La spina dorsale forma una base forte e allo stesso tempo flessibile del corpo umano, e quindi viene talvolta paragonata all'impalcatura su cui tutto poggia. Oltre alla funzione di supporto, che modella la figura e consente la postura verticale del corpo, la funzione chiave della colonna vertebrale è quella di proteggere il midollo spinale. La colonna vertebrale vista di lato ricorda una lettera S leggermente allungata, che è formata da curve naturali: lordosi cervicale, cifosi toracica, lordosi lombare e cifosi sacrale. La funzione di supporto e i carichi pesanti associati sulla colonna vertebrale la rendono vulnerabile alla degenerazione e a numerose lesioni.

La colonna vertebrale umana è composta da7 vertebre cervicali(C),12 vertebre toraciche(Th),5 lombari vertebre(L),5 vertebre sacrali(S) (si fondono in un unico sacro durante lo sviluppo fetale) e da4 a 5 coccige (Cosa). In totale,umano ha da 33 a 34 vertebre , incluse24 vertebrenel senso stretto della parola ( non connesso ,mobilne ) e due ossa fatte di vertebre fuse - sacrale e coccige.

La colonna vertebrale è così formata da 26 ossa (24 vertebre, sacro e coccige) collegate dadischi intervertebrali(23, perché tra la testa e la prima vertebra cervicale, anche come tra la prima e la seconda vertebra del collo non ci sono dischi intervertebrali, analogamente tra sacro e coccige) e le articolazioni interprocesso, che sono ulteriormente stabilizzate da legamenti e capsule articolari.

Ma il complesso anatomo-funzionale comunemente noto come colonna vertebrale comprende anche elementi del sistema nervoso (colonna vertebralee radici nervose ) che beneficiano della protezione della colonna ossea (il il canale spinale è la colonna vertebrale), oltre a numerosi gruppi muscolari responsabili sia della stabilizzazione che della mobilità della colonna vertebrale.

Colonna vertebrale - struttura e funzioni

Come suggerisce il nome - la spina dorsale èun polo fatto di cerchi . Infatti, visto di fronte, forma una linea retta. Sul piano sagittale, invece,quattro curve :lordozy(piegamento in avanti)cervicaleelombareecifosi(curvatura all'indietro)toracicaecroce . Imprecisoc'è anche la seconda parte del nome, perché ci sonodischi intervertebralitra le vertebre, chesommano fino a circa un quarto della lunghezza dell'intera colonna vertebrale. Sono anche leggermente più larghe dei corpi vertebrali, e quindi si estendono oltre il loro profilo, conferendo alla spina dorsale una caratteristica forma di bambù.

Nel complesso, la colonna vertebrale svolge diverse importanti funzioni per l'intero corpo:

  • èasse di supporto , che ti permette di ottenere una silhouette verticale e mantenerla in equilibrio;
  • ammortizzatuttocarichinell'asse lungo del corpo;
  • protegge il tessuto nervoso sensibile del midollo spinaleche scorre all'interno del canale spinale;
  • rappresentaimpalcature per il sistema nervoso vegetativo ;
  • rappresentaimpalcature per organi internitorace e addome;
  • è un elemento stabile in relazione agli arti mobili, così comesito di attacco muscolarearti;
  • consente i movimenti del collo e del bustosu tutti e tre i piani;

I compiti primari della colonna vertebrale sonostabilizzazione, protezione e mantenimento della struttura scheletrica , e solo allora le sue funzioni sono legate alla mobilità. Jerzy Stodolny lo giustifica usando degli esempi: “È noto dalla pratica che si può funzionare perfettamente con una colonna vertebrale rigida. Gli esempi includono bambini con distrattori metallici impiantati dopo alcuni interventi chirurgici per la scoliosi o pazienti con spondilite anchilosante. D' altra parte, con una colonna vertebrale instabile, ad esempio dopo infortuni, distorsioni, fratture, per non parlare della paralisi muscolare, purtroppo è impossibile vivere attivamente. Da qui una conclusione molto importante: l'attività della colonna vertebrale è un compromesso tra la massima stabilizzazione possibile e la mobilità desiderata. "

È possibile identificare una serie di meccanismi che consentonodi limitare e controllare efficacemente la mobilità della colonna vertebrale :

  • sistemamuscolichetenerlo in posizione verticale ;
  • quattrocurve(lordosi cervicale e lombare nonché cifosi toracica e sacrale), che aumentano la resistenza dellacolonna vertebraleai carichi da superiore fino a 17 volte rispetto alla stessa costruzione, ma completamente semplice;
  • costole , chelimitano la mobilitàdella sezione toracicadella colonna vertebrale ;
  • sistema legamentosoe anelli fibrosidischi intervertebraliche controllano i movimenti attivi e passivi tra le vertebre;
  • nuclei dei dischi intervertebrali ,che consentono ai corpi vertebrali di cambiare l'orientamento dei piani in direzioni diverse, ma entro un intervallo angolare limitato;
  • diverso a seconda del livello della colonna vertebralestruttura dei processi articolari e delle articolazioni intervertebralicon superfici articolari che consentono il movimento solo in determinate direzioni e il corretto range;
  • struttura dell'osso sacroe il suo collegamento con il bacino da ampie articolazioni sacro-iliache, grazie alle quali questa struttura è il più forte ammortizzatore del corpo umano, riducendo i carichi in verticale asse.

Le funzioni motorie delle singole sezioni della colonna vertebrale variano in termini di gamma e direzioni di movimento.La più ampia libertà di movimento si verifica nel segmento cervicale, quindi nella regione lombare, e la più piccola nella regione sacrale . Il cosidettopunti chiave della spina dorsale, ovvero le connessioni interstiziali :

  • cervicale-cervicale (Co-C1), dove sono presenti flessione, estensione, flessione laterale, rotazione e combinazioni delle direzioni citate;
  • cervico-toracica, con gli stessi movimenti della giunzione cervicale-cervicale, ma con un range maggiore;
  • toracolombare con movimenti di flessione, estensione, flessione laterale e rotazione;
  • lombosacrale con movimenti di flessione, iperestensione e flessione laterale

L'aumentata mobilità e libertà di movimento dei suddetti luoghi è influenzata dagli angoli delle superfici articolari delle articolazioni interprocesso e dall' altezza dei dischi intervertebrali in singoli punti. I menzionati luoghi di maggiore mobilità sono, sotto carichi aggiuntivi, particolarmentesoggetti a danni da sovraccarico(compresa la discopatia).

Per il fatto chela colonna vertebrale ha due funzioni opposte contemporaneamente-stabilizzante e motoria- le sue strutture devono essere adeguatamente diverse per morfologia e funzionalità. Per comprendere la biomeccanica dell'intero sistema è necessario conoscere la struttura delle sue singole parti.

Costruire un cerchio

Tra le vertebreci sono diverse sezioni della colonna vertebraledifferenze dovute a diverse funzionitipiche di diverse sezioni della colonna vertebrale

Ogni cerchio consiste di due parti fondamentali: un corpo cilindrico massiccio e un arco più sottile e vario.Ogni arco ha 7 processi : spinoso dalla parte posteriore, trasversale sui lati e persino processi articolari superiori e inferiori dall' alto e dal basso. Uno spazio triangolare libero rimane tra le ali dell'arco e la parte posteriore dell'albero: il canale spinale. Qui è dovemidollo spinale .

Gli alberi piattidelle bobine sono progettati per supportare una grande massa di carichi . Oltre alla sostanza spugnosa, la loro parte può comprendere anche placche di confine cartilaginee, che la proteggono dalla pressione e mediano lo scambio di fluidi tra gli alberi e i dischi intervertebrali. D' altra parte,gli archi sono una protezione meccanica per il midollo spinaleehanno superfici articolari che collegano le singole vertebre tra loro e consentono loro di muoversi l'una rispetto all' altra . Inoltre, i processi trasversali sono sedi di attacco dei legamenti intervertebrali e dei muscoli della colonna vertebrale

Costruzione del disco intervertebrale

I dischi intervertebrali collegano i corpi vertebrali tra loro(fanno parte delle articolazioni intercorporee),portano il peso corporeo , edeterminano la forma della colonna vertebrale(nella sezione lordotica cervicale e lombare i dischi sono più in alto davanti) egli permettono di muoversi . I dischi intervertebrali sono i più alti rispetto ai corpi vertebrali nelle sezioni più mobili (ca. 4 mm) e lombare (ca. 10 mm). Dall' alto e dal basso, i dischi intervertebrali confinano con le placche di confine che li separano dalla sostanza spugnosa dei corpi vertebrali.

Oltre alle placche cartilaginee, il disco intervertebrale è costituito da due elementi caratteristici e cruciali per le funzioni dell'intero sistema:anelli fibrosienucleo. Gli anelli sono costituiti da piastre sovrapposte. Le fibre dei singoli strati dell'anello fibroso corrono obliquamente in direzioni alternate, il che dà il cosiddetto effetto corda. C'è tessuto fibroso sciolto tra le piastre. Nella regione lombare, l'anello fibroso è costituito da 10-12 placche, spesse sui lati e più sottili nella parte anteriore e posteriore. Ciascun anello in fibraè saldamente fissato dalla parte anteriore e laterale al corpo vertebrale . Inoltre,si collega dalla parte anteriore al legamento longitudinale anteriore .I rimorchi posteriori sono un po' più deboli . Le fibre degli strati interni si collegano attraverso un'impalcatura intercellulare con il nucleo polposo, quindiè difficile definire un confine rigoroso tra l'anello e il nucleo .

Da un punto di vista funzionale, l'anello fibroso è l'elemento più importante che stabilizza la colonna vertebrale . Collega le singole vertebre in un insieme funzionale esvolge il ruolo di freno di sicurezza in caso di tentativo di spostare la colonna vertebrale in un intervallo troppo ampio . Tuttavia, non limita completamente la mobilità dei cosiddetti impalcatura del corpo, perché grazie al suo allungamento (ad anello) permette di compiere determinati movimenti. InL'anello fibroso circonda, e quindi protegge, il nucleo polposo più piccolo dell'insieme funzionale della scala - il principale ammortizzatore della colonna vertebrale.

Il nucleo all'interno dell'anello fibrosooccupa trasversalmente circa il 50-60 percento del volume del disco intervertebrale . È bianco, lucido e ha una consistenza semigelatinosa. Non è un centro ideale del disco intervertebrale, in quanto si trova più vicino alla parte posteriore del corpo vertebrale (da cui la tendenza verso la direzione posterolaterale del disco). In un neonato, è costituito principalmente da muco intervallato da fili cartilaginei-fibrosi. Nel corso degli anni, il rapporto tra i componenti del testicolo cambia poiché il muco viene sostituito da tessuto cartilagineo-fibroso. Questo processo dura tutta la vita. Con il passare degli anni, le differenze tra il nucleo e l'anello fibroso diventano sempre più sfumate.

Le principali funzioni del nucleo polmonaresono:

  • scambio di fluidi mediatoritra il disco e i corpi vertebrali;
  • sostenere la vertebrasituata sopra il disco intervertebrale;
  • ammortizzando tensioni e pressioni , trasferendole uniformemente su tutti i lati: all'anello fibroso e alle placche cartilaginee dei corpi vertebrali;

L'efficacia dell'ammortizzazione del nucleo dipende dalle proprietà del gelche contiene, e più precisamente dalla possibile forza di assorbimento dell'acqua da parte di esso. Durante la pressione, l'acqua viene espulsa dal nucleo polposo e quando la pressione si riduce, viene nuovamente assorbita.Con l'invecchiamento del corpo, le capacità di assorbimento e riassorbimento dei testicoli diminuiscono, in modo che la colonna vertebrale più anziana sia in grado di sopportare una pressione minore. La funzione di assorbimento degli urti è anche gravemente compromessa dal danneggiamento dell'anello fibroso , che può interferire con la trasmissione uniforme del carico da parte del nucleo polposo.

Biomeccanica della colonna vertebrale sull'esempio della colonna lombare

La colonna lombare è composta da 5 vertebre con corpi massicci. L'ultimo, collegato all'osso sacro opposto, ha una forma a cuneo (è nettamente più alto del fronte). Gli archi vertebrali sono i più forti in questo segmento e le aperture vertebrali sono le più grandi lungo l'intera colonna vertebrale. I processi articolari sono quasi verticali (con un angolo di 45 gradi rispetto al piano frontale), quindi le superfici articolari su di essi corrono sul piano sagittale. Di conseguenza, limitano la rotazione ed estendono il range di flessione ed estensione (in giovane età è di circa 80 gradi, in vecchiaia di solito è di circa 25 gradi).

Ci sono due unità funzionali della colonna vertebralevertebre collegate da un disco intervertebrale . La parte anteriore (con le aste e il disco) sostiene il peso del corpo, la parte posteriore (con le appendici e le superfici articolari) è responsabile dei movimenti. Anche un forte sistema legamentoso gioca un ruolo importante in quanto contrasta la forza di espansione dei dischi. L'effetto di queste forze opposte è meglio evidenziato dal fatto chedifferenze giornaliere nella lunghezza della colonna vertebrale raggiungono 12 mm nelle donne e 18 mm negli uomini(è principalmente correlato ai cambiamenti nella idratazione del nucleo polposo gel). L'effetto di queste forze è la stabilizzazione della colonna vertebrale (supportata inoltre dai muscoli della colonna vertebrale e del busto).

Nella sezione orizzontale, la spina dorsale ricorda la lettera T, quindi un sistema noto per la sua elevata resistenza. Viene inoltre aumentata (17 volte rispetto alla stessa, ma senza struttura di curvatura) la curvatura naturale della colonna vertebrale, che è soggetta a numerose pressioni e carichi che agiscono su piani diversi. Riguardano principalmente la sezione lombare, che ha anche la maggiore resistenza. La sua forza di sollevamento è in media di circa 400 kg (per confronto: la forza di sollevamento media della cervicale - 113 kg; quella toracica - 210 kg). Naturalmente i carichi standard sulla colonna vertebrale in posizione eretta sono molto più bassi e ammontano a circa 125 kg nella colonna lombare, 75 kg nel torace e 50 kg nel cervicale.

La forza della colonna vertebrale è inversamente proporzionale alla durata del carico . In caso di pressione prolungata aumenta la rigidità dei tessuti e diminuisce la resistenza al danno. Le vibrazioni, che rendono difficile l'adattamento delle strutture della colonna vertebrale all'aumento della pressione, hanno un impatto negativo simile sulla resistenza alle lesioni.

L'asse dei movimenti individuali della colonna vertebrale è al centro del nucleo polposo e si muove con il nucleo - in avanti durante l'iperestensione e indietro durante la flessione. Pertanto, un disturbo della funzione di supporto del testicolo è sempre l'inizio della patologia della colonna vertebrale. Oltre ai carichi eccessivi, sono causati anche dalla diminuzione dell'idratazione del testicolo con il passare degli anni (dopo la nascita contiene circa l'88% di acqua, a 18 anni è l'80%, e in età avanzata è meno superiore al 70%). La pressione trasferita dal nucleo sulle fibre del disco intervertebrale è spesso distribuita in modo asimmetrico, il che è correlato alla forma del disco. La tensione nella parte posterolaterale (questo è il punto in cui il testicolo viene spinto indietro più spesso) può superare la pressione esistente anche 5 volte.

Il meccanismo che protegge il nucleo dai danni è che può assorbire acqua nonostante la pressione esercitata su di esso. Tuttavia, questo accade solo con pressione intermittente. Con una pressione eccessiva costante, il testicolo perdequesta proprietà e viene distrutta.La posizione in cui il disco intervertebrale è sottoposto a maggiore pressione (spesso costante) è seduta con il cosiddetto slouch(dorso arrotondato, estensore addominale accorciato, estensore della colonna vertebrale in allungamento, la sua tensione è ridotta). Anche piegare la colonna lombare stando in piedi su gambe dritte nelle ginocchiaè anche una posizione dannosa per il disco. Come scrive Artur Dziak: "Si presume che in una persona che pesa 70 kg - la 3a vertebra lombare sia esercitata da una forza di 142 kg in posizione seduta, 99 kg in posizione eretta e 20 kg in posizione sdraiata (quando dormire). La pressione del disco intervertebrale intralombare è di 1-1,5 MPa (145-210 psi) in posizione seduta (la posizione di riposo fornisce la pressione maggiore). Quando si è in piedi, la pressione diminuisce di circa il 30%, mentre si è sdraiati di lato del 50%. Nella posizione sdraiata sulla schiena, la pressione all'interno del disco intervertebrale è solo del 10-20 percento. cosa mentre sei seduto e il 25 percento. cosa in posizione eretta. Quindi è ovvio che i pazienti con discopatia dovrebbero, soprattutto, limitare la loro posizione seduta. "

Ma l'entità delle sollecitazioni e dei carichi sulla colonna vertebrale dipende non solo dalla posizione, ma anche in larga misura da tutte le attività che stimolano il lavoro dei muscoli. Ogni movimento è accompagnato da una variazione della tensione muscolare e da un allungamento della leva delle forze che cadono sulla colonna lombare. Il braccio di leva molto lungo per la colonna lombare forma il busto e gli arti superiori. L'equilibrio è assicurato da un braccio di leva corto dal nucleo polposo agli estensori dorsali. Il rapporto di queste leve è 15:1, il che significa che un sollevamento di 40 kg deve essere controbilanciato da una contrazione dei muscoli dorsali di circa 600 kg.

Il punto in cui l'ultima vertebra lombare si unisce all'osso sacroè cruciale per trasferire il carico sulla colonna vertebrale. Ha la forma di un cuneo piegato in avanti, formato da 5 vertebre fuse insieme (la fusione finale avviene solitamente tra i 20 ei 25 anni). Insieme alle due ossa iliache, l'osso sacro forma il bacino - la base e l'impalcatura della colonna vertebrale - a cui vengono trasferiti tutti i carichi (che attraversa la colonna lombare e poi l'osso sacro).L'angolo ottimale tra la colonna lombare e la colonna sacrale è di 30 gradi . Il trasferimento dei carichi avviene in un luogo specifico, perché la lordosi lombare si trasforma in cifosi sacrale. La modifica della posizione della colonna vertebrale e il disco intervertebrale anteriore molto alto a forma di cuneo forniscono a questo luogo un ampio raggio di movimento. Allo stesso tempo, qui si accumulano i carichi trasmessi attraverso l'intera colonna vertebrale. Inpertanto, in quest'area si avvertono più chiaramente i cambiamenti di posizione, attività ed estensione del braccio di leva. Un esempio è Artur Dziak: “nella posizione eretta di un concorrente del peso di 105 kg, alto 195 cm, con un bilanciere di 150 kg sul petto, il carico sulla sezione L5-S1 è di 220 kg. Nel caso di un'inclinazione in avanti del busto di un angolo di 30 gradi, queste pressioni raggiungono un valore fino a 990 kg, a causa dello spostamento del baricentro e dell'estensione del braccio di forza. Va aggiunto che questa forza è divisa in due componenti, una delle quali agisce parallelamente alla superficie articolare del sacro e l' altra perpendicolare; ad esempio, con un'inclinazione di 52 gradi della base dell'osso sacro, questi componenti sono 348 e 509 kg. Ne consegue che la connessione lombosacrale è soggetta a pressioni molto significative, con una forza che tende a far scivolare la 5a vertebra lombare in avanti fuori dall'osso sacro. "

Per sviluppare cambiamenti di sovraccarico nel sistema muscolo-scheletrico, non abbiamo bisogno di carichi che superano la forza dei tessuti. Sono sufficienti sovraccarichi frequenti. Se sono abbastanza forti e frequenti, senza superare la soglia di forza dei tessuti, possono anche rompere l'anello fibroso, una patologia che non può essere fermata o annullata.

Allora come mai durante alcuni lavori o sport che comportano il sollevamento di carichi pesanti o l'allungamento del braccio di leva, la colonna vertebrale non viene danneggiata (o almeno non immediatamente)? Si scopre cheprotegge, allevia e stabilizza i muscoli (soprattutto i muscoli posturali) e la pressione generata nelle cavità corporee (addome, torace) . Non solo, come scrive Artur Dziak: “L'attività muscolare e la pressione nelle cavità del corpo aumenta con il peso del carico sollevato. Assumendo parte della pressione sulla colonna vertebrale, la sezione toracica può essere alleviata fino al 50 percento e la colonna lombare del 30 percento (misurata a livello del disco intervertebrale L5-S2)”. Questo esempio mostra chiaramente l'importanza di un ruolo compensatorio svolto daimuscoli posturali , che - adeguatamente forti e in forma -non solo proteggono la colonna vertebrale dai danni, ma ne subentrano anche parzialmente le sue funzioni .

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Categoria:

Anatomia