Страница:
Виталий Александрович Епифанов, Александр Витальевич Епифанов
Выпрями спинку: Советы семьи академиков Епифановых
Об авторах
Епифанов Виталий Александрович – заслуженный деятель науки РФ, академик РАМНТ, FIMM international Academy, докт. мед. наук, профессор кафедры «Восстановительная медицина» Московского государственного медико–стоматологического университета. Автор более 450 научных трудов, 7 учебников для студентов медицинских вузов и колледжей, 15 монографий, руководств и справочников для практических врачей, 6 патентов и 8 авторских свидетельств на новые технологии восстановительного лечения больных и инвалидов.
Епифанов Александр Витальевич – академик РАМНТ, докт. мед. наук, профессор, зав. кафедрой «Восстановительная медицина» Московского государственного медико–стоматологического университета. Автор более 200 научных трудов, 4 учебников для студентов медицинских вузов и колледжей, 6 монографий и руководств для практических врачей, 4 патентов на новые технологии восстановительного лечения больных и инвалидов.
Епифанов Александр Витальевич – академик РАМНТ, докт. мед. наук, профессор, зав. кафедрой «Восстановительная медицина» Московского государственного медико–стоматологического университета. Автор более 200 научных трудов, 4 учебников для студентов медицинских вузов и колледжей, 6 монографий и руководств для практических врачей, 4 патентов на новые технологии восстановительного лечения больных и инвалидов.
Глава первая
Как устроен позвоночник
А Вы ноктюрн сыграть могли бы
На флейте водосточных труб?
В. В. Маяковский
Позвоночник – именно та флейта, на которой можно сыграть любую мелодию – и ноктюрн, и рок–н–ролл. И какая именно музыка будет звучать из флейты вашего чада, зависит от вас, дорогие родители. Вашим детям на каждом этапе их роста и развития нужна ваша помощь. Для того чтобы правильно им помогать, нужны знания и умения.
Для начала вам нужно хотя бы в общих чертах представлять, как устроен позвоночник.
Позвоночный столб является центральной осью тела и выполняет опорную функцию. Нагрузки, воздействующие на различные сегменты позвоночного столба, возрастают по мере приближения к его основанию, которым является таз, и достигают наибольшей величины на уровне нижних позвонков поясничного отдела.
Тела позвонков после рождения человека имеют скругленные верхние и нижние поверхности и напоминают, таким образом, двояковыпуклую линзу. Со временем тела позвонков уплощаются и ближе к зрелому возрасту, когда появляются вторичные ядра окостенения в периферических отделах замыкательных пластинок, формируется кольцо, не полностью замкнутое сзади и срастающееся с телом позвонка, когда возраст человека достигает 16 лет – 21 года.
Позвонки отдельных сегментов позвоночного столба имеют разную форму в зависимости от их назначения и функций, специфичных для каждого из сегментов (рис. 1). Так, в шейном отделе, наиболее подвижном и наиболее подверженном повреждениям, тела позвонков невелики по размеру. Важную роль играют первые два позвонка – атлант и аксис – во многом благодаря их специфическому строению повороты головы могут совершаться с большой амплитудой. Не менее важны и боковые отростки позвонков шейного отдела – в их отверстиях проходят позвоночные артерии, кровоснабжающие часть головного мозга. Позвонки грудного отдела – крупные, с короткими отростками и относительно невысокими межпозвонковыми дисками. Ограничение подвижности в этом отделе вполне оправдано участием в создании защитного каркаса для органов грудной клетки. Мощные позвонки поясничного отдела не только принимают на себя весь вес вышележащих частей тела, но и должны быть обеспечивать достаточную подвижность, в том числе за счет межпозвонковых дисков большой толщины.
Позвонки состоят из двух основных частей: массивного, цилиндрической формы, тела и тонкой дужки.
Тела позвонков, как атланты, мужественно несут на себе тяжесть тела. Хрящевые замыкательные пластинки защищают губчатое вещество тел позвонков от чрезмерного давления, а также исполняют роль посредника в обмене веществ между телами позвонков и межпозвонковыми дисками.
Дужки, как две надежные руки, обнимают и защищают спинной мозг (рисунок!). У руки только пять пальцев, а у каждой дужки есть целых семь отростков: сзади остистый, с боков поперечные, а сверху и снизу парные верхние и нижние суставные отростки. Каждый отросток несет свою функцию: остистые и поперечные отростки являются местом прикрепления межпозвонковых связок, а также выполняют роль рычагов для мышц позвоночника, обеспечивая увеличение момента силы.
Рис. 1. Первичные и вторичные искривления позвоночника (А): первичные искривления (а) зависят от формы позвонков, а вторичные (б) – от формы межпозвоночных дисков. Отделы позвоночника (Б): шейный лордоз (а); грудной кифоз (б); поясничный лордоз (в); крестцовый кифоз (г). Физиологические искривления позвоночника и их средние угловые величины (В).
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 и межпозвонковыми суставами. Стабильность или устойчивость позвоночника обеспечивается мощным связочным аппаратом, соединяющим тела позвонков, дужки позвонков и остистые отростки.
С биомеханической точки зрения позвоночник подобен кинематической цепи, состоящей из отдельных звеньев, так называемых позвоночно–двигательных сегментов (ПДС), каждый из которых состоит из одного межпозвонкового диска, двух смежных позвонков с соответствующими суставами и связочным аппаратом на этом уровне (рис. 3).
Рис. 2. Сочленения между телами позвонков (articulatioон intersomatica) и processus articulares: а – схема соединения трех сочленений; б – то же в боковой проекции.
Рис. 3. Схема соединения соседних тел позвонков по Фраческелли: 1 – терминальная хрящевая пластинка; 2 – терминальная костная пластинка; 3 – фиброзно–волокнистое кольцо; 4 – студенистое ядро; 5 – суставная щель вокруг студенистого ядра; 6 – эпифизы тела позвонка (по Шморлю); 7 – передняя продольная связка; 8 – задняя продольная связка.
Каждый позвонок сочленяется с соседним в трех точках: в двух межпозвонковых сочленениях сзади и телами (через посредство межпозвонкового диска) спереди (рис. 2).
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: а) соединение позвонков; б) обеспечение подвижности позвоночного столба; в) предохранение тел позвонков от постоянной травматизации (амортизационная роль).
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.
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, поэтому грыжи межпозвонковых дисков чаще выпячиваются назад. Боковые и передние отделы межпозвонкового диска слегка выступают за пределы костной ткани, так как диск несколько шире тел смежных позвонков.
Для начала вам нужно хотя бы в общих чертах представлять, как устроен позвоночник.
Позвоночный столб является центральной осью тела и выполняет опорную функцию. Нагрузки, воздействующие на различные сегменты позвоночного столба, возрастают по мере приближения к его основанию, которым является таз, и достигают наибольшей величины на уровне нижних позвонков поясничного отдела.
Тела позвонков после рождения человека имеют скругленные верхние и нижние поверхности и напоминают, таким образом, двояковыпуклую линзу. Со временем тела позвонков уплощаются и ближе к зрелому возрасту, когда появляются вторичные ядра окостенения в периферических отделах замыкательных пластинок, формируется кольцо, не полностью замкнутое сзади и срастающееся с телом позвонка, когда возраст человека достигает 16 лет – 21 года.
Позвонки отдельных сегментов позвоночного столба имеют разную форму в зависимости от их назначения и функций, специфичных для каждого из сегментов (рис. 1). Так, в шейном отделе, наиболее подвижном и наиболее подверженном повреждениям, тела позвонков невелики по размеру. Важную роль играют первые два позвонка – атлант и аксис – во многом благодаря их специфическому строению повороты головы могут совершаться с большой амплитудой. Не менее важны и боковые отростки позвонков шейного отдела – в их отверстиях проходят позвоночные артерии, кровоснабжающие часть головного мозга. Позвонки грудного отдела – крупные, с короткими отростками и относительно невысокими межпозвонковыми дисками. Ограничение подвижности в этом отделе вполне оправдано участием в создании защитного каркаса для органов грудной клетки. Мощные позвонки поясничного отдела не только принимают на себя весь вес вышележащих частей тела, но и должны быть обеспечивать достаточную подвижность, в том числе за счет межпозвонковых дисков большой толщины.
Позвонки состоят из двух основных частей: массивного, цилиндрической формы, тела и тонкой дужки.
Тела позвонков, как атланты, мужественно несут на себе тяжесть тела. Хрящевые замыкательные пластинки защищают губчатое вещество тел позвонков от чрезмерного давления, а также исполняют роль посредника в обмене веществ между телами позвонков и межпозвонковыми дисками.
Дужки, как две надежные руки, обнимают и защищают спинной мозг (рисунок!). У руки только пять пальцев, а у каждой дужки есть целых семь отростков: сзади остистый, с боков поперечные, а сверху и снизу парные верхние и нижние суставные отростки. Каждый отросток несет свою функцию: остистые и поперечные отростки являются местом прикрепления межпозвонковых связок, а также выполняют роль рычагов для мышц позвоночника, обеспечивая увеличение момента силы.
Рис. 1. Первичные и вторичные искривления позвоночника (А): первичные искривления (а) зависят от формы позвонков, а вторичные (б) – от формы межпозвоночных дисков. Отделы позвоночника (Б): шейный лордоз (а); грудной кифоз (б); поясничный лордоз (в); крестцовый кифоз (г). Физиологические искривления позвоночника и их средние угловые величины (В).
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 и межпозвонковыми суставами. Стабильность или устойчивость позвоночника обеспечивается мощным связочным аппаратом, соединяющим тела позвонков, дужки позвонков и остистые отростки.
С биомеханической точки зрения позвоночник подобен кинематической цепи, состоящей из отдельных звеньев, так называемых позвоночно–двигательных сегментов (ПДС), каждый из которых состоит из одного межпозвонкового диска, двух смежных позвонков с соответствующими суставами и связочным аппаратом на этом уровне (рис. 3).
Рис. 2. Сочленения между телами позвонков (articulatioон intersomatica) и processus articulares: а – схема соединения трех сочленений; б – то же в боковой проекции.
Рис. 3. Схема соединения соседних тел позвонков по Фраческелли: 1 – терминальная хрящевая пластинка; 2 – терминальная костная пластинка; 3 – фиброзно–волокнистое кольцо; 4 – студенистое ядро; 5 – суставная щель вокруг студенистого ядра; 6 – эпифизы тела позвонка (по Шморлю); 7 – передняя продольная связка; 8 – задняя продольная связка.
Каждый позвонок сочленяется с соседним в трех точках: в двух межпозвонковых сочленениях сзади и телами (через посредство межпозвонкового диска) спереди (рис. 2).
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: а) соединение позвонков; б) обеспечение подвижности позвоночного столба; в) предохранение тел позвонков от постоянной травматизации (амортизационная роль).
Внимание!Межпозвонковый диск состоит из двух гиалиновых пластинок, плотно прилегающих к замыкатель–ным пластинкам тел смежных позвонков, пульпозного ядра и фиброзного кольца.
Любой патологический процесс, ослабляющий функцию диска, нарушает биомеханику позвоночника.
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!Фиброзное кольцо межпозвонкового диска состоит из плотных соединительнотканных пучков, переплетающихся в различных направлениях.
В середине пульпозного ядра имеется полость, объем которой в норме составляет 1–1,5 см3.
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, поэтому грыжи межпозвонковых дисков чаще выпячиваются назад. Боковые и передние отделы межпозвонкового диска слегка выступают за пределы костной ткани, так как диск несколько шире тел смежных позвонков.
Связки
Передняя продольная связка 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 (грыжи диска).
Желтые связки (всего 23 связки) располагаются сегментарно, начиная от первого шейного позвонка и до первого крестцового 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 движений тел позвонков, амплитуда которых контролируется межпозвоночными дисками;
• защищают спинной мозг непосредственно путем закрытия пространства между пластинками и косвенно посредством их эластической структуры, благодаря которой вовремя 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 (рис. 4).
Иннервация наружных отделов фиброзного кольца, задней продольной связки, надкостницы, капсулы суставов, сосудов и оболочек спинного мозга осуществляется синувертебральным нервом, 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, сравнивают с полостью сустава; замыкательные пластинки тела (а–в); механизм амортизации нагрузок, действующих на позвоночник (г), – показано изменение укладки волокон фиброзного кольца под действием нагрузки (по Calve, Calland).
Рис. 4. Форма межпозвоночных отверстий в поясничном отделе позвоночника и их отношение к нервным корешкам: лишь последнее отверстие почти полностью выполнено корешком. В остальных отверстиях имеется много свободного места (а); схема поясничного отдела позвоночника (б).
Рис. 5. Механизм гидратации пульпозного ядра. В условиях нормы сила всасывания воды уравновешивает силу сжатия ядра при нормальной его гидратации (а); по мере возрастания сил сжатия наступает момент, когда давление извне превышает силу всасывания, и происходит вытеснение жидкости из межпозвоночного диска (б); в результате потери жидкости происходит возрастание силы всасывания воды и восстановление равновесия (в); уменьшение сил сжатия вызывает временное преобладание силы всасывания, в результате чего происходит увеличение содержания жидкости в ядре (г); повышение гидратация ядра (д) ведет к уменьшению силу всасывания и возвращению состояния равновесия (по Armstrong).
Рис. 6. Биомеханика межпозвоночных дисков – роль в передаче усилий и нагрузок, а также в поддержании вертикального положения
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. (рис. 5).
Тургор ядра изменчив в значительных пределах: при уменьшении нагрузки он повышается и наоборот (рис. 6). 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.
Пульпозное ядро выполняет три функции:
• является точкой опоры для вышележащего позвонка; утрата этого качества является началом целой цепи патологических состояний позвоночника;
• ядро выполняет роль амортизатора при действии сил растяжения и сжатия и распределяет силы эти равномерно во все стороны – по всему фиброзному кольцу и на хрящевые пластинки позвонков;
• оно является посредником в обмене жидкостей между фиброзным кольцом и телами позвонков.
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 (Ситель А.Б., 1999; Janda V, 1994). 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, они 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° (рис. 7). Резко выраженный наклон таза вызывает для сохранения равновесия поясничный лордоз.
Позвоночный столб можно рассматривать как эластическую колонну, составленную из множества элементов, опирающуюся на мышцы и 2 камеры – брюшную полость и грудную клетку.
Рис. 7. Пояснично–крестцовый угол составляет приблизительно 30° (а); влияние установки таза на величину физиологических искривлений позвоночника (б): нормальный лордоз (1); гиперлордоз (2) и слабо выраженный лордоз (3).
Рис. 8. Физиологическое «шинирование» поясничного отдела позвоночника под влиянием давления в полостях тела, которому содействует сзади стабилизирующий эффект мышц позвоночника и мышц туловища (по Armstrong, с изменениями).
По мере повышения давления в брюшной полости и трудно; и клетке в связи с сокращением соответствующих мышц происходит стабилизация позвоночника, – он получает опору в результате своеобразного «шинирования» (рис. 8). Давление в грудной клетке повышается в результате сокращения межреберных мышц, мышц плечевого пояса и диафрагмы. Давление внутри брюшной полости повышается в результате сокращения мышц живота и диафрагмы (основная роль в этом принадлежит поперечной мышце живота, прямая мышца обеспечивает упругость брюшной стенки) (рис. 9).
При физическом напряжении давление внутри грудной клетки становится ниже, чем в брюшной полости, но в грудной клетке оно поддерживается на более постоянном уровне. Однако, когда совершаемое усилие действует в течение длительного времени, давление внутри грудной клетки не может удерживаться на одном уровне в связи с истощением запаса поступившего при вдохе воздуха, в то время как внутрибрюшное давление может поддерживаться на высоком уровне продолжительный период времени.
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 (грыжи диска).
Желтые связки (всего 23 связки) располагаются сегментарно, начиная от первого шейного позвонка и до первого крестцового 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 движений тел позвонков, амплитуда которых контролируется межпозвоночными дисками;
• защищают спинной мозг непосредственно путем закрытия пространства между пластинками и косвенно посредством их эластической структуры, благодаря которой вовремя 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 (рис. 4).
Иннервация наружных отделов фиброзного кольца, задней продольной связки, надкостницы, капсулы суставов, сосудов и оболочек спинного мозга осуществляется синувертебральным нервом, 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, сравнивают с полостью сустава; замыкательные пластинки тела (а–в); механизм амортизации нагрузок, действующих на позвоночник (г), – показано изменение укладки волокон фиброзного кольца под действием нагрузки (по Calve, Calland).
Рис. 4. Форма межпозвоночных отверстий в поясничном отделе позвоночника и их отношение к нервным корешкам: лишь последнее отверстие почти полностью выполнено корешком. В остальных отверстиях имеется много свободного места (а); схема поясничного отдела позвоночника (б).
Рис. 5. Механизм гидратации пульпозного ядра. В условиях нормы сила всасывания воды уравновешивает силу сжатия ядра при нормальной его гидратации (а); по мере возрастания сил сжатия наступает момент, когда давление извне превышает силу всасывания, и происходит вытеснение жидкости из межпозвоночного диска (б); в результате потери жидкости происходит возрастание силы всасывания воды и восстановление равновесия (в); уменьшение сил сжатия вызывает временное преобладание силы всасывания, в результате чего происходит увеличение содержания жидкости в ядре (г); повышение гидратация ядра (д) ведет к уменьшению силу всасывания и возвращению состояния равновесия (по Armstrong).
Рис. 6. Биомеханика межпозвоночных дисков – роль в передаче усилий и нагрузок, а также в поддержании вертикального положения
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. (рис. 5).
Тургор ядра изменчив в значительных пределах: при уменьшении нагрузки он повышается и наоборот (рис. 6). 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.
Пульпозное ядро выполняет три функции:
• является точкой опоры для вышележащего позвонка; утрата этого качества является началом целой цепи патологических состояний позвоночника;
• ядро выполняет роль амортизатора при действии сил растяжения и сжатия и распределяет силы эти равномерно во все стороны – по всему фиброзному кольцу и на хрящевые пластинки позвонков;
• оно является посредником в обмене жидкостей между фиброзным кольцом и телами позвонков.
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 (Ситель А.Б., 1999; Janda V, 1994). 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, они 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° (рис. 7). Резко выраженный наклон таза вызывает для сохранения равновесия поясничный лордоз.
Позвоночный столб можно рассматривать как эластическую колонну, составленную из множества элементов, опирающуюся на мышцы и 2 камеры – брюшную полость и грудную клетку.
Рис. 7. Пояснично–крестцовый угол составляет приблизительно 30° (а); влияние установки таза на величину физиологических искривлений позвоночника (б): нормальный лордоз (1); гиперлордоз (2) и слабо выраженный лордоз (3).
Рис. 8. Физиологическое «шинирование» поясничного отдела позвоночника под влиянием давления в полостях тела, которому содействует сзади стабилизирующий эффект мышц позвоночника и мышц туловища (по Armstrong, с изменениями).
По мере повышения давления в брюшной полости и трудно; и клетке в связи с сокращением соответствующих мышц происходит стабилизация позвоночника, – он получает опору в результате своеобразного «шинирования» (рис. 8). Давление в грудной клетке повышается в результате сокращения межреберных мышц, мышц плечевого пояса и диафрагмы. Давление внутри брюшной полости повышается в результате сокращения мышц живота и диафрагмы (основная роль в этом принадлежит поперечной мышце живота, прямая мышца обеспечивает упругость брюшной стенки) (рис. 9).
При физическом напряжении давление внутри грудной клетки становится ниже, чем в брюшной полости, но в грудной клетке оно поддерживается на более постоянном уровне. Однако, когда совершаемое усилие действует в течение длительного времени, давление внутри грудной клетки не может удерживаться на одном уровне в связи с истощением запаса поступившего при вдохе воздуха, в то время как внутрибрюшное давление может поддерживаться на высоком уровне продолжительный период времени.
Мышцы
Сокращение межреберных мышц и мышц плечевого пояса придает грудной клетке ту самую жесткость и упругость, благодаря которой она может принять на себя часть давления, приходящегося на грудной отдел позвоночника. В результате нагрузка на него уменьшается практически вполовину, что уже немало. Подобным же образом брюшная полость (вследствие сокращения диафрагмы и мышц живота) разгружает поясничный отдел позвоночника. Этот механизм способен уменьшить давление, приходящееся на межпозвонковые диски поясничного отдела приблизительно на треть.
Каждый раз, когда нарушается симметричность активных усилий в аппарате равновесия, наступает изменение конфигурации позвоночника и наоборот. Основная роль в статике и динамике позвоночника принадлежит глубоким мышцам спины, в частности выпрямителю туловища. Этот мышечный тяж проходит по обе стороны остистых отростков от основания черепа до крестцовой кости. Главным антагонистом глубоких мышц спины является прямая мышца живота, называемая иначе сгибателем туловища.
Рис. 9. Мышцы, обеспечивающие стабильное положение головы, туловища и нижних конечностей, от которых в значительной степени зависит осанка.
Рис. 10. Силы, действующие на межпозвоночные диски и суставы, образованные отростками дужек, в положении максимального сгибания и разгибания. Показано вредное влияние сгибания – вытеснение студенистого ядра в направлении, позвоночного канала по механизму выдавливания косточки (по Gianturgo, с изменениями).
Обе антагонистические группы мышц действуют на противоположных концах двуплечевого рычага, точкой опоры которого является студенистое ядро межпозвоночных дисков. Прямая мышца живота и ее синергисты действуют со стороны длинного плеча силы, который образован ребрами, а выпрямитель туловища – со стороны плеча очень короткого, которое образовано поперечными и остистыми отростками и углами ребер. Синергистом мышц живота, кроме того, является сила тяжести содержимого грудной клетки и брюшной полости (рис. 10). Неудивительно, что для того, чтобы уравновесить действие мышц живота, выпрямитель туловища должен развивать усилие порядка 460 кг (Bradford). В результате межпозвоночные диски испытывают на себе огромную осевую нагрузку, которая в поясничном отделе позвоночника может достигать 400 кг, т.е. силы, достаточной для разрыва фиброзного кольца и выталкивания студенистого ядра наружу (чему и препятствуют мышцы брюшного пресса).
Каждый раз, когда нарушается симметричность активных усилий в аппарате равновесия, наступает изменение конфигурации позвоночника и наоборот. Основная роль в статике и динамике позвоночника принадлежит глубоким мышцам спины, в частности выпрямителю туловища. Этот мышечный тяж проходит по обе стороны остистых отростков от основания черепа до крестцовой кости. Главным антагонистом глубоких мышц спины является прямая мышца живота, называемая иначе сгибателем туловища.
Рис. 9. Мышцы, обеспечивающие стабильное положение головы, туловища и нижних конечностей, от которых в значительной степени зависит осанка.
Рис. 10. Силы, действующие на межпозвоночные диски и суставы, образованные отростками дужек, в положении максимального сгибания и разгибания. Показано вредное влияние сгибания – вытеснение студенистого ядра в направлении, позвоночного канала по механизму выдавливания косточки (по Gianturgo, с изменениями).
Обе антагонистические группы мышц действуют на противоположных концах двуплечевого рычага, точкой опоры которого является студенистое ядро межпозвоночных дисков. Прямая мышца живота и ее синергисты действуют со стороны длинного плеча силы, который образован ребрами, а выпрямитель туловища – со стороны плеча очень короткого, которое образовано поперечными и остистыми отростками и углами ребер. Синергистом мышц живота, кроме того, является сила тяжести содержимого грудной клетки и брюшной полости (рис. 10). Неудивительно, что для того, чтобы уравновесить действие мышц живота, выпрямитель туловища должен развивать усилие порядка 460 кг (Bradford). В результате межпозвоночные диски испытывают на себе огромную осевую нагрузку, которая в поясничном отделе позвоночника может достигать 400 кг, т.е. силы, достаточной для разрыва фиброзного кольца и выталкивания студенистого ядра наружу (чему и препятствуют мышцы брюшного пресса).
Движения позвоночника
Все движения в системе позвоночного столба совершаются одновременно в трех суставах, а именно в суставе между телами позвонков и в двух суставах, образованных отростками дужек.
Объем движений позвоночника зависит от пространственного расположения плоскостей суставов, образованных отростками дужек позвонков, а также от высоты и эластичности межпозвоночных дисков. Величина наклона тел позвонков прямо пропорциональна квадрату высоты межпозвоночного диска и обратно пропорциональна квадрату площади поперечного сечения тела позвонка. Иными словами, чем толще межпозвонковый диск и менее массивно тело позвонка, тем больше объем возможного движения. Высота межпозвоночных дисков является переменной величиной и зависит от различных факторов. Решающее влияние на высоту межпозвонкового диска оказывает состояние студенистого ядра, в частности количество содержащейся в нем воды. В период активного роста организма отмечается высокий уровень содержания воды в студенистом ядре; после 25 лет происходит снижение уровня гидратации, в результате чего снижается высота и растяжимость межпозвонковых дисков.
Что же касается площади поперечного сечения тел позвонков, то в численном выражении в шейном, грудном и поясничном отделах она составляет 225 мм2, 640 мм2 и 784 мм2 соответственно.
Вычисленная таким образом подвижность позвоночника не учитывает, конечно, объема движений заднего его отдела, образованного дужками позвонков и их отростками, с которыми эта общая подвижность позвоночника, естественно, тесно связана. В шейном отделе позвоночника межпозвонковые диски имеют большую высоту, а площадь поперечного сечения тел позвонков здесь невелика. В связи с этим в соответствии с правилом Durchmesser отдельные позвонки обладают значительным углом наклона относительно друг друга. Это обстоятельство, а также еще и выгодная конфигурация межпозвонковых суставов обеспечивают большую подвижность шейного отдела позвоночника как в сагиттальной (сгибание и разгибание), фронтальной (наклоны в стороны), так и в горизонтальной (круговые движения) плоскости. Необходимо добавить, что на подвижность шейного отдела позвоночника положительно влияет также большой диаметр позвоночного канала и межпозвонковых отверстий.
В грудном отделе соотношение высоты межпозвонковых дисков к площади поперечного сечения тел позвонков выглядит гораздо менее выгодно, и, кроме того, поверхности тел позвонков плоские, а не выпуклые, что значительно ограничивает подвижность тел позвонков относительно друг друга. Расположение суставных поверхностей отростков дужек во фронтальной плоскости затрудняет, кроме того, вращательные движения. Практически в грудном отделе позвоночника возможны лишь небольшие движения в сагиттальной плоскости.
В месте перехода грудного отдела в поясничный суставные отростки изменяют свое расположение: суставные поверхности их переходят из фронтальной плоскости в сагиттальную. В связи с тем, что здесь, как и в шейном отделе, суставные поверхности отростков дужек устанавливаются в плоскости, представляющей из себя сегмент круга, в поясничном отделе обеспечивается относительно большой объем движений при сгибании, наклонах в стороны и ротации.
Отношение высоты межпозвонковых дисков к диаметру тел позвонков в поясничном отделе позвоночника является менее выгодным, чем в шейном отделе, но более выгодным, чем в грудном отделе, что обеспечивает относительно большой объем движений. Принимая во внимание то, что суставы, образованные отростками дужек, располагаются в сагиттальной плоскости и разгибании, в то время как амплитуда вращательных движений и наклонов в стороны не так велика.
Объем сгибания и разгибания позвоночника, т.е. движений в сагиттальной плоскости, зависит главным образом от отношения высоты межпозвонкового диска к диаметру тела позвонка.
Амплитуда наклонов в стороны, т.е. движений позвоночника во фронтальной плоскости, зависит как от вышеупомянутых факторов, так и от направления плоскости, в которой располагаются поверхности суставов, образованных отростками дужек позвонков.
Объем вращательных движений (ротация) зависит в первую очередь от расположения суставных поверхностей отростков дужек. Суставы, поверхности которых располагаются в плоскости, представляющей из себя сегмент круга, обеспечивают большой объем вращательных движений.
Если направление движений лимитируется формой суставных поверхностей, то объем их ограничивается суставными капсулами и системой связок. Так, сгибания ограничивается желтыми, межостистыми и надостистыми связками, межпоперечными связками, а также задней продольной связкой и задней частью фиброзного кольца. Разгибание ограничено передней продольной связкой и передней частью фиброзного кольца (а также смыканием суставных, остистых отростков и дужек). Наклоны в сторону ограничиваются обеими продольными связками, боковыми участками фиброзного кольца, желтой связкой (с выпуклой стороны) и межпоперечными связками, а также суставными капсулами (в грудном отделе, кроме того, и ребрами).
Вращательные движения ограничиваются фиброзным кольцом и капсулами межпозвоночных суставов. Одновременно все движения и их амплитуда контролируются мышцами. Объем подвижности позвоночника изменяется с возрастом, причем характер этих изменений отчасти зависит от индивидуальных особенностей. Но в любом случае наибольший объем движений сохраняется в местах лордозов позвоночника, т.е. в шейном и поясничном его отделах. Размеры отдельных сагиттальных искривлений позвоночника взаимообусловлены в связи с необходимостью сохранения центра тяжести тела, кроме того, зависят от расы, пола и возраста.
Объем движений позвоночника зависит от пространственного расположения плоскостей суставов, образованных отростками дужек позвонков, а также от высоты и эластичности межпозвоночных дисков. Величина наклона тел позвонков прямо пропорциональна квадрату высоты межпозвоночного диска и обратно пропорциональна квадрату площади поперечного сечения тела позвонка. Иными словами, чем толще межпозвонковый диск и менее массивно тело позвонка, тем больше объем возможного движения. Высота межпозвоночных дисков является переменной величиной и зависит от различных факторов. Решающее влияние на высоту межпозвонкового диска оказывает состояние студенистого ядра, в частности количество содержащейся в нем воды. В период активного роста организма отмечается высокий уровень содержания воды в студенистом ядре; после 25 лет происходит снижение уровня гидратации, в результате чего снижается высота и растяжимость межпозвонковых дисков.
Что же касается площади поперечного сечения тел позвонков, то в численном выражении в шейном, грудном и поясничном отделах она составляет 225 мм2, 640 мм2 и 784 мм2 соответственно.
Вычисленная таким образом подвижность позвоночника не учитывает, конечно, объема движений заднего его отдела, образованного дужками позвонков и их отростками, с которыми эта общая подвижность позвоночника, естественно, тесно связана. В шейном отделе позвоночника межпозвонковые диски имеют большую высоту, а площадь поперечного сечения тел позвонков здесь невелика. В связи с этим в соответствии с правилом Durchmesser отдельные позвонки обладают значительным углом наклона относительно друг друга. Это обстоятельство, а также еще и выгодная конфигурация межпозвонковых суставов обеспечивают большую подвижность шейного отдела позвоночника как в сагиттальной (сгибание и разгибание), фронтальной (наклоны в стороны), так и в горизонтальной (круговые движения) плоскости. Необходимо добавить, что на подвижность шейного отдела позвоночника положительно влияет также большой диаметр позвоночного канала и межпозвонковых отверстий.
В грудном отделе соотношение высоты межпозвонковых дисков к площади поперечного сечения тел позвонков выглядит гораздо менее выгодно, и, кроме того, поверхности тел позвонков плоские, а не выпуклые, что значительно ограничивает подвижность тел позвонков относительно друг друга. Расположение суставных поверхностей отростков дужек во фронтальной плоскости затрудняет, кроме того, вращательные движения. Практически в грудном отделе позвоночника возможны лишь небольшие движения в сагиттальной плоскости.
В месте перехода грудного отдела в поясничный суставные отростки изменяют свое расположение: суставные поверхности их переходят из фронтальной плоскости в сагиттальную. В связи с тем, что здесь, как и в шейном отделе, суставные поверхности отростков дужек устанавливаются в плоскости, представляющей из себя сегмент круга, в поясничном отделе обеспечивается относительно большой объем движений при сгибании, наклонах в стороны и ротации.
Отношение высоты межпозвонковых дисков к диаметру тел позвонков в поясничном отделе позвоночника является менее выгодным, чем в шейном отделе, но более выгодным, чем в грудном отделе, что обеспечивает относительно большой объем движений. Принимая во внимание то, что суставы, образованные отростками дужек, располагаются в сагиттальной плоскости и разгибании, в то время как амплитуда вращательных движений и наклонов в стороны не так велика.
Объем сгибания и разгибания позвоночника, т.е. движений в сагиттальной плоскости, зависит главным образом от отношения высоты межпозвонкового диска к диаметру тела позвонка.
Амплитуда наклонов в стороны, т.е. движений позвоночника во фронтальной плоскости, зависит как от вышеупомянутых факторов, так и от направления плоскости, в которой располагаются поверхности суставов, образованных отростками дужек позвонков.
Объем вращательных движений (ротация) зависит в первую очередь от расположения суставных поверхностей отростков дужек. Суставы, поверхности которых располагаются в плоскости, представляющей из себя сегмент круга, обеспечивают большой объем вращательных движений.
Если направление движений лимитируется формой суставных поверхностей, то объем их ограничивается суставными капсулами и системой связок. Так, сгибания ограничивается желтыми, межостистыми и надостистыми связками, межпоперечными связками, а также задней продольной связкой и задней частью фиброзного кольца. Разгибание ограничено передней продольной связкой и передней частью фиброзного кольца (а также смыканием суставных, остистых отростков и дужек). Наклоны в сторону ограничиваются обеими продольными связками, боковыми участками фиброзного кольца, желтой связкой (с выпуклой стороны) и межпоперечными связками, а также суставными капсулами (в грудном отделе, кроме того, и ребрами).
Вращательные движения ограничиваются фиброзным кольцом и капсулами межпозвоночных суставов. Одновременно все движения и их амплитуда контролируются мышцами. Объем подвижности позвоночника изменяется с возрастом, причем характер этих изменений отчасти зависит от индивидуальных особенностей. Но в любом случае наибольший объем движений сохраняется в местах лордозов позвоночника, т.е. в шейном и поясничном его отделах. Размеры отдельных сагиттальных искривлений позвоночника взаимообусловлены в связи с необходимостью сохранения центра тяжести тела, кроме того, зависят от расы, пола и возраста.