АНАТОМО-БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЗВОНОЧНИКА Печать

Позвоночный столб состоит из 33-34 позвонков. Шейные, грудные и поясничные позвонки относятся к истинным, а крестцовые и копчиковые – к ложным.
 Каждый позвонок (за исключением позвонка СI- атланта) состоит из расположенного спереди тела и отходящих ножек, которые, соединяясь в виде дуги, замыкают позвоночное отверстие. Расположенные одно над другим, они в совокупности образуют позвоночный канал, в котором находится спинной мозг. Верхняя граница спинного мозга располагается на уровне позвонка С1, нижняя – на уровне позвонков LI- LII. Пространство между стенками позвоночного канала и спинным мозгом заполнено жировой тканью, оболочками мозга, между листками  которых циркулирует спинномозговая жидкость. В спинном мозге выделяют шейный, грудной, поясничный и крестцовый отделы, а также сегменты – отрезки спинного мозга, дающие начало одной паре спинномозговых нервов. Участки дуг, расположенных ближе к телу позвонка, сужены. Такие участки двух смежных позвонков ограничивают межпозвоночные отверстия, через которые из позвоночного канала выходят спинномозговые нервы, направляющиеся на периферию и заканчивающиеся в коже, мышцах, слизистых оболочках и т.д. особыми образованиями, воспринимающими раздражение, - рецепторами.


 Остистые и поперечные отростки позвонков можно рассматривать как своеобразные рычаги, обеспечивающие двигательную функцию позвоночника. Позвонки прочно, но вместе с тем подвижно соединены между собой межпозвоночными дисками и суставами, а также связочным аппаратом, ограничивающим движения в позвоночных двигательных сегментах.

Шейный отдел позвоночника представлен  семью позвонками. Два верхних позвонка обеспечивают возможность вращения головы в горизонтальной плоскости, поэтому они часто называются вращательными. Позвонок   СI соединяется с черепом с помощью атлантозатылочного сустава, образованного суставными ямками боковых масс атланта и мыщелками затылочной кости. Атлант и череп вращаются единым боком. Ротационные движения осуществляются за счет атлантоосевого соединения, включающего парные латеральные суставы между суставными поверхностями позвонков  СI – СII , а также непарный срединный    сустав между суставной ямкой на дуге атланта и зубовидным отростком позвонка СII. Межпозвоночный диск на этом уровне отсутствует. Все последующие шейные позвонки соединены между собой межпозвоночными дисками. Позвонки С3 – С7 обеспечивают сгибание и разгибание шеи и поэтому называются сгибательными. Боковые части тел шейных позвонков образуют выступы, охватывающие тело вышележащего позвонка. На участке их контакта с телами вышележащих позвонков, формируются унковертебральные суставы, содержащие суставной хрящ и капсулу. Наличие последних позволяет осуществлять, кроме движений в сагиттальной плоскости, боковые наклоны шеи с достаточно большой амплитудой. В клинической практике имеет значение тот факт, что в зависимости от вариантов разрастания крючковидных отростков, образующих этот сустав, могут раздражаться или травмироваться позвоночная артерия и корешки. Поперечные отростки шейных позвонков имеют отверстия. Располагаясь одно над другим, они образуют канал, в котором проходят позвоночная артерия, вена и симпатический нерв, берущий начало от шейно-грудного ганглия. Учет взаимоотношений этих анатомических структур с костными разрастаниями при унковертебральных артрозах, а также с межпозвоночными дисками имеет важное значение для понимания циркуляторных и неврологических осложнений. Многие авторы отмечают, что задние грыжи межпозвоночных дисков в шейном отделе позвоночника встречаются редко и связывают это с достаточной плотностью продольной связки и относительно небольшими размерами межпозвоночных дисков. Сдавление корешков и сосудов может быть обусловлено уменьшением размеров горизонтальных и вертикальных межпозвоночных отверстий из-за уплощения диска. Однако главной причиной неврологических расстройств является унковертебральный артроз.
 При слабости сумочно-связочного аппарата различной этиологии в момент разгибания и переразгибания шейного отдела позвоночника возникает подвывих дугоотростчатых суставов, который в свою очередь, приводит к деформации и травматизации позвоночной артерии и окружающего ее симпатического сплетения. Следует обратить внимание на то, что разгибание шеи при остеохондрозе неблагоприятно и по другой причине – оно сопровождается уменьшением межпозвоночных отверстий.

 Анатомо-биохимической особенностью грудного отдела позвоночника в известной мере является то, что суставные отростки тел позвонков соединяются во фронтальной плоскости, а ребра, соединяясь с позвонками, создают жесткую систему, ограничивающую наклоны позвоночника и воспринимающую на себя часть нагрузки. Относительно небольшая высота межпозвоночных дисков в этом отделе существенно сказывается на амплитуде движений, которая составляет в каждом двигательном сегменте 3-7º. Все это создает относительно благоприятные биомеханические условия функционирования и уменьшает предпосылки для развития остеохондроза.
 Сгибание осуществляется главным образом за счет подвижности нижних грудных позвонков.  Грыжа межпозвоночного диска в грудном отделе позвоночника наблюдается сравнительно редко, может возникнуть на любом уровне, но чаще- в нижнем участке этого отдела вследствие его большей подвижности.
 Частым спутником остеохондроза грудного отдела позвоночника  является артроз реберно-позвоночных суставов. Если учесть, что паравертебральные симпатические ганглии, образующие симпатический ствол, располагаются на уровне этих суставов, (спереди от головок ребер), то становится ясной причина опоясывающих межреберных невралгий с вазомоторными вегетативными реакциями при поражении этого отдела позвоночника.
В силу физиологического грудного кифоза и более значительных нагрузок на передние отделы   тел позвонков создаются условия, при которых раньше всего развиваются дегенеративные изменения в этих отделах тел и протрузии межпозвоночных дисков кпереди. Это играет важную роль в патогенезе вегетативных расстройств, которые формируются в результате раздражения этими образованиями пограничных симпатических стволов, их поперечных анастомозов, а также симпатических окончаний, которыми обильно снабжены эти отделы позвоночника.
 Дегенеративно-дистрофические изменения наиболее часто развиваются в поясничном отделе позвоночника. Главным источником неврологических осложнений остеохондроза этого отдела, в отличие от  остеохондроза шейного и грудного отдела позвоночника, является грыжа межпозвоночного диска. Ее возникновению способствуют прежде всего особые условия функционирования: более высокие нагрузки на межпозвоночные диски в сочетании со значительными амплитудами перемещений элементов, составляющих позвоночный двигательный сегмент. Следует учесть и то, что необходимость высокоамплитудных движений связана с выполнением большинства бытовых и рабочих актов.
 Большая частота образования грыжи связана также с некоторыми анатомическими особенностями, прежде всего, с большей, чем в других отделах  позвоночника, высотой межпозвоночных дисков.

 В механогенезе грыж поясничного отдела позвоночника важная роль отводится задней продольной связке, которая на протяжении всего позвоночника создает дополнительное сопротивление смещающемуся фиброзному кольцу, а при протрузии диска – смещению грыжевого выпячивания. На уровне верхних поясничных позвонков эта связка достаточно мощная и представляется тяжом шириной 8-15 мм. На уровне позвонка LIII она суживается до 3 -10 мм и особенно слабой становится на уровне позвонка LV, где ширина ее составляет 1-4 мм. Поэтому в нижнем поясничном отделе наиболее часто развиваются грыжевые выпячивания, так как задняя продольная связка не является достаточным сопротивлением смещающимся тканям.
 В формировании неврологических расстройств определенное значение имеет уменьшение размеров межпозвоночных отверстий, связанное с уплощением межпозвоночных дисков. Уменьшение размеров межпозвоночных отверстий как причина корешковых симптомов может возникнуть в результате комплексного воздействия ряда факторов: выступающего в межпозвоночное отверстие грыжевого выпячивания или остеофита, уменьшения вертикального и поперечного размеров межпозвоночного отверстия как за счет оседания диска, так и вследствие взаимного смещения суставных отростков, и , наконец, увеличения поперечного размера самого корешка. Последнее является результатом застойных сосудистых  изменений, отека, развития асептического воспаления и перирадикулярного спаечного процесса вследствие компрессии и хронического механического раздражения в результате перегибов, растяжений, особенно при нестабильности позвоночных сегментов.
 Способность позвоночника смягчать действующие статические и динамические нагрузки, достигающие на этом уровне наиболее высоких значении (часто нескольких сотен килограммов), и противостоять им, обеспечивается в первую очередь функцией межпозвоночных дисков.

Межпозвоночные диски представляют собой своеобразный гидроамортизатор, функция которого обеспечивается тесной взаимосвязью механических, химических и физико-химических свойств и процессов. Межпозвоночный диск состоит из замыкающих пластинок, примыкающих непосредственно к телам позвонков, фиброзного кольца и размещенного в его центральной части студенистого ядра.
 Фиброзное кольцо имеет несколько слоев, в которых коллагеновые волокна, сцементированные аморфным основным веществом белково-полисахаридной природы, расположены концентрически. Переплетаясь и перекрещиваясь между собой, они внедряются в замыкающие пластинки и крепко срастаются с телами позвонков. Ориентация волокон в различных слоях кольца неодинакова: во внешнем слое – более вертикальная, а по мере приближения к центру – горизонтальная. Направление хода волокон в смежных слоях противоположное. В состав фиброзного кольца, кроме коллагеновых, входят и гибкие эластиновые волокна. Эластичность фиброзного кольца определяется высокой прочностью на растяжение коллагеновых волокон, упругостью эластиновых волокон, способностью этих структур менять свою ориентацию под действием нагрузки. В середине фиброзного кольца, как уже было сказано, находится студенистое ядро. Объем его равен 1-1.5 см3, а поверхность составляет примерно 30-50 % поперечного сечения диска. На разъединенных позвонках студенистое ядро оказывается выстоящим над уровнем межпозвоночного диска на 1- 1.5 мм. В естественных условиях его выступанию препятствуют связки, находящиеся в предварительно напряженном состоянии и сжимающие позвонки. Содержимое студенистого ядра, окруженное плотной капсулой, представляет собой бесцветную массу, которая состоит из фибробластов, хондроцитов,  коллагеновых волокон и основного вещества большим содержанием гиалуроновой кислоты, пролина и кислых гликозаминогликанов. Последние обеспечивают способность ядра адсорбировать и удерживать воду. Предполагается, что связывающее вещество в фиброзном кольце и студенистом ядре действует не только как матрикс, в котором уложены коллагеновые волокна и клеточные элементы – фибробласты и хондроциты, но также как  разделяющая вязкая среда, которая, проникая при сжатии в щели сети, образуемой волокнами коллагена, погашает и более равномерно распределяет нагрузку, передающуюся с позвонка на позвонок.

 При остеохондрозе, как показали специальные исследования, в измененном межпозвоночном диске при равных нагрузках такое просачивание основного вещества осуществляется свободнее, в результате чего снижается упругость диска и растет его ползучесть. В формирование амортизационно-механических свойств фиброзного кольца особое значение имеет характер водного обмена, на который влияют гормоны щитовидной железы, надпочечников, гипофиза и особенности нагрузок на позвоночник. Установлено, что наиболее богата водой и минеральными веществами ткань дисков людей в возрасте 18-23 лет. В этом же возрасте прочность межпозвоночных дисков достигает максимальных значений. В последующие возрастные периоды содержание солей и воды в тканях межпозвоночных дисков постепенно уменьшается, причем особенно интенсивно у мужчин старше 35 лет и у женщин старше 45 лет.
 Соответственно, меняются прочностные характеристики и упругость этих образований. Это особенно четко прослеживается по изменению внутренних напряжений в студенистом ядре. Его значения могут меняться у здорового человека в течение дня в зависимости от характера и величины нагрузок, действующих на позвоночник, от возраста,  а  также выраженности дегенеративно-дистрофических изменений в межпозвоночных дисках. У больных с выраженными  признаками дегенерации дисков независимо от положения тела внутридисковое давление остается низким. Такой результат может быть объяснен лишь отсутствием или крайне низким содержанием в межпозвоночном диске воды, обеспечивающей равномерное распределение давление по его объему. Отсюда вытекает также и то, что в фиброзированном дегидратированном диске распределение давления неравномерное.
 При остеохондрозе происходит также существенное изменение и других механических свойств межпозвоночных дисков: возрастает относительная деформация и уменьшается модуль упругости. Таким образом, межпозвоночный диск, с биомеханической точки зрения, следует рассматривать как гидродинамическую систему, свойства которой связаны с метаболическими процессами в его тканях и условиями функционирования. Кинематическая схема такого гидродинамического амортизатора выглядит как цепь последовательной трансформации приложенных усилий по величине и направлению. При сжатии позвонков давление на фиброзное кольцо передается не непосредственно с тела позвонка, а через студенистое ядро, поскольку его уровень несколько выше уровня фиброзного кольца. Возникающее в равномерно и достаточно гидратированном студенистом ядре давление передается с равной силой во все стороны, в том числе и на фиброзное кольцо, трансформируясь из вертикального в горизонтальное. Тангенциальное растяжение кольца и его структурных элементов – коллагеновых и эластиновых волокон- возбуждает упругие силы, которые в свою очередь препятствуют деформации студенистого ядра. Упругое сопротивление фиброзного кольца при нагрузке обеспечивается не столько растяжением, сколько изменением ориентации его коллагеновых волокон. Оба механизма, дополняя друг друга, обеспечивают минимальные деформации фиброзного кольца в ответ на относительно высокие осевые нагрузки. В естественных условиях роль студенистого ядра не ограничивается смягчением действующих на позвоночник статических и динамических нагрузок. Оно способствует более равномерному распределению напряжений в фиброзном кольце. При остеохондрозе студенистое ядро, утратившее упругие качества,  не может преобразовывать вертикальную осевую нагрузку позвонков в эксцентрические усилия, создающие боковое давление на стенки фиброзного кольца. 
Поскольку фиброзное кольцо не растягивается, то коллагеновые и эластиновые волокна перестают играть присущую им роль упругих элементов, амортизирующих нагрузки, воспринимаемые студенистым ядром. Они просто сжимаются в окружающем их гомогенном веществе вертикально направленными усилиями,  что сопровождается уменьшением их высоты.

 Таким образом дегенерация диска в условиях статической нагрузки приводит к уменьшению высоты межпозвоночного промежутка и выпячиванию фиброзного кольца за пределы замыкающих пластинок. Значительные деформации фиброзного кольца и студенистого ядра приводят к появлению в них трещин и радиальных разрывов, что является одной из причин раздражения заложенных в них рецепторных окончаний. Появление повышенных нагрузок и напряжений на передние отделы фиброзного кольца (в связи с потерей функции студенистого ядра), при каждом наклоне туловища или поднятии тяжести ведет к перемещению кзади жидкой фазы тканей, образующих фиброзное кольцо. Давление выпавшего фиброзного кольца на заднюю продольную связку ведет к раздражению иннервирующих ее окончаний, нарушению кровообращения, ликвороциркуляции, венозному застою, которые сами по себе могу стать причиной боли и вегето-сосудистых нарушений. Наконец, при прогрессировании процесса, в момент резких движений, поднятия тяжести и т.п. образуется грыжа диска.

 Следует иметь в виду ,что корешковый синдром может наблюдаться и при отсутствии грыжи диска. Уменьшение высоты диска и соответственно межпозвоночных отверстий, нарушение ликвороциркуляции,  венозный застой и отек корешков вместе взятые порождают аналогичные условия с типичной клиникой раздражения корешков спинномозговых нервов. Параллельно с уменьшением высоты межпозвоночных дисков развивается функциональная недостаточность связочного аппарата в результате сближения участков прикрепления связок на дугах и остистых отростках позвонков. Сближаются также точки прикрепления передней и задней продольных связок, вплетающихся в тела позвонков. В результате этого развивается нестабильность позвоночных двигательных сегментов, проявляющаяся смещением позвонков относительно друг друга в горизонтальной плоскости в пределах 3-5 мм. Из –за патологической подвижности тел смежных позвонков и хронического раздражения развивается склероз замыкающих пластинок, появляются краевые костные разрастания как проявления компенсаторно- приспособительных реакций. Вследствие подвывиха в межпозвоночных суставах, постоянной травматизации суставных отростков развивается спондилоартроз. Слабость связочного аппарата приводит к дополнительным нагрузкам на мышцы спины, поэтому для таких больных  характерно их напряжение и быстрая утомляемость.
 Довольно типичны для больных с такими грыжами пояснично-крестцового отдела позвоночника так называемые анталгические сколиозы. Ведущим фактором их формирования является рефлекторная реакция мышечного аппарата, в результате которой позвоночнику придается положение, необходимое для уменьшения натяжения корешка. Дегенеративно-дистрофический процесс является необратимым и завершается замещением основных элементов межпозвоночного диска соединительной тканью. Межпозвоночные диски, потерявшие свойства гидроамортизатора и превратившиеся в полужесткую прокладку, не способны эффективно выполнять антигравитационную роль.

< Предыдущая   Следующая >