Анатомо-физиологические особенности позвоночника

Позвоночник человека является центральной осью тела, сложной по конструкции системой, выполняющей очень важные функции: является опорой тела, в положении стоя, сидя; служит основанием для прикрепления костей и мышц верхних и нижних конечностей; защищает спинной мозг от повреждений является составной частью задних стенок грудной, брюшной и тазовой полостей; участвует в движении головы и туловища. Нагрузки на различные сегменты позвоночного столба возрастают по мере приближения к его основанию, которым является таз. Чтобы справиться со своими функциями, позвоночник должен одновременно обладать прочностью и эластичностью, а также подвижностью во многих плоскостях. Эластичность позвоночника обеспечивается в основном межпозвоночными дисками (Стояновский Д. Н. 2002). Позвоночный столб состоит из 33- 34 метамерно расположенных друг над другом позвонков. На основании их морфологических и функциональных особенностей в позвоночном столбе различают 5 отделов: шейный- состоящий из 7 позвонков, грудной- из 12, поясничный- из 5, крестцовый- из 5 и копчиковый из 4-5 сросшихся позвонков.

Позвонки отдельных сегментов позвоночного столба имеют разную в зависимости от назначения и функций, специфичных для каждого отдела позвоночного столба.

Позвонки состоят из двух основных частей: массивного, цилиндрической формы тела и тонкой дужки, имеющей высокодифференцированную форму. Обе части образуют канал, в котором  проходит спинной мозг. Каждая дужка имеет 7 отростков: сзади- остистый, с боков- поперечные, а сверху и снизу- парные верхние и нижние суставные отростки. Тела позвонков приспособлены к тому, чтобы нести на себе тяжесть тела, они выполняют роль опоры. Хрящевые замыкательные пластинки защищают губчатое вещество тел позвонков от чрезмерного давления, а также выполняют роль посредника в обмене жидкости между телами позвонков и межпозвоночными дисками. Дужки предназначены для механической защиты (с трех сторон) спинного мозга и сочленения отдельных позвонков между собой с помощью суставов. Остистые и поперечные отростки являются местом прикрепления межпозвонковых связок, а также выполняют роль рычагов для мышц позвоночника. Каждый отдел позвоночника имеет свои отличительные черты. Шейные позвонки по строению несколько отличаются от всех остальных: первый шейный позвонок (атлант) не имеет тела, в нем выделяют переднюю и заднюю дуги, а с боков - боковые массы. Поперечные отростки всех шейных позвонков имеют отверстия (других позвонках они отсутствуют), которые накладываясь друг на друга, образуют костный канал, в котором проходит нервно- сосудистый пучок. Выступающие над дугами позвонков и под ними суставные отростки, сочленяясь, образуют дугоотростчатые суставы. Суставные поверхности на этих отростках расположены в горизонтальной плоскости. Другой важной особенностью шейных позвонков является наличие широкого и изогнутого поперечного отростка.

В отличии от шейных и поясничных позвонков на телах и поперечных отростках грудных позвонков имеются реберные ямки, сочленяющиеся с головками и бугорками ребер. Рёберно-позвоночные суставы соединяют ребра с телами и поперечными отростками позвонков. Остистые отростки грудных позвонков опущены вниз и черепицеобразно накладываются друг на друга.

Поясничный отдел позвоночника имеет характерную особенность строения позвонков: они массивнее, крупнее, чем позвонки других отделов. Вертикальное расположение суставных отростков обуславливает сагиттальное направление плоскости, в которой располагаются поверхности межпозвонковых суставов.

Крестцовая кость - образована пятью крестцовыми позвонками, которые окончательно срастаются между собой на 20-25 годах жизни. Крестец придает этому отделу позвоночника большую прочность. Он имеет треугольную форму, его тазовая поверхность вогнутая, дорсальная- выпуклая. Вместе с двумя тазовыми костями крестцовая кость образует таз, представляющий своего рода опорный мост для позвоночного столба.

Копчик- кость из сросшихся еще в постнатальный период рудиментарных копчиковых позвонков.

Позвоночник человека в сагиттальной плоскости образует 4 изгиба: 2 обращенных выпуклостью кпереди (шейный и поясничный лордоз) и 2 обращенных выпуклостью кзади (грудной и крестцовый кифоз). За счет изгибов обеспечивается гибкость позвоночника, они смягчают толчки и сотрясения вдоль позвоночника во время прыжков, бега и ходьбы. Начало формирования физиологических изгибов позвоночника относится к периоду грудного возраста. Приблизительно к 3 месяцам жизни у ребенка формируются шейный лордоз под влиянием работы мышц шеи и спины, когда он приподнимает голову, лежа на животе и сохраняя данное положение. К 6 месяцам жизни у ребенка начинает формироваться грудной кифоз с развитием умения сидеть и длительно сохранять сидячую позу. К 9-10 месяцам начинает формироваться поясничный лордоз под действием мышц, обеспечивающих вертикальное положение туловища и конечностей во время стояния и ходьбы. Формирование физиологических изгибов продолжается до 7 лет, но имеет еще неустойчивый характер (Попов С. Н. 2004). Грудная клетка состоит из грудины и 12 пар ребер. Верхние пары ребер сзади прикреплены к позвоночнику, а впереди- к грудине. Следующие три пары прикреплены только к позвоночнику и закругляются спереди к грудине. И, наконец, две пары нижних ребер, они не доходят до передней части грудной клетки. Над ребрами к грудине крепятся две ключицы, сзади к которым прикреплены лопатки. Форму взрослого человека грудная клетка приобретает в 12- 13 лет.

С развитием ребенка происходит изменение формы и размера таза под влиянием самых разнообразных факторов: под влиянием давления, оказываемого массой тела и органами брюшной полости, под воздействием мышц, в результате давления головки бедренной кости, под влиянием половых гормонов и т. д.. В результате этих разнообразных воздействий увеличивается передне-задний диаметр таза (с 2,7 см у новорожденного до 9,5 см в 12 лет). После 9 лет отмечается разница в форме таза у мальчиков и девочек: у мальчиков таз более узкий и высокий, чем у девочек. Таким образом, развитие и рост скелета далеко еще не закончены, поэтому любая причина или их совокупность могут вызвать деформацию позвоночника (Леонтьева Н.Н. 1986).

Вместе с позвонками активную роль в осуществлении опорной и двигательной функций позвоночника играют межпозвоночные диски. Они выполняют следующие функции: соединяют тела позвонков, образуют суставы между телами позвонков и несут на себе тяжесть тела. Благодаря особенностям своего строения (диски имеют большую высоту в шейном и поясничном отделах позвоночника, где он наиболее подвижен) они обеспечивают определенную динамику позвоночника, а также определяют его конфигурацию (шейный и поясничный лордоз связан помимо прочего, с большей высотой дисков спереди). Диски имеют разную высоту: в шейном отделе приблизительно 4 мм, а в поясничном - около 10 мм. 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. Под действием динамических и функциональных нагрузок в процессе развития позвоночника ребенка направление коллагеновых волокон принимает оптимальную для функции ориентацию. 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. В целом межпозвоночный диск является шарнирным соединением, на котором происходит вращение позвонка. Биомеханические исследования показали, что диски играют особую роль в предотвращении излишней ротации позвонка: при повороте тела диск деформируется не по типу скручивания, а по типу скольжения, т. к. 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 студенистым ядром представляет собой как бы напряженную конструкцию, обеспечивающую возврат в исходное состояние без особых усилий. При увеличении статических нагрузок межпозвоночный диск благодаря проницаемости хрящевых пластинок и фиброзного кольца теряет микромолекулярные вещества, переходящие околодисковое пространство. Способность удерживать воду при этом уменьшается; объём диска уменьшается наоборот, при снятии нагрузки , диффузия происходит в обратном направлении, гидрофильность тканей увеличивается, студенистое ядро разбухает. Межпозвоночные диски ребенка по своему составу отличаются от таковых у взрослых. В студенистом ядре диска содержится до 90% воды. Содержание жидкости по мере роста позвоночника уменьшается, достигая 60%. Более высокое содержание воды в межпозвоночных дисках ребенка обуславливает их высокую эластичность и функциональную нестабильность[9].

Все позвонки соединены между собой при помощи не только хрящей и суставов, но и связок и мышц, которые могут быть изменены в сторону расслабления или гипертрофии. Связочный аппарат позвоночника активно участвует в статике. Передняя и задняя продольные связки ограничивают наклоны туловища в передне- заднем направлении, а короткие связки между дугами и отростками в боковом и горизонтальном, гася взаимосмещение позвонков. Стабилизирующая функция связочного аппарата осуществляется не пассивно, а активно. Об этом свидетельствует возникающее при перемещении позвонков напряжение эластических волокон, что позволяет связкам позвоночника адекватно реагировать на изменение положения тела в пространстве. В детском возрасте связки отличаются высокой эластичностью и растяжимостью. Вместе с эластичностью межпозвоночных дисков- это фактор, обеспечивающий высокую подвижность позвоночника у ребенка, а в патологических условиях- его нестабильность. Так, у детей 8-9 лет, по данным Садофьевой В.И. (1985) объем движений позвоночника во всех плоскостях превышает таковой у взрослых на 8- 11*.

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

Скелетные мышцы активно участвует в организации движения. Любая двигательная реакция организма осуществляется при участии мышц, которые превращая скелет в систему рычагов, способствуют перемещению тела в пространстве. 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 с этим выявлены напряжение и повышенная эластическая активность подвздошно-поясничных мышц, действующих как сгибатели позвоночника (Попов Н.С. 2004).

От черепа до крестца остистые отростки позвоночных дуг оплетаются мощными межостистыми, поперечно-остистыми и межпоперечными мышцами. Симметрично вдоль позвоночника проходят длиннейшие мышцы спины и выпрямитель позвоночника, которые участвуют в разгибании туловища. К глубоким мышцам туловища также относятся короткие затылочно-позвоночные мышцы; мышцы, поднимающие ребра; подвздошно-реберная мышца; квадратная мышца поясницы, подвздошно-поясничная мышца. Поверхностные мышцы спины: трапециевидная и дельтовидная – подъем, опускание и вращение плеча, большая и малая круглые мышцы вращения предплечья, верхняя и нижняя ромбовидные мышцы, задняя зубчатая мышца, мышца, поднимающая лопатку, широчайшая мышца спины – движения корпуса, большая ягодичная мышца управляет наклонами вперед и выпрямлением, внутренняя и наружная косые мышцы живота – повороты туловища влево, вправо.

Мышцы грудной клетки также делятся на поверхностные и глубокие. поверхностные мышцы – это большая грудная мышца приводит руку к туловищу, вращает ее внутрь, при фиксации верхней конечности участвует в акте дыхания. Передняя зубчатая мышца – движения ребер, малая грудная мышца – оттягивает лопатку вперед и вниз, подключичная мышца – тянет ключицу вперед, вниз, к середине. При сокращении наружных мышц происходит вдох, а внутренних – выдох. Межреберные промежутки заполнены межреберными мышцами, которые расположены двумя слоями (наружные и внутренние межреберные мышцы), между которыми проходит сосудисто-нервный пучок. Кожа на передней и боковой поверхностях грудной клетки тонкая и легко собирается в складки [37].

Грудная клетка отделяется от брюшной полости мышечно-сухожильной перегородкой (диафрагмой) через отверстие, в котором проходят пищевод, сосуды и нервы. Переднюю и боковые стенки брюшной полости составляют мышцы, а заднюю – позвонки и мышцы. Мышцы живота: наружные и внутренние, косые, поперечные и прямая мышца живота, квадратная мышца живота.

Наружная косая мышца живота широким пластом идет снаружи внутрь и сверху вниз. Начинается зубцами от восьми нижних ребер, ее задние пучки прикрепляются к гребню подвздошной кости, кпереди и книзу мышца переходит в апоневроз.

Мышцы образуют стенки брюшной полости, участвуют в движении (поворотах, наклонах туловища). Все эти мышцы образуют брюшной пресс, способствуют поддержанию внутрибрюшного давления, участвуют в акте мочеиспускания, дефекации, родах.

Позвоночник составляет с системой кровообращения и нервно-мышечной системой единую биологическую функциональную систему, которая очень быстро реагирует на любое заболевание организма. Эта система регулирует деятельность внутренних органов и периферических нервов. Если же важная составляющая этой системы – позвоночник – заболевает, нарушается и деятельность периферических нервов и внутренних органов. В результате нарушения функциональной целостности происходят не только изменения в позвоночном двигательном сегменте, но и в магистральных сосудах, расположенных вблизи сегмента.