Механические функции межпозвонковых дисков

Позвоночник человека должен реагировать на статические и динамические силовые воздействия. Наличие эластичной ткани диска между каждой парой смежных несжимаемых тел позвонков делает позвоночник подвижным во всех направлениях. Пространственные конфигурации межпозвонковых суставов определяют максимальный объем движений в каждом направлении. Диск, являясь структурой деформируемой, участвует в этих движениях и делает их возможными настолько, насколько позволяют его предельные сжимаемость и расширяемость. Движение двух смежных тел позвонков относительно друг друга осуществляется в межпозвонковых суставах и амортизируется межпозвонковым диском. Межпозвонковые суставы функционируют в основном в участках ротации и скольжения, нежели как носители статической весовой нагрузки. Пространственная конфигурация этих суставов в различных отделах позвоночника варьирует; соответственно, разные вращательные характеристики и возможности движений в каждом отделе рассматриваются в надлежащих разделах книги.

Объем движений в позвоночном сегменте является также функцией изначальных условий, т.е. его состояния в покое — нормального или анормального. Изменить подвижность сегмента может, например, снижение высоты диска, связанное с нагрузкой.

В физиологических условиях остальные компоненты двигательного сегмента адаптируются к изменяющимся объему движений и высоте межпозвонкового диска. Благодаря адаптации неплохо переносятся и медленно развивающиеся структурные и функциональные отклонения, например сколиоз. Симптомы возникают главным образом в ответ на резкие изменения.

Диски не только облегчают движения, но и выполняют важные статические функции. При их весьма значительной внутренней эластичности они играют роль амортизаторов всегда, когда позвоночник подвергается осевой нагрузке. Пульпозное ядро действует подобно мешочку, наполненному жидкостью, равномерно распределяя осевое давление по хрящевым концевым пластинкам и фиброзному кольцу. Волокна фиброзного кольца сопротивляются избыточному растягиванию во всех направлениях. Симметричная осевая нагрузка выдавливает пульпозное ядро из центра кнаружи, против кольца; когда нагрузка снимается, пульпозное ядро может вернуться в центр.

Наши исследования поясничного отдела позвоночника с применением ртутных тензометров показали, что продольные связки нельзя растянуть сверх меры в нормальных условиях, но они подвергаются повышенной нагрузке из-за дегенерации межпозвонковых дисков. Во время реклинации (разгибания) центр вращения двигательного сегмента смещается кзади и оказывается позади задней продольной связки. Когда механическая нагрузка на межпозвонковый диск асимметрична, подвижный центральный отдел диска (пульпозное ядро) смещается в направлении меньшей нагрузки, т.е. дорсально при наклоне вперед, вентрально при наклоне назад и в противоположную сторону при наклоне вбок (рис. 4.18).

В экспериментальных условиях, чтобы рентгенологически проследить смещения внутридисковых образований при асимметричной нагрузке, мы плотно имплантировали в пульпозное ядро металлический стержень. Самый заметный сдвиг происходил в первые 3 минуты со скоростью 0,6 мм/мин. Если асимметричная компрессия сохранялась, то смещение пульпозного ядра в направлении меньшей нагрузки продолжалось в течение нескольких часов, хотя и с меньшей скоростью. В эксперименте и при компьютерном

моделировании Krag и соавт., Schnebе1 и соавт., David и соавт., Pope и Torio и соавт. также продемонстрировали, что пульпозное ядро всегда смещается в направлении меньшей компрессии. Позиционная MPT наглядно показала, что при сгибании в поясничном отделе позвоночника в положении сидя пульпозное ядро смещается кзади, а при разгибании -кпереди. Таким образом, когда поза, которая подвергает межпозвонковый диск асимметричной нагрузке, сохраняется в течение длительного времени, пульпозное ядро становится все более «децентрализованным». Это очень важный фактор в развитии дискогенных симптомов и весьма важное обстоятельство для разработки их профилактики.

Если резко убрать асимметричную нагрузку, то вязкая ткань пульпозного ядра (см. рис. 4.18b) вначале остается смещенной, а затем начинает двигаться обратно к центру — сначала очень медленно, потом чуть быстрее. Способность центральной, подвижной ткани диска смещаться в ответ на асимметричную нагрузку уменьшается с возрастом. Чем сильнее асимметричная нагрузка и чем более длительное время она оказывается, тем с большей вероятностью пульпозное ядро остается в децентрализованном положении. Его возвращение в исходное положение можно ускорить путем симметричной компрессии или тракции.

Эта система достаточно устойчива, чтобы противостоять даже очень большим и интенсивным нагрузкам. Максимальные наклоны, компрессия или перекручивание позвоночника — в эксперименте или при несчастных случаях — обычно приводят к перелому тела позвонка, нежели к травме диска, при условии, что диски изначально интактны. В цепи, образованной телами позвонков и дисками, которую представляет собой позвоночный столб, диск с его поддерживающими связочными структурами является более прочным соединением, противостоящим большей нагрузке и более серьезным травмирующим силам, чем тело позвонка. С другой стороны, когда фиброзное кольцо теряет эластичность вследствие разрывов и изнашивания, а ткань пульпозного ядра в центре диска становится более подвижной, чем в норме, диск оказывается уязвимым перед нагрузкой и травмами.