наявність отворів у підстави поперечних відростків, в яких проходить a. Vertebralis;
• міжхребцеві отвори З ₅, С ₆ і С ₇ мають трикутну форму. Ось отвори в відділі проходить в косою площині. Таким чином, створюються умови для звуження отвори і компресії корінця при унковертебральних розростаннях;
• остисті відростки шийних хребців (крім З ₇ ) розщеплені і опущені вниз;
• суглобові відростки порівняно короткі, вони знаходяться в похилому положенні між фронтальною і горизонтальною площиною, що визначає значний обсяг сгибательно-розгинальних рухів і кілька обмежені бічні нахили;
• ротаційні руху здійснюються головним чином верхніми шийними хребцями завдяки циліндричного сочленению зубовидний відростка з суглобової поверхнею хребця С1;
• остистийвідросток З ₇ виступає максимально і легко пальпується;
• шийного відділу хребта властиві всі види рухів (згинання-розгинання, нахили вправо і вліво, ротаційні) і в найбільшому обсязі;
• перший і другий шийні корінці виходять позаду атланто-окціпітальной і атланто-аксіального зчленування, і в цих областях немає міжхребцевих дисків;
• в шийному відділі товщина межлозвон-кових дисків становить 1 / 4висоти відповідного хребця.

Шийний відділ хребта менш потужний і більш рухливий, ніж поперековий, і в цілому піддається меншим навантаженням. Проте навантаження на 1 см ² диска шийного відділу не меншу, а навіть і більша, ніж на 1 см ² поперекового відділу (Mathiash). Внаслідок цього дегенеративні ушкодження шийних хребців зустрічаються так само часто, як і в поперековому відділі.

R.Galli et al. (1995) показали, що зв'язковий апарат забезпечує дуже незначну рухливість між тілами хребців: горизонтальні зміщення суміжних хребців ніколи не перевищують 3-5 мм, а кутові нахили - 11 °.

Нестабільність ПДС слід очікувати при наявності відстані понад 3-5 мм междутеламі суміжних хребців і при збільшенні кута між тілами хребців більше 11 °. 

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

Грудний відділ хребта

У грудному відділі, де обсяг рухів хребта відносно невеликий, хребці вище і товщі шийних. Від Th ₅ до Тh12 грудного хребця поперечний розмір їх поступово збільшується, наближаючись до величини верхніх поперекових хребців; міжхребцеві диски в грудному відділі мають меншу висоту, ніж у поперековому і шийному відділах; товщина міжхребцевих дисків становить 1/3 частину висоти відповідного хребця; міжхребцеві отвори в грудному відділі вже, ніж в шийному; спинномозковий канал також вже, ніж в поперековому відділі; наявність в грудних корінцях великої кількості симпатичних волокон не тільки обумовлює своєрідну вегетативну забарвлення торакальних радикулопатий, а й може стати причиною розвитку вісцеральних болів і дискінезій; щодо масивні, потовщені на кінцях поперечні відростки грудних хребців нахилені кілька кзади, а остисті відростки різко нахилені вниз; до передньої поверхні утолщенного вільного кінця поперечного відростка примикає горбок ребра, утворюючи справжній реберно-поперечний суглоб; інше зчленування утворюється між головкою ребра і бічною поверхнею тіла хребця на рівні диска.

Ці зчленування укріплені міцними зв'язками. При ротації хребта ребра і бічні поверхні тіл хребців з поперечними відростками слідують за хребтом, повертаючись навколо вертикальної осі як одне ціле.

Грудний відділ хребта відрізняється двома особливостями:

• нормальним кифотической вигином на противагу лордозному вигину шийного і поперекового відділів;
• зчленуванням кожного хребця з парою ребер.

Стабільність і рухливість грудного відділу хребта

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

Ребра зі зв'язковим апаратом забезпечують достатню стабільність і разом з тим обмежують мобільність при рухах (згинання - розгинання, бічні нахили і ротація).

УВАГА! При рухах в грудному відділі найменше обмежується ротація.

Міжхребетні диски разом з фіброзним кільцем крім амортизації виконують стабілізуючу функцію: в цьому відділі диски менше, ніж в шийному і поперековому відділах, що зводить до мінімуму рухливість між тілами хребців.

Стан зв'язкового апарату визначає стабільність грудного відділу хребта.

Ряд авторів (Heldsworth, Denis, Jcham, Taylor і ін.) Обгрунтували теорію трехопорной стабільності.

Ключова роль відводиться заднього комплексу: його цілісність - неодмінна умова стабільності, а пошкодження задньої і середньої опорних структур проявляється клінічної нестабільністю.

Важливим стабілізуючим елементом є суглобові сумки, а анатомія суглобів забезпечує також цілісність структур.

Суглоби орієнтовані у фронтальній площині, що обмежує згинання-розгинання і бічні нахили; тому в грудному відділі вкрай рідкісні підвивихи і вивихи суглобів.

УВАГА! Найбільш нестабільний ділянку - зона Th10- L1 в зв'язку з відносно стабільним грудним і мобільнішим поперековим відділами.

Попереково-крижовий відділ хребта

У поперековому відділі хребта, який підтримує тяжкість вишележащего відділу:

• тіла хребців найбільш широкі, поперечні і суглобові відростки масивні;
• передня поверхня тел поперекових хребців злегка увігнута в сагітальній напрямку; тіло L хребця спереду трохи вище, ніж ззаду, що визначає анатомічно формування поперекового лордозу. В умовах лордозу вісь навантаження зміщується до заду. Цим полегшуються обертальні рухи навколо вертикальної осі тіла;
• поперечні відростки поперекових хребців в нормі розташовані фронтально; вентральні частини поперечних відростків поперекових хребців є недорозвинені залишки відповідних поперекових ребер, тому їх називають реберними відростками (processus costarii vertebrae lumbalis). У підстави ребрових відростків знаходяться менші за розміром додаткові відростки (processus accessorius);
• суглобові відростки поперекових хребців помітно виступають, і їх суглобові поверхні розташовані під кутом до сагітальної площини;
• остисті відростки потовщені і спрямовані назад майже горизонтально; на задні-латеральному краї кожного верхнього суглобового відростка справа і зліва є по невеликому коническому соскоподібного відростка (processus mamillaris);
• міжхребцеві отвори в поперековому відділі досить широкі. Однак в умовах деформації хребта, дегенеративних процесів, порушення статики в цьому відділі найбільш часто з'являється больовий корінцевий синдром;
• поперекові диски відповідно виконуваної найбільшому навантаженню мають найбільшу висоту - 1/3 висоти тіла;
• найбільш часта локалізація протру-зій і пролапсов диска відповідає самим перевантаженим відділам: проміжку між L ₄ і L _s і дещо рідше - між Ц і S1;
• пульпозное ядро розташоване на кордоні задньої і середньої третини диска. Фіброзне кільце в цій області значно товщі спереду, де воно підтримується щільною передньої поздовжньої зв'язкою, найбільш потужно розвиненою в поперековому відділі. Ззаду фіброзне кільце тонше і відділяється від хребетного каналу тонкої і більш слабо розвиненою задньої поздовжньої зв'язкою, з'єднаної з міжхребцевими дисками міцніше, ніж з тілами хребців. З останніми ця зв'язка з'єднана пухкою сполучною тканиною, в якій закладено венозний сплетіння, що створює додаткові умови для утворення протру-зій і пролапсов в просвіт хребетного каналу.

Однією з характерних особливостей хребетного стовпа є наявність чотирьох так званих фізіологічних кривизн, розташованих в сагітальній площині:

• шийний лордоз, утворений усіма шийними і верхнегрудном хребцями; найбільша опуклість доводиться на рівень С ₅ і С ₆;
• грудний кіфоз; максимум угнутості знаходиться на рівні Th ₆ - Th ₇;
• поперековий лордоз, що утворюється останніми грудними і всіма поперекових хребців. Найбільша кривизна розташовується на рівні тіла L ₄;
• крижово-куприковий кіфоз.

Основні види функціональних порушень в хребті розвиваються або за типом сглаженности фізіологічних вигинів, або за типом їх збільшення (кіфозірованія). Хребет є єдиним осьовим органом, поділ його на різні анатомічні відділи умовно, тому не може бути гиперлордоза, наприклад, в шийному відділі хребта при сглаженности лордозу в поперековому, і навпаки.

В даний час систематизовано основні типи функціональних порушень при згладженому і гіперлордотіческом варіантах змін в хребті.

1. При сглаженности фізіологічних вигинів хребта розвивається згинальний тип функціональних порушень, що характеризується вимушеним положенням хворого (в положенні згинання) і включає:

• обмеження рухливості в рухових сегментах шийного відділу хребта, в тому числі і в області головних суглобів;
• синдром нижньої косою м'язи голови;
• ушкодження глибоких згиначів м'язів шиї і грудино-ключично-соскоподібного м'яза;
• синдром передньої сходовому м'язи;
• синдром верхнелопаточной області (синдром м'язи, що піднімає лопатку);
• синдром передньої грудної стінки;
• в частині випадків - синдром плечелопаточного періартриту;
• в частині випадків - синдром зовнішнього ліктьового епіконділеза;
• обмеження рухливості 1-го ребра, в частині випадків - I-IV ребер, суглобів ключиці;
• синдром сглаженности поперекового лордозу;
• синдром паравертебральних м'язів.

Обмеження рухливості в рухових сегментах поперекового і нижнегрудного відділів хребта: в поперековому - згинання та нижнегрудном - розгинання:

• обмеження рухливості в крижово-клубової суглобі;
• синдром привідних м'язів;
• синдром клубово-поперекових м'язів.

2. При збільшенні фізіологічних вигинів в хребті розвивається розгинання-вальний тип функціональних порушень, що характеризується випрямленою «гордовитою» ходою хворого і обмеженням розгинання в поперековому і шийному відділах хребта при маніфестації клінічних проявів захворювання. Він включає в себе:

• обмеження рухливості в рухових сегментах среднешейном і шейногруд-ного відділів хребта;
• цервикалгии м'язів - розгиначів шиї;
• в частині випадків - синдром внутрішнього ліктьового епіконділеза;
• обмеження рухливості в рухових сегментах грудного відділу хребта.
• синдром поперекового гиперлордоза;
• обмеження розгинання в рухових сегментах поперекового відділу хребта: L1- L2 і L ₂ -L ₃, в частині випадків - L ₃ - L ₄;
• синдром задньої групи м'язів стегна;
• синдром відвідних м'язів стегна;
• синдром грушоподібної м'язи;
• синдром кокцигодинії.

Таким чином, коли порушується симетричність активних зусиль навіть в нормальних фізіологічних умовах, настає зміна конфігурації хребта. Завдяки фізіологічним вигинів хребетний стовп може витримувати осьову навантаження в 18 разів більше, ніж бетонний стовп такої ж товщини. Це можливо в зв'язку з тим, що при наявності вигинів сила навантаження розподіляється рівномірно по всьому хребту.

До хребту відноситься і фіксований його відділ - крижі і малорухливий куприк.

Крижі і п'ятий поперековий хребець є базисом всього хребта, які забезпечують опору для всіх його верхніх відділів і відчувають найбільше навантаження.

На формування хребта і утворення його фізіологічних і патологічних вигинів має неабиякий вплив положення IV і V поперекових хребців і крижів, тобто співвідношення між крижової і вищерозміщеної частиною хребта.

У нормі крижі по відношенню до вертикальної осі тіла знаходиться під кутом 30 °. Різко виражений нахил таза викликає для збереження рівноваги поперековий лордоз.

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