Anatomiczno-biomechaniczne cechy kręgosłupa

Kręgosłup należy rozpatrywać pod kątem anatomicznym (biomechanicznym) i funkcjonalnym.

Anatomicznie kręgosłup składa się z 32, czasami 33 pojedynczych kręgów, połączonych ze sobą za pomocą krążków międzykręgowych (art. intersomatica), które stanowią synchondrozę, oraz stawów (art. intervertebrales). Stabilność lub jędrność kręgosłupa zapewnia silny aparat więzadłowy łączący trzony kręgów (lig. longitudinale anterius et posterius) oraz torebka stawów międzykręgowych, więzadła łączące łuki kręgowe (lig. flava), więzadła łączące wyrostki kolczyste (lig. supraspinosum et intraspinosum).

Z punktu widzenia biomechanicznego kręgosłup jest jak łańcuch kinematyczny składający się z pojedynczych ogniw. Każdy kręg łączy się z sąsiednim w trzech punktach:

W dwóch stawach międzykręgowych z tyłu i przy trzonach (przez krążek międzykręgowy) z przodu.

Połączenia między wyrostkami stawowymi tworzą prawdziwe stawy.

Kręgi ułożone jeden nad drugim tworzą dwie kolumny – przednią, zbudowaną z trzonów kręgów, i tylną, utworzoną z łuków i stawów międzykręgowych.

Ruchomość kręgosłupa, jego elastyczność i wytrzymałość, zdolność do wytrzymywania znacznych obciążeń w pewnym stopniu zapewniają krążki międzykręgowe, które pozostają w ścisłym związku anatomicznym i funkcjonalnym ze wszystkimi strukturami kręgosłupa tworzącymi kręgosłup.

Krążek międzykręgowy odgrywa wiodącą rolę w biomechanice, będąc „duszą ruchu” kręgosłupa (Franceschilli, 1947). Będąc złożoną strukturą anatomiczną, krążek pełni następujące funkcje:

• zespolenie kręgów,
• zapewnienie ruchomości kręgosłupa,
• ochrona trzonów kręgowych przed ciągłymi urazami (rola amortyzująca).

UWAGA! Każdy proces patologiczny, który osłabia funkcję dysku, zaburza biomechanikę kręgosłupa. Zaburzone są również zdolności funkcjonalne kręgosłupa.

Kompleks anatomiczny składający się z jednego krążka międzykręgowego, dwóch sąsiadujących ze sobą kręgów z odpowiadającymi im stawami i aparatem więzadłowym na tym poziomie nazywa się segmentem ruchu kręgosłupa (VMS).

Krążek międzykręgowy składa się z dwóch płytek szklistych, które ściśle przylegają do płytek końcowych trzonów sąsiadujących kręgów, jądra miażdżystego i pierścienia włóknistego (annulus fibrosus).

Jądro miażdżyste, będące pozostałością struny grzbietowej grzbietowej, zawiera:

• substancja śródmiąższowa chondryna;
• niewielka liczba komórek chrzęstnych i splecionych włókien kolagenowych, które tworzą rodzaj kapsułki i nadają jej elastyczność.

UWAGA! W środku jądra miażdżystego znajduje się jama, której objętość wynosi normalnie 1-1,5 ^cm3.

Pierścień włóknisty krążka międzykręgowego składa się z gęstych wiązek tkanki łącznej, przeplatających się w różnych kierunkach.

Centralne wiązki pierścienia włóknistego są luźno ułożone i stopniowo przechodzą do torebki jądra, podczas gdy wiązki obwodowe są blisko siebie i osadzone w brzeżnej krawędzi kości. Tylny półokrąg pierścienia jest słabszy od przedniego, zwłaszcza w odcinku lędźwiowym i szyjnym kręgosłupa. Boczne i przednie odcinki krążka międzykręgowego nieznacznie wystają poza tkankę kostną, ponieważ krążek jest nieco szerszy niż ciała sąsiednich kręgów.

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

Więzadła kręgosłupa

Przednie więzadło podłużne, czyli okostna, jest mocno zespolone z trzonami kręgów i swobodnie przechodzi nad dyskiem.

Tylne więzadło podłużne, które uczestniczy w formowaniu przedniej ściany kanału kręgowego, jest natomiast swobodnie rzucone na powierzchnię trzonów kręgowych i zrośnięte z dyskiem. Więzadło to jest dobrze reprezentowane w kręgosłupie szyjnym i piersiowym; w odcinku lędźwiowym jest zredukowane do wąskiego pasma, wzdłuż którego często można zaobserwować przerwy. W przeciwieństwie do przedniego więzadła podłużnego jest bardzo słabo rozwinięte w odcinku lędźwiowym, gdzie najczęściej obserwuje się wypadnięcie dysku.

Żółte więzadła (w sumie 23 więzadła) są zlokalizowane segmentowo, zaczynając od kręgu C do kręgu S. Więzadła te zdają się wystawać do kanału kręgowego i tym samym zmniejszać jego średnicę. Ze względu na to, że są najbardziej rozwinięte w odcinku lędźwiowym, w przypadkach ich patologicznego przerostu można zaobserwować zjawiska ucisku ogona końskiego.

Rola mechaniczna tych więzadeł jest różna i szczególnie istotna z punktu widzenia statyki i kinematyki kręgosłupa:

• utrzymują lordozę szyjną i lędźwiową, wzmacniając w ten sposób działanie mięśni przykręgosłupowych;
• określa kierunek ruchu trzonów kręgowych, którego amplituda jest kontrolowana przez krążki międzykręgowe;
• chronią rdzeń kręgowy bezpośrednio, zamykając przestrzeń między płytkami i pośrednio poprzez swoją sprężystą strukturę, dzięki czemu podczas prostowania tułowia więzadła te pozostają w pełni rozciągnięte (pod warunkiem, że gdyby się skurczyły, to ich fałdy uciskałyby rdzeń kręgowy);
• razem z mięśniami przykręgosłupowymi pomagają przywrócić tułów ze zgięcia brzusznego do pozycji pionowej;
• działają hamująco na jądro miażdżyste, które poprzez nacisk między dyskami powoduje rozsunięcie dwóch sąsiednich trzonów kręgowych.

Połączenie łuków i wyrostków sąsiednich kręgów odbywa się nie tylko za pomocą więzadła żółtego, ale także więzadeł międzykolcowego, nadkolcowego i międzypoprzecznego.

Oprócz dysków i więzadeł podłużnych kręgi są połączone dwoma stawami międzykręgowymi utworzonymi przez wyrostki stawowe, które mają cechy w różnych przekrojach. Wyrostki te ograniczają otwory międzykręgowe, przez które wychodzą korzenie nerwowe.

Unerwienie zewnętrznych części pierścienia włóknistego, więzadła podłużnego tylnego, okostnej, torebki stawowej, naczyń i błon rdzenia kręgowego odbywa się za pomocą nerwu zatokowo-kręgowego (n. sinuvertebralis), składającego się z włókien współczulnych i somatycznych. Odżywianie dysku u dorosłego człowieka odbywa się poprzez dyfuzję przez płytki szkliste.

Wymienione cechy anatomiczne oraz dane z anatomii porównawczej pozwoliły na rozpatrywanie krążka międzykręgowego jako półstawu (Schmorl, 1932), podczas gdy jądro miażdżyste, zawierające płyn stawowy (Vinogradova TP, 1951), porównano do jamy stawowej; płytki graniczne kręgów, pokryte chrząstką szklistą, porównano do końców stawowych, a pierścień włóknisty rozpatrywano jako torebkę stawową i aparat więzadłowy.

Krążek międzykręgowy jest typowym układem hydrostatycznym. Ponieważ ciecze są praktycznie nieściśliwe, każde ciśnienie działające na jądro jest przekształcane równomiernie we wszystkich kierunkach. Pierścień włóknisty, dzięki napięciu swoich włókien, utrzymuje jądro i pochłania większość energii. Ze względu na sprężyste właściwości krążka, wstrząsy i wstrząsy przenoszone na kręgosłup, rdzeń kręgowy i mózg są znacznie zmiękczone podczas biegania, chodzenia, skakania itp.

Turgor rdzenia zmienia się znacząco: gdy obciążenie maleje, wzrasta i odwrotnie. Znaczne ciśnienie rdzenia można ocenić po tym, że po kilku godzinach przebywania w pozycji poziomej wyprostowanie dysków wydłuża kręgosłup o ponad 2 cm. Wiadomo również, że różnica wzrostu człowieka w ciągu dnia może sięgać 4 cm.

Trzony kręgów w różnych częściach kręgosłupa mają swoje własne, charakterystyczne cechy anatomiczne i funkcjonalne.

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

Kręgosłup szyjny

Zgodnie z zadaniami podporowymi, rozmiary trzonów kręgowych stopniowo zwiększają się od odcinka szyjnego w kierunku lędźwiowym, osiągając największe rozmiary w kręgach S;

• Kręgi szyjne, w przeciwieństwie do kręgów położonych niżej, mają stosunkowo niskie, elipsoidalne ciała;
• trzony kręgów szyjnych nie są od siebie oddzielone dyskiem na całej swojej długości. Te wydłużone górno-boczne krawędzie trzonów kręgowych, zwane wyrostkami półksiężycowatymi lub haczykowatymi (processus uncinatus), łączące się z dolno-bocznymi kątami trzonów nadległych kręgów, tworzą tzw. staw Luschki, lub staw uncovertebralny, zgodnie z terminologią Trolanda. Pomiędzy processus uncinatus a powierzchnią górnego kręgu znajduje się przerwa uncovertebralna o szerokości 2-4 mm;
• powierzchnie stawowe uncovertebralne pokryte są chrząstką stawową, a staw otoczony jest od zewnątrz torebką. W tym rejonie pionowe włókna pierścienia włóknistego na bocznej powierzchni dysku rozchodzą się i biegną w wiązkach równolegle do otworu; jednakże dysk nie przylega bezpośrednio do tego połączenia stawowego, gdyż zbliżając się do szczeliny uncovertebralnej stopniowo zanika;
• cechą anatomiczną kręgów szyjnych jest obecność otworów u nasady wyrostków poprzecznych, przez które przechodzi a. vertebralis;
• otwory międzykręgowe C5 _, C6 _i C7 _mają kształt trójkątny. Oś otworu w przekroju przebiega w płaszczyźnie skośnej. W ten sposób powstają warunki do zwężenia otworu i ucisku korzenia z naroślami nieodkręgowymi;
• wyrostki kolczyste kręgów szyjnych (oprócz C7 ₎ ulegają rozszczepieniu i obniżeniu;
• wyrostki stawowe są stosunkowo krótkie, znajdują się w położeniu skośnym między płaszczyzną czołową i poziomą, co warunkuje znaczną objętość ruchów zgięciowo-prostowniczych i nieco ograniczone przechyły boczne;
• ruchy obrotowe wykonywane są głównie górnymi kręgami szyjnymi dzięki walcowatemu połączeniu wyrostka obrotowego z powierzchnią stawową kręgu C1;
• wyrostek kolczysty C7 _jest maksymalnie wysunięty i łatwo wyczuwalny;
• odcinek szyjny kręgosłupa charakteryzuje się występowaniem wszystkich typów ruchów (zgięciowo-prostowniczych, zgięciowych w prawo i w lewo, rotacyjnych) i to w największej objętości;
• pierwszy i drugi korzeń szyjny wyrastają za stawem szczytowo-potylicznym i szczytowo-obrotowym, w tych okolicach nie ma krążków międzykręgowych;
• W odcinku szyjnym grubość krążków międzykręgowych stanowi 1/4 wysokości odpowiadającego im kręgu.

Kręgosłup szyjny jest mniej silny i bardziej ruchomy niż kręgosłup lędźwiowy, a ogólnie jest poddawany mniejszym obciążeniom. Jednak obciążenie 1 cm2 ^dysku szyjnego nie jest mniejsze, a nawet większe niż 1 cm2 ^kręgosłupa lędźwiowego (Mathiash). W rezultacie zmiany zwyrodnieniowe kręgów szyjnych są tak samo powszechne, jak w kręgosłupie lędźwiowym.

R. Galli i in. (1995) wykazali, że aparat więzadłowy zapewnia bardzo małą ruchomość między trzonami kręgowymi: przemieszczenia poziome sąsiednich kręgów nigdy nie przekraczają 3-5 mm, a nachylenia kątowe – 11°.

Niestabilności PDS można spodziewać się, gdy odległość między trzonami sąsiadujących kręgów wynosi więcej niż 3–5 mm, a kąt między trzonami kręgów zwiększa się o więcej niż 11°.

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

Kręgosłup piersiowy

W odcinku piersiowym, gdzie zakres ruchu kręgosłupa jest stosunkowo niewielki, kręgi są wyższe i grubsze niż szyjne. Od kręgów piersiowych Th ₅ do Th12 ich rozmiar poprzeczny stopniowo wzrasta, zbliżając się do rozmiaru górnych kręgów lędźwiowych; krążki międzykręgowe w odcinku piersiowym są mniejsze niż w odcinku lędźwiowym i szyjnym; grubość krążków międzykręgowych stanowi 1/3 wysokości odpowiadającego im kręgu; otwory międzykręgowe w odcinku piersiowym są węższe niż w odcinku szyjnym; kanał kręgowy jest również węższy niż w odcinku lędźwiowym; obecność dużej liczby włókien współczulnych w korzeniach piersiowych nie tylko powoduje osobliwe zabarwienie wegetatywne radikulopatii piersiowych, ale może również powodować rozwój bólu trzewnego i dyskinezy; stosunkowo masywne, pogrubione na końcach wyrostki poprzeczne kręgów piersiowych są nieco nachylone ku tyłowi, a wyrostki kolczyste są ostro nachylone ku dołowi; guzek żebra przylega do przedniej powierzchni pogrubionego wolnego końca wyrostka poprzecznego, tworząc prawdziwy staw żebrowo-poprzeczny; inny staw tworzy się między głową żebra a boczną powierzchnią trzonu kręgu na poziomie dysku.

Stawy te są wzmocnione przez silne więzadła. Gdy kręgosłup się obraca, żebra i boczne powierzchnie trzonów kręgowych z wyrostkami poprzecznymi podążają za kręgosłupem, obracając się wokół osi pionowej jako pojedyncza jednostka.

Kręgosłup piersiowy ma dwie charakterystyczne cechy:

• normalna krzywizna kifotyczna w przeciwieństwie do krzywizny lordotycznej kręgosłupa szyjnego i lędźwiowego;
• połączenie każdego kręgu z parą żeber.

Stabilność i ruchomość kręgosłupa piersiowego

Głównymi elementami stabilizującymi są: a) szkielet żebrowy; b) krążki międzykręgowe; c) pierścienie włókniste; d) więzadła (więzadła podłużne przednie i tylne, więzadło promieniowe, więzadło żebrowo-poprzeczne, więzadła międzypoprzeczne, więzadło żółte, więzadła międzykolcowe i nadkolcowe).

Żebra wraz z aparatem więzadłowym zapewniają odpowiednią stabilność, a jednocześnie ograniczają ruchomość podczas ruchów (zginania - prostowania, zginania bocznego i rotacji).

UWAGA! Podczas poruszania się w okolicy klatki piersiowej rotacja jest najmniej ograniczona.

Krążki międzykręgowe wraz z pierścieniem włóknistym oprócz funkcji amortyzującej pełnią również funkcję stabilizującą: w tym odcinku krążki są mniejsze niż w odcinku szyjnym i lędźwiowym, co minimalizuje ruchomość między trzonami kręgowymi.

Stan aparatu więzadłowego decyduje o stabilności kręgosłupa piersiowego.

Wielu autorów (Heldsworth, Denis, Jcham, Taylor i inni) potwierdziło teorię stabilności trzypunktowej.

Kluczową rolę odgrywa kompleks tylny: jego integralność jest niezbędnym warunkiem stabilności, a uszkodzenie tylnych i środkowych struktur podporowych objawia się niestabilnością kliniczną.

Ważnym elementem stabilizującym jest torebka stawowa, a anatomia stawów zapewnia również integralność struktur.

Stawy ustawione są w płaszczyźnie czołowej, co ogranicza ruchy zginania i prostowania oraz zginania bocznego. Z tego powodu podwichnięcia i zwichnięcia stawów w odcinku piersiowym zdarzają się niezwykle rzadko.

UWAGA! Najbardziej niestabilnym obszarem jest strefa Th10-L1 ze względu na stosunkowo stabilną część piersiową i bardziej ruchliwą część lędźwiową.

Kręgosłup lędźwiowo-krzyżowy

W odcinku lędźwiowym kręgosłupa, który podtrzymuje ciężar odcinka leżącego wyżej:

• trzony kręgów są najszersze, wyrostki poprzeczne i stawowe masywne;
• powierzchnia przednia trzonów kręgów lędźwiowych jest lekko wklęsła w kierunku strzałkowym; trzon kręgu L jest nieco wyższy z przodu niż z tyłu, co anatomicznie determinuje powstawanie lordozy lędźwiowej. Pod lordozą oś obciążenia przesuwa się do tyłu. Ułatwia to ruchy obrotowe wokół pionowej osi ciała;
• wyrostki poprzeczne kręgów lędźwiowych są zazwyczaj zlokalizowane frontalnie; części brzuszne wyrostków poprzecznych kręgów lędźwiowych są słabo rozwiniętymi pozostałościami odpowiadających im żeber lędźwiowych, dlatego nazywane są wyrostkami żebrowymi (processus costarii verbrae lumbalis). U podstawy wyrostków żebrowych znajdują się mniejsze wyrostki dodatkowe (processus accessorius);
• wyrostki stawowe kręgów lędźwiowych wyraźnie wystają, a ich powierzchnie stawowe ustawione są pod kątem do płaszczyzny strzałkowej;
• wyrostki kolczyste są pogrubione i skierowane ku tyłowi niemal poziomo; na tylno-bocznej krawędzi każdego górnego wyrostka stawowego po prawej i lewej stronie znajduje się mały stożkowaty wyrostek suteczkowaty (processus mamillaris);
• otwory międzykręgowe w odcinku lędźwiowym są dość szerokie. Jednak w stanach deformacji kręgosłupa, procesów zwyrodnieniowych i zaburzeń statycznych zespół bólu korzeniowego pojawia się najczęściej w tym rejonie;
• dyski lędźwiowe, zgodnie z największym obciążeniem, mają największą wysokość - 1/3 wysokości ciała;
• najczęstsza lokalizacja wypukliny i wypadnięcia dysku odpowiada najbardziej przeciążonym obszarom: przestrzeni między L4 _i Ls _oraz, nieco rzadziej, między C i S1;
• Jądro miażdżyste znajduje się na granicy tylnej i środkowej trzeciej części dysku. Pierścień włóknisty w tym obszarze jest znacznie grubszy z przodu, gdzie jest podtrzymywany przez gęste przednie podłużne więzadło, najsilniej rozwinięte w odcinku lędźwiowym. Z tyłu pierścień włóknisty jest cieńszy i jest oddzielony od kanału kręgowego cienkim i mniej rozwiniętym tylnym podłużnym więzadłem, połączonym z krążkami międzykręgowymi mocniej niż z trzonami kręgowymi. Więzadło to jest połączone z tymi ostatnimi luźną tkanką łączną, w której osadzony jest splot żylny, co stwarza dodatkowe warunki do powstawania wypukłości i wypadnięć do światła kanału kręgowego.

Jedną z charakterystycznych cech kręgosłupa jest obecność czterech tzw. krzywizn fizjologicznych, zlokalizowanych w płaszczyźnie strzałkowej:

• lordoza szyjna, utworzona przez wszystkie kręgi szyjne i górne kręgi piersiowe; największa wypukłość występuje na poziomie _C5 i _C6;
• kifoza piersiowa; maksymalna wklęsłość występuje na poziomie Th ₆ - Th ₇;
• lordoza lędźwiowa, utworzona przez ostatni kręg piersiowy i wszystkie kręgi lędźwiowe. Największe wygięcie znajduje się na poziomie trzonu L ₄;
• kifoza krzyżowo-guziczna.

Główne rodzaje zaburzeń czynnościowych kręgosłupa rozwijają się albo przez rodzaj wygładzenia krzywizn fizjologicznych, albo przez rodzaj ich pogłębienia (kifoza). Kręgosłup jest pojedynczym narządem osiowym, jego podział na różne odcinki anatomiczne jest warunkowy, dlatego nie może występować hiperlordoza, np. w kręgosłupie szyjnym z wygładzeniem lordozy w odcinku lędźwiowym i odwrotnie.

Obecnie dokonano systematyzacji głównych typów zaburzeń czynnościowych w odmianach wygładzonych i hiperlordotycznych zmian kręgosłupa.

1. W przypadku wygładzenia fizjologicznych krzywizn kręgosłupa rozwijają się zaburzenia czynnościowe typu fleksyjnego, charakteryzujące się wymuszoną pozycją pacjenta (w pozycji fleksyjnej) i obejmujące:

• ograniczenie ruchomości segmentów ruchowych kręgosłupa szyjnego, w tym w obrębie stawów głowy;
• zespół dolnego skośnego głowy;
• uszkodzenia głębokich mięśni zginaczy szyi i mięśnia mostkowo-obojczykowo-sutkowego;
• zespół mięśnia pochyłego przedniego;
• zespół okolicy łopatki (zespół dźwigacza łopatki);
• zespół przedniej ściany klatki piersiowej;
• w niektórych przypadkach - zespół zapalenia okołostawowego stawu łopatkowo-ramiennego;
• w niektórych przypadkach - zespół nadkłykcia bocznego łokcia;
• ograniczona ruchomość I żebra, w niektórych przypadkach - żeber I-IV, stawów obojczykowych;
• zespół spłaszczenia lordozy lędźwiowej;
• zespół mięśni przykręgosłupowych.

Ograniczenie ruchomości w segmentach ruchowych kręgosłupa lędźwiowego i dolnego piersiowego: w odcinku lędźwiowym - zgięcie i dolnym piersiowym - wyprost:

• ograniczona ruchomość stawu krzyżowo-biodrowego;
• zespół przywodzicieli;
• zespół mięśnia biodrowo-lędźwiowego.

2. Wraz ze wzrostem fizjologicznych krzywizn kręgosłupa rozwija się typ zaburzeń czynnościowych typu ekstensyjnego, charakteryzujący się wyprostowanym „dumnym” chodem pacjenta i ograniczonym wyprostem kręgosłupa lędźwiowego i szyjnego w trakcie manifestacji objawów klinicznych choroby. Obejmuje on:

• ograniczona ruchomość segmentów ruchowych kręgosłupa szyjno-środkowego i szyjno-piersiowego;
• ból szyjny mięśni prostowników szyi;
• w niektórych przypadkach - zespół nadkłykcia wewnętrznego łokcia;
• ograniczona ruchomość segmentów ruchowych kręgosłupa piersiowego.
• zespół hiperlordozy lędźwiowej;
• ograniczenie wyprostu w segmentach ruchowych kręgosłupa lędźwiowego: L1-L2 i L2 L3 _, w niektórych przypadkach - _L3 - _L4;
• zespół mięśnia dwugłowego uda;
• zespół mięśnia odwodzącego biodro;
• zespół mięśnia gruszkowatego;
• zespół guziczny kości ogonowej.

Tak więc, gdy symetria aktywnych wysiłków jest zaburzona nawet w normalnych warunkach fizjologicznych, następuje zmiana konfiguracji kręgosłupa. Ze względu na krzywizny fizjologiczne kręgosłup może wytrzymać obciążenie osiowe 18 razy większe niż słup betonowy o tej samej grubości. Jest to możliwe dzięki temu, że w obecności krzywizn siła obciążenia rozkłada się równomiernie na cały kręgosłup.

Do kręgosłupa zaliczamy również jego stałą część - kość krzyżową oraz lekko ruchomą kość guziczną.

Kość krzyżowa i piąty kręg lędźwiowy stanowią podstawę całego kręgosłupa, zapewniając wsparcie wszystkim leżącym nad nim odcinkom i będąc tym samym pod największym obciążeniem.

Na kształtowanie się kręgosłupa i kształtowanie się jego krzywizn fizjologicznych i patologicznych istotny wpływ ma położenie IV i V kręgu lędźwiowego oraz kości krzyżowej, czyli stosunek odcinka krzyżowego do odcinka leżącego wyżej kręgosłupa.

Normalnie kość krzyżowa jest pod kątem 30° do pionowej osi ciała. Wyraźne pochylenie miednicy powoduje, że lordoza lędźwiowa utrzymuje równowagę.

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