Биомеханика пояснично-крестцового отдела позвоночника

Биомеханика - это изучение сил и их воздействия на человека[1].

  • Пояснично-крестцовый отдел позвоночника является важной биомеханической областью тела.
  • Расположенный ниже грудного отдела позвоночника, поясничный отдел обычно состоит из 5 позвонков
  • Крестец состоит из ряда (обычно 5) сросшихся крестцовых позвонков[2].

 

Клинически значимая анатомия

Как и все позвонки в организме, поясничные и крестцовые позвонки состоят из "тела" в передней области, которое больше по размеру и имеет более цилиндрическую форму в поясничном отделе, и "дуги позвонка" в задней области, которая окружает позвоночный канал, защищая нервные ткани[2].

Позвонки в поясничном отделе позвоночника разделены межпозвоночными суставами, которые являются уникальными суставными структурами. Межпозвоночные диски - ключевой компонент сустава, состоящий из отдельных элементов. Центральное пастообразное ядро (nucleus pulposus) состоит, в основном, из воды (70-90%) и гидростатических протеогликанов (65% сухого веса), слабо связанных коллагеновыми волокнами (15-20% сухого веса). Ядро окружено мощными концентрическими коллагеновыми слоями фиброзного кольца, состоящего из воды (60-70%), коллагена (50-60% сухого веса) и протеогликанов (20% сухого веса), которые, в основном, агрегированы. Ядро и кольцо содержат коллаген II типа на всех участках, а наружное кольцо содержит более высокую концентрацию коллагена I типа. Эластичные волокна (10%) также находятся в кольцевой оболочке и расположены кругообразно, косо и вертикально, с концентрацией в местах прикрепления к концевым пластинкам позвонков. Опорная площадка тела позвонка покрывает верхнюю и нижнюю части диска и прочно соединена фиброхрящом с ядерной и кольцевой частями диска. В тканях, расположенных ближе к кости, концентрация коллагена выше [3].

Пояснично-крестцовый переход обычно находится на уровне L5/S1, а межпозвоночный диск на этом уровне имеет клиновидную форму. "Переходный позвонок" - это аномалия позвоночника, при которой самый нижний поясничный позвонок в той или иной степени сращен, или несостоятельный сегмент крестца, который, как считается, встречается у 4-30% населения [4][5].

Крестец - это треугольная клиновидная кость с вогнутой передней стороной, выпуклой дорсальной стороной и вершиной. Крестец наклонен вперед так, что его верхняя поверхность сочленяется с расположенным выше позвонком L5, способствуя образованию "пояснично-крестцового угла". Межпозвоночные диски L4/5 и L5/S1 вместе с телом позвонка L5 составляют почти 60% углового измерения искривления пояснично-крестцового отдела позвоночника, в среднем 61 градус[6]. На передней поверхности крестца верхний и нижний края сросшихся тел позвонков соотносятся друг с другом как поперечные гребни. Крестец обеспечивает прочность и стабильность таза и передает силы на тазовый пояс через крестцово-подвздошные суставы[2]. Крестцовые позвонки соединяются с копчиком в нижней части.

Биомеханика пояснично-крестцового отдела позвоночника (L4-L5 L5-S1)

3 движения в позвоночнике - это сгибание, разгибание, вращение и боковое сгибание. Эти движения являются комбинацией вращения и перехода в следующих трех плоскостях движения: сагиттальной, фронтальной и горизонтальной [3]. В результате этих движений на поясничный отдел позвоночника и крестец действуют различные силы: сжимающая сила, растягивающая сила, сила сдвига, изгибающий момент и крутящий момент [7].Например, при сгибании в пояснице на переднюю область диска действует сжимающая сила, а на заднюю область - растягивающая сила. При разгибании поясницы возникают противоположные силы [8].

Поясничный отдел позвоночника является эффективной несущей системой. Когда нагрузка прилагается к позвоночному столбу извне, она вызывает напряжение жесткого тела позвонка и относительно эластичного диска, в результате чего в диске легче возникают деформации [9]. Давление внутри пульпозного ядра больше нуля даже в состоянии покоя, что обеспечивает механизм "предварительной нагрузки", позволяющий оказывать большее сопротивление приложенным силам[10]. Гидростатическое давление в межпозвонковом диске увеличивается, что приводит к наружному давлению на концевые пластинки позвонков, в результате чего происходит выбухание кольцевого фиброза и растягивающие усилия в концентрических кольцевых волокнах. Эта передача сил эффективно замедляет давление на соседний позвонок, действуя как амортизатор[3]. Таким образом, межпозвоночные диски являются важной биомеханической характеристикой, эффективно действуя как фиброхрящевая "подушка", передающая силу между соседними позвонками во время движения позвоночника. Поясничный диск более предрасположен к травмам по сравнению с другими отделами позвоночника из-за: более параллельного расположения кольцевых волокон и их меньшей толщины в задней части по сравнению с передней, более заднего расположения ядра и отверстий в хрящевых концевых пластинах[1].

Когда нагрузка прикладывается вдоль позвоночника, параллельно межпозвоночному диску возникают сдвигающие силы, так как сжатие ядра приводит к боковому выпячиванию кольцевой оболочки. Силы сдвига также возникают при движении одного позвонка, например, вперед или назад по отношению к соседнему позвонку при сгибании и разгибании. Торсионное напряжение возникает в результате действия внешних сил вокруг оси скручивания[1] и возникает в межпозвонковом диске при такой активности, как скручивание позвоночника.

Дугоотросчатые или "фасеточные" суставы обеспечивают стабильность межпозвоночного сустава по отношению к силам сдвига, в то же время позволяя выполнять движения сгибания и разгибания.

Механизм травмы / Патологический процесс

Эксперименты показывают, что грыжа межпозвоночного диска или пролапс, скорее всего, являются результатом постепенного или усталостного процесса, а не травматического повреждения [7], однако в клинической практике часто встречаются сообщения о внезапном появлении симптомов, связанных со случайной высокой нагрузкой на позвоночник, часто в согнутой позе. Наиболее вероятными нагрузками, которые могут привести к травме позвоночника, являются сгибание и скручивание, и эти комбинированные движения отражают силы сдвига, сжатия и растяжения[1]. Скручивающие движения с большей вероятностью ведут к травмам кольцевой мышцы, поскольку только половина коллагеновых волокон ориентирована так, чтобы противостоять движению в любом направлении[3].

Дегенеративные изменения дисков, связанные со старением, считаются нормальными. Например, уровень концентрации протеогликанов в ядре уменьшается с возрастом, с 65% в раннем зрелом возрасте до 30% в возрасте 60 лет, что соответствует уменьшению гидратации ядра и концентрации эластичных кольцевых волокон в течение этого времени, в результате чего диск становится менее упругим. Долгое время рассматривалась версия сужения диска с возрастом, однако масштабные посмертные исследования показывают, что размеры диска на самом деле увеличиваются между 2 и 7 десятилетиями. Явное сужение диска можно считать результатом иного процесса, чем старение[3].

Также происходит снижение питания концевой пластинки позвонка и уровня плотности костной ткани тела позвонка. Ослабление поддержки со стороны нижележащей кости ведет к образованию "микротрещин" и миграции ядерного материала в тело позвонка, известных как "узелки Шморля", которые обычно наблюдаются в пояснично-грудном и грудном отделах позвоночника и редко встречаются ниже уровня L2. Плотность субхондральной кости поясничного фасеточного сустава увеличивается до 50 лет, после чего начинает снижаться, а суставной хрящ продолжает с возрастом утолщаться, несмотря на очаговые изменения, особенно в тех местах, где возникает сопротивление сдвигающим силам при многократном сгибании и разгибании. В фасеточном суставе происходят и другие костные изменения, включая образование "остеофитов" и "опоясывающих бамперов", предположительно из-за повторяющегося напряжения в области верхнего и нижнего суставных отростков соответственно[3].

Процессы дегенерации также считаются патологическими. В отношении фасеточных суставов распространенными диагнозами являются "остеоартрит" и "дегенеративное заболевание суставов". "Спондилез" и "межпозвонковый остеохондроз" также являются терминами, используемыми для описания дегенеративных изменений в местах расположения позвонков и межпозвоночных отверстий. "Дегенеративное заболевание межпозвонковых дисков" и "дегенеративный остеохондроз" также являются распространенными диагнозами.

Дегенеративный процесс в поясничном отделе позвоночника был описан в 3 фазах[11][12]:

  • Фаза 1: "Ранняя дегенерация" включает повышенную дряблость фасеточных суставов, фибрилляцию суставного хряща и межпозвоночных дисков с дегенеративными изменениями 1-2 степени.
  • Фаза 2: "Поясничная нестабильность" на пораженном уровне (уровнях) развивается из-за дряблости фасеточных капсул, дегенерации хряща и остеохондроза 2-3 степени. Сегментарная нестабильность: может быть определена как потеря подвижности и жесткости сегмента таким образом, что приложение силы к данному сегменту движения приводит к большему смещению, чем в нормальной структуре[11]. Механические испытания показывают, что межпозвоночный диск наиболее подвержен грыже на этой стадии[7].
  • Фаза 3: "Стойкая деформация" возникает в результате компенсаторных процессов, таких как фасеточные и перидисковые остеофиты, эффективно стабилизирующие сегмент движения. Наблюдается прогрессирующая дегенерация фасеточных суставов (или "синдром фасеточных суставов") и дегенерация дисков 3-4 степени. Клиническое значение имеет изменение размеров позвоночного канала из-за стойкой деформации и образования остеофитов.

Важно отметить, что частота диагностирования спондилеза и остеоартрита одинакова у пациентов с симптомами и без симптомов, что ставит вопрос о том, следует ли всегда рассматривать эти состояния как патологические [3]. Это имеет клинические последствия, особенно в отношении интерпретации результатов рентгенологического исследования, а представления и обсуждения результатов с пациентами.

Оценка результатов

Оценки результатов, касающиеся боли и инвалидности, включают:

  • Индекс инвалидности Освестри
  • Опросник по инвалидности Роланда-Морриса
  • Краткий опросник боли Мак-Гилла
  • Мера независимости спинного мозга
  • Цифровая рейтинговая шкала боли
  • Визуально-аналоговая шкала

Для дальнейшей оценки психосоциальных факторов, связанных с заболеваниями пояснично-крестцового отдела позвоночника, могут быть полезны следующие показатели:

  • Опросник по мышечно-скелетной боли Эребру
  • Шкала депрессии, тревожности и стресса
  • Опросник установок, обусловленных страхом
  • Шкала кинезиофобии Тампа
  • Опросник принятия хронической боли
  • Шкала катастрофизации боли

 

Источники

  1. Jensen M Biomechanics of the lumbar intervertebral disk: a review. Physical Therapy. 1980; 60(6):765-773.
  2. Moore, KL. Clinically Oriented Anatomy (3rd edition). 1992, Baltimore: Williams and Wilkins
  3. Bogduk, N. (2012). Radiological and Clinical Anatomy of the Lumbar Spine (5th ed.). China: Churchill Livingstone.
  4. Chalian M, Soldatos T, Carrino JA, Belzberg AJ, Khanna J, Chhabra A. Prediction of trasitional lumbosacral anatomy on magnetic resonance imaging of the lumbar spine. World Journal of Radiology 2012; 4(3):97-101
  5. Konin GP, Walz DM. Lumbosacral transitional vertebrae: classification, imaging findings, and clinical relevance. AJNR Am J Neuroradiol 2010; 31:1778-1786
  6. Damasceno LHF, Catarin SRG, Campos AD, Defino HLA. Lumbar lordosis: a study of angle values and of vertebral bodies and intervertebral discs role. Acta Ortop Bras 2006; 14(4):193-198
  7. Adams M., Bogduk N., Burton K. Dolan P.. The Biomechanics of Back Pain. Eds. 2002. p238
  8. McKenzie, R. (1981). The lumbar spine : mechanical diagnosis and therapy. Waikanae, New Zealand: Spinal Publications.
  9. White A, Panjabi M. Clinical Biomechanics of the Spine. 1978, Philadelphia: JB Lippincott Co.
  10. Hirsch C. The reaction of intervertebral discs to compression forces. J Bone Joint Surg (Am) 1955; 37:1188-1191
  11. Frymoyer JW, Selby DK. Segmental instability. Spine 1985; 10:280-286
  12. Kirkaldy-Wallis WH, Wedge JH, Yong-Hing K, Reilly J. Pathology and pathogenesis of lumbar spondylosis and stenosis. Spine 1978; 3(4):319-328
КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Телефон: +7 925 219-24-99
E-mail: info@physiotherapist.ru
Telegram WhatsApp

г. Москва, Люсиновская улица, 36, стр. 2
метро Добрынинская / Серпуховская
ежедневно 09:00-21:00