Анатомо-физиологические особенности строения позвоночника

Возникновение заболеваний и повреждений позвоночника в определенной мере связано с целым рядом анатомических и функциональных особенностей опорно-двигательного аппарата, и в частности позвоночника. Формирование позвоночного столба и его функциональное совершенствование занимает весьма длительный период онтогенеза, заканчиваясь к 20-22 годам.

Основные функции позвоночного столба – опора, защита и движение. Каждая из этих функций осуществляется благодаря сложному взаимодействию структурных элементов позвоночника: позвонков, межпозвоночных дисков, связочно-суставного аппарата и мышц.

Каждый из элементов позвонка – тело, дужка и отростки – выполняет преимущественно одну функцию: тело позвонка является несущей конструкцией, дужка играет защитную роль, а система отростков осуществляет кинематическую функцию.

Опорной функции позвоночника способствует строение костной ткани позвонка, что позволяет позвонку к моменту завершения роста скелета выдерживать в вертикальном направлении нагрузку, в 3 раза больше, чем в поперечном направлении.

Проявлением несущей функции позвоночника является увеличение общей прочности позвонков от головы к тазу. Согласно экспериментальным данным различных авторов шейные позвонки выдерживают нагрузку до 150-350 кг, среднегрудные – до 200-800 кг, а поясничные – до 300-1300 кг.

Вместе с позвонками активную роль в осуществлении опорной и двигательной функции позвоночника играют межпозвоночные диски (которые в ортопедии называют «душой позвоночника»).Диск образован двумя хрящевыми пластинками со стороны верхнего и нижнего позвонков, фиброзным кольцом и студенистым ядром.

Фиброзное кольцо состоит из нескольких концентрически расположенных слоев коллагеновых волокон, взаиморасположение которых обеспечивает его высокую прочность и эластичность. Фиброзное кольцо образует прочное соединение с телами позвонков. Под действием динамических и функциональных нагрузок в процессе развития позвоночника направление коллагеновых волокон принимает оптимальную для функции ориентацию. Исследования показывают, что под действием осевой нагрузки такая ориентация может меняться, а вместе с ней меняется и эластичность кольца, тонко приспосабливаясь к нагрузке.

Студенистое ядро межпозвоночного диска участвует в статико-динамической функции позвоночника, являясь своеобразным суставом, обеспечивающим перемещение позвонков друг относительно друга. Кроме того, студенистое ядро амортизирует осевые нагрузки, приходящиеся на позвоночник. Наконец, оно участвует в соединении позвонков между собой. В целом межпозвоночный диск является шарнирным соединением, на котором происходит вращение позвонка.

Биомеханические исследования показали, что диски играют особую роль в предотвращении излишней ротации позвоночника:при повороте тела диск деформируется не по типу скручивания, а по типу скольжения, так как ось вращения проходит через основание остистого отростка. Поэтому верхний позвонок при ротации позвоночника поворачивается по этой оси, скользя по нижнему и сдвигаясь в сторону. Фиброзное кольцо амортизирует и гасит это движение. Таким образом, фиброзное кольцо вместе со студёнистым ядром представляют собой как бы напряжённую конструкцию, обеспечивающую возврат в исходное состояние без дополнительных усилий.

Эти механические свойства образования «фиброзное кольцо-студенистое ядро» поддерживаются своеобразной гидродинамической системой студенистого ядра и окружающих тканей.. При увеличивающейся статической нагрузке на позвоночник межпозвоночный диск - благодаря проницаемости хрящевых пластинок и фиброзного кольца - теряет микромолекулярные вещества, переходящие в околодисковое пространство. Способность удерживать воду при этом снижается, объем диска уменьшается. Наоборот, при снятии нагрузки диффузия происходит в обратном направлении, гидрофильность тканей увеличивается, студенистое ядро разбухает. Благодаря такой саморегулирующей системе межпозвоночный диск хорошо адаптируется к действию различных по величине нагрузок.

Связочный аппарат позвоночника также имеет ряд существенных особенностей. Он активно участвует в статике. Передняя и задняя продольные связки межпозвоночного симфиза ограничивают наклона туловища в переднезаднем направлении, а короткие связки между дугами и отростками – в боковом и горизонтальном, гася взаимосмещение позвонков. Стабилизирующая функция связочного аппарата осуществляется не пассивно, а активно.

При вертикальной позе устойчивое положение тела сохраняется не только за счет суставно-связочного аппарата позвоночника, но и, главным образом, за счет работы мышц. Наибольшую роль в сохранении вертикальной позы играют мышцы, выпрямляющие позвоночник. Одновременно задействованы и подвздошно-поясничные мышцы, действующие как сгибатели туловища. Роль и место работы мышц при сохранении вертикальной позы не ограничиваются деятельностью мышц, выпрямляющих позвоночник и подвздошно-поясничных. Morris, Lucas и Bresler считают, что позвоночник не является единственной опорой туловища: в удержании тела человека в вертикальном положении значительное участие принимают грудная и брюшная полости. Они играют роль своеобразных гидродинамических опор, заполненных воздухом и жидкостью. Роль этих «цилиндров» – как опорных элементов – особенно велика при поднятии тяжестей, так как в это время благодаря работе мышц туловища, в первую очередь мышц брюшного пресса, жесткость стенок «цилиндров» увеличивается и давление в грудной и брюшной полостях возрастает. По данным А.И. Казьмина и соавт. нагрузка на грудной отдел позвоночника при этом снижается до 50%, а на поясничный – до 70%.

Движения позвоночника совершаются в трех плоскостях: во фронтальной – боковые наклоны, в сагиттальной – сгибание и разгибание, в горизонтальной – повороты туловища относительно продольной оси.

Рассмотренные анатомо-физиологические и статико-динамические особенности позвонков, межпозвоночных дисков и связочного аппарата позвоночника позволяют более четко представить его опорную функцию. Она осуществляется за счет всех структурных компонентов и изменяется в процессе индивидуального развития.