Влияние нагрузок на межпозвоночный диск
Межпозвоночный диск является главным элементом, соединяющим позвонки между собой. Он более высок спереди, чем сзади на протяжении всего поясничного отдела, от L1 до S1 позвонка, что обусловлено наличием физиологического лордоза в этом отделе позвоночника.
Как функциональное образование диск состоит из двух анатомических структур – пульпозного ядра и фиброзной капсулы, взаимодействие которых позволяет ему выполнять возложенные на него природой задачи по обеспечению стабильности позвоночника, адекватной подвижности и амортизации под воздействием силовых нагрузок.
Пульпозное ядро, которое составляет примерно 1/3 объема диска, имеет овоидную форму и распределяется по его полости неравномерно, занимая 2/3 переднего и 1/3 заднего пространства.
Влияние нагрузок на межпозвоночный диск
Помимо сопротивления силовым воздействиям, ядро играет ведущую роль в питании диска, который, будучи структурой, лишенной сосудов, абсорбирует питательные вещества из тел смежных позвонков. Поэтому повышение нагрузки на позвоночник, приводящее к росту давления внутри диска, помимо травматического воздействия ведет к нарушению трофики диска, так как абсорбция питательных веществ невозможна при повышенном давлении. В связи с этим соблюдение режима труда и отдыха и правил техники безопасности является единственным средством профилактики раннего старения диска и всего позвоночника.
Фиброзное кольцо, окружающее диск, многослойно и неоднородно по своей структуре. Его эластичная внутренняя часть к периферии становится жесткой за счет включения все большего числа коллагеновых волокон. Эти волокна, имея вертикальное направление в начале пути, по мере удаления от центра меняют его на горизонтальное. Именно дегенеративно – дистрофические изменения в диске являются основной причиной возникновения вертеброгенных неврологических синдромов, например, грыжи диска, образованные фрагментами пульпозного ядра и эластическими элементами капсулы, выпадают в просвет позвоночного канала, сдавливая сосудистые и нервные образования позвоночника.
Прочностные характеристики дисков на поясничном уровне следующие:
- сопротивление диска вертикальному сжатию колеблется от 700 до 5300 Н/мм;
- сопротивление растяжению (разрыву) колеблется от 1000 до 5300 Н/мм.
Однако, несмотря на такие высокие прочностные параметры, диск остается самым уязвимым звеном позвоночного столба. Это обусловлено тем, что при сложном, комбинированном приложении силы параметры сопротивления диска резко снижаются. Например, сопротивление разрыву с одновременным форсированным сгибанием в позвоночном сегменте составляет всего лишь 250 ньютон. Форсированное сгибание или разгибание в позвоночно – двигательном сегменте более чем на 15 градусов может стать причиной разрыва капсулы межпозвоночного диска.
Еще меньшую нагрузку выдерживает диск при повороте тела вокруг вертикальной оси (воздействие скручивающего усилия) – всего около 31 ньютона, благодаря чему разрыв может наступить при резком повороте в ПДС ( позвоночно-двигательном сегменте) более чем на 16 градусов.
Все это объясняет тот, казалось бы, парадоксальный факт, что штангисты легко поднимают сверхтяжелые веса без видимого ущерба для здоровья, в то время как лица, занимающиеся теннисом, футболом, регби, восточными единоборствами или спортивной гимнастикой, весьма часто страдают поясничными болевыми синдромами вследствие поражения МПД ( межпозвоночного диска).
Старение МПД происходит вследствие его нарастающей дегидратации (вода составляет от 65 до 90% объема тканей диска ), которая приводит к его «усыханию» и утрате эластичности.
По данным литературы, возраст начала старения диска определяют по-разному: от 19 до 30 лет. Как правило, этот возрастной период совпадает с началом активной трудовой деятельности и присоединением воздействия факторов риска, повышающих давление в полости диска, нарушающих его трофику и ускоряющих развитие дегенеративных изменений.
Возникающие под влиянием мышечно-тонических, нейродистрофических и других процессов, происходящих в поясничном отделе позвоночника, дегенеративные изменения в диске приводят к изменению его конфигурации, что способствует нарушению функции позвоночника и изменению двигательного стереотипа. В свою очередь, возникающие при этом нарушения статики и динамики в поясничном отделе и нижних конечностях приводят к изменению давления в полости межпозвонковых дисков.
Измерению давления в диске различными методами посвящено большое количество исследований. M.Guillon с соавт. приводит в своей работе усредненные данные давления внутри диска в условиях изменения положения тела в пространстве.
Приняв за 100% давление в диске в положении стоя (ровно), он получил следующие данные об изменении давления в межпозвонковом диске в различных положениях тела человека:
- в положении лежа, на животе или спине, давление в диске равно 50%;
-на боку -75%,
-при выгибании спины назад-180%.
При переходе из положения лежа в положение сидя давление в диске повышается в среднем до 205%:
-в положении сидя прямо оно составляет 140%,
-сидя с наклоном в 30 градусов-215%.
В положении стоя:
-стоя ровно-100%,
-с наклоном на 30 градусов -150%,
-с тем же грузом, но с наклоном на 30 градусов – 200%.
При ходьбе давление в межпозвоночном диске в среднем составляет 115%.
При ротации корпуса -122%.
При боковых наклонах -125%.
На поясничный отдел позвоночника давит суммарный вес тела, головы и верхних конечностей. Это силовое воздействие увеличивается за счет того, что при вертикальном положении поясничный отдел находится кпереди от центра тяжести тела человека.
При анализе двигательной амплитуды дискокорпорального сочленения выявлено, что диск обеспечивает 6 степеней свободы: сгибание, разгибание, переднезаднее смещение, боковые смещения тела, боковые наклоны и повороты корпуса (ротационные движения).
Однако эта широкая амплитуда движений ограничивается, в первую очередь, суставными отростками, которые, сопровождая движения в сегменте, блокируют все возможные движения кроме 4 основных – сгибание, разгибания, боковых наклонов и ротации корпуса. Другими морфологическими факторами позвоночника, ограничивающими сегментарную подвижность, являются форма тела позвонка и его размеры.
Известно, что диаметр тела позвонка находится в обратной зависимости от двигательной свободы сегмента. В поясничном отделе тела позвонков имеют форму четырехугольника, вытянутого в стороны, что облегчает наклоны вперед, ограничивая при этом боковые сгибания. Высота межпозвоночных дисков на поясничном уровне прямо пропорциональна сегментарному объему движений и составляет 1:3 по отношению к высоте тела позвонка.
Остистые отростки ограничивают разгибание позвоночника, что особенно важно на уровне его изгибов. Их длина, конфигурация и скошенность соответствуют выполнению этой функции.