Новые элементы экспериментальной биомеханики в грудопоясничной области позвоночного столба у собаки

О. Ноак

Грудопоясничная область на уровне Th11-L2 очень мобильна, и фиксация дисков и связок должна быть достаточно надежна. Крестцовопоясничное сочленение позвонков (L7-S1) очень подвижное. Часто возникает ярко выраженный спондилез.

Было проведено экспериментальное исследование кинематики позвоночного столба в грудопоясничной области во время флексии и экстензии. Целью являлась оценка относительной мобильности позвонков, определение центров моментов ротации (ЦМР) между позвонками при движении и выяснение последствий на уровне дисков и связок. Использовано пять анатомических препаратов собак: четыре от молодых особей весом от десяти до двадцати килограммов; один — «пожилая» такса, межпозвоночные диски которой были подвержены кальцификации. Полученные результаты сопоставляли с данными литературы по распределению повреждений, наиболее часто встречающихся на уровне позвоночного столба.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Позвоночный столб и связочный аппарат формируют дугу (рис. 1), которая удерживается с помощью дорсального «тяжа» (способен вызывать экстензию), вентрального прерывистого (в основном поддерживающего дугу) и вентрального непрерывного «тяжа» (стабилизирует грудопоясничную область в состоянии флексии путем фиксации грудиннореберного сочленения и таза). Флексия шейного отдела позвоночного столба может влиять на состояние грудопоясничной области, в том числе за счет эластичной выйной связки. Биомеханическая модель дуги с применением жгутов позволяет выбрать анатомический участок, акцентировать внимание на соответствующем анатомо-физиологическом подходе. Анатомическим участком исследования являлась аксиальная часть скелета с межпозвоночными дисками и связки позвоночного столба в области плечевого пояса и грудной клетки.

Рисунок 1. Структура дуги позвоночного столба и его натяжения, представленные в качестве механической модели позвоночного столба в области грудопоясничного отдела. 1 — дорсальный тяж, распространяющийся от Th1 до подвздошной кости (мышцы верхней части корпуса тела); 2а — краниальная часть прерывистого вентрального натяжения (длинный мускул шеи); 2б — каудальное вентральное и прерывистое натяжение (малая и большая поясничные и квадратная мышцы поясничного отдела позвоночного столба); 3 — вентральное непрерывное натяжение (мышцы брюшной стенки); 4 — выйная связка, распространяющаяся от Th1 до C2.

Выделено пять позиций:

— нейтральная, контрольная (рис. 2): без искусственного натяжения и выраженной позиции, что отвечает анатомофизиологическим характеристикам естественной мобильности (движения);

— цервикальная флексия (cF): получена при сгибании шеи до состояния полной флексии (сгибания) в области атланто-окципитального сочленения;

— флексия в области тораколюмбального сочленения (Ftl): получена путем фиксации с помощью жгута грудины и таза, что моделирует действие вентрального непрерывного натяжения мышц брюшной стенки;

— флексия в цервикальной и тораколюмбальной областях (cthlF) (рис. 3): комбинация (сочетание) двух предшествующих позиций;

— тораколюмбальная экстензия (E) (рис. 4): получена путем заякоривания на медиальной поверхности вблизи наружного подвздошного гребня и с помощью поперечного болта, проведенного через остистый отросток Th1— с другой.

Рисунок 2. Нейтральная контрольная позиция анатомического препарата.	Рисунок 3. Позиция анатомического препарата в состоянии флексии шейного и грудопоясничного отделов позвоночного столба.	Рисунок 4. Позиция анатомического препарата в состоянии экстензии.

Общий принцип исследования заключается в том, чтобы с помощью выше указанных манипуляций оценить изменения при различных позициях позвоночного столба (Fc, Ftl, Fctl и E) по сравнению с нейтральным положением. Исследование под контролем рентгенографии каждого сочленения позвонков выполняли на уровне Th1-S1. Мобильность оценивали «посегментно», то есть последовательно в каждой паре позвонков, а также определяли «относительную» мобильность всего позвоночного столба в сравнении с его изначальной (контрольной) позицией.

Относительную сегментарную мобильность оценивали, сравнивая с нейтральной позицией искусственно измененные положения позвонков. Ориентировались на естественные реперы самих позвонков. Центры мгновенной ротации позвонков вырисовывали графически с помощью применения рентгеноконтрастных реперов (металлические шпильки и кусочки), помещенных на медианную поверхность каждого позвонка (остистые отростки) (рис. 5). Показатель ЦМР определяли как на отдельных парах позвонков, так и на всем позвоночном столбе в сравнении с его нейтральной позицией. Относительно слабую амплитуду движения между двумя позициями мы связывали с «ротацией» и ее центром, то есть проекцией медианной оси (оценивали по моменту «вращения»).

Рисунок 5. Принцип графического определения центра момента ротации (вращения) во время относительного движения двух позвонков. Достигается за счет взаимного наложения двух рентгенографических клише в месте их сочленения. Проводится сравнительное исследование позиций анатомического препарата: нейтральной (контрольной) и принудительной (Fc, Ftl, Fctl или E). Изменение положения двух позвонков и, следовательно, рентгеноконтрастных реперов, помещенных в область их медианной проекции (остистые отростки и вентральная часть тела позвонка), дает возможность получить графическое отображение траектории их движения путем сравнения нейтральной (черный цвет силуэтов позвонка и крестиков) и принудительной (красный цвет силуэтов позвонка и крестиков) позиций анатомического препарата. Краниальный позвонок рассматривается как контрольный фиксированный. Позиция его силуэта и помещенных на него реперов не меняются, тогда как каудальный позвонок, во время его смещения описывает окружность по отношению к месту сочленения, а точнее, к центру момента ротации. ЦМР можно определить графически путем определения точки пересечения медиатрис сегментов позвонка, которые мы проведем от графического изображения траекторий смещения каждого репера.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Сегментарная мобильность

• Результаты, полученные при флексии, создаваемой в шейном отделе позвоночного столба, указывают на активное формирование дуги на уровне Th1-Th10, что соответствует области грудиннореберного сочленения (рис. 6). Сочленения на уровне Th10-Th11 и более каудальные области остаются иммобильными.

Рисунок 6. Относительная мобильность сегментов: средние угловые девиации (искривления) сегментов, наблюдаемые во время исследования движений. Средняя величина Е: средний показатель угловой девиации (углового смещения) сегментов в состоянии экстензии; средняя величина Fc: средний показатель величины сегментарных девиаций в состоянии флексии шейного отдела позвоночного столба; средняя величина Ftl: средний показатель сегментарных девиаций в состоянии флексии в грудопоясничной области позвоночного столба; средняя величина Fctl: средний показатель сегментарной девиации в состоянии флексии шейного отдела и грудопоясничной области позвоночного столба. Угловая девиация соответствует вариациям (изменениям) угла, измеряемого с помощью рентгенографического исследования в месте сочленения двух позвонков, путем сопоставления рентгенографических клише с позиций одного анатомического препарата позвоночного столба: принудительной (Fc, Ftl, Fctl или E) и нейтральной (то есть контрольной).

• Во время тораколюмбальной флексии сочленение на уровне Th10-Th11 остается без движения. Краниальнее мобильность сочленений позвонков присутствует, но быстро снижается от Th9-Th10 до Th5-Th6. Каудальнее на уровне Th13-L1 отмечали более высокую подвижность. Исследования позволили установить, что сочленения позвонков на уровне Th11-L2 обладают наибольшей степенью флексии. В области L7-S1 по отношению к нейтральной позиции также имеется выраженное изменение угла. Каудальная часть поясничного отдела позвоночного столба обладает менее выраженной подвижностью.
• При сгибании в области шейного и грудопоясничного отделов позвоночного столба отмечается комбинация выше описанных результатов, при этом сочленение позвонков на уровне Th10-Th11 всегда остается неподвижным. Тем не менее, анатомическое соединение между позвонками Th10-Th11 наиболее выраженное. В результате диафрагмальный позвонок Th10 занимает центральную позицию. Он сочленяется с краниальными позвонками за счет тангенциальных суставных фасеток, с каудальными — за счет радиальных суставных фасеток. Антиклинальный позвонок Th11 граничит с краниальными позвонками через остистые отростки (косо поставлены в дорсо-каудальном направлении) и каудальными позвонками через остистые отростки (косо поставлены в дорсо-краниальном направлении). Рентгенографическое исследование показывает, что толщина межпозвоночных дисков на уровне Th10-Th11 меньше по сравнению с соседними дисками.
• При экстензии очень высока мобильность в люмбосакральной области позвоночного столба на уровне Th11-L2. Сочленения позвонков на уровне Th10-Th11 менее подвижны.

Результаты исследований полностью совпадают с данными Badoux, которые получены на изолированном позвоночном столбе, а также Lang et Loefler на целых трупах.

Центры мгновенной ротации

При исследовании мобильности грудопоясничной области позвоночного столба установлено, что центры мгновенной ротации соседних позвонков локализуются, как правило, в каудальной части их тела.

1. Средняя позиция центров ротации в грудном отделе позвоночного столба (половина высоты каудальной части тел позвонков) от Th1-Th2 до TH10-Th11 (рис. 7) приводит к выраженному, но умеренному сжатию дисков в следующих позициях:

— во время флексии при Ftl и Fctl отмечается позиция в виде ножниц с дорсовентральной направленностью и вентральной компрессией;
— во время экстензии позиция ножниц имеет вентро-дорсальную направленность с дорсальной компрессией.

Рисунок 7. Комбинация смещений позвонков с ЦМР на половину высоты корпуса тела каудального позвонка (случай сочленения позвонков от Th1 -Th2 до Th10-Th11 грудного отдела позвоночного столба). Изображение в виде кружка указывает на центр мгновенной ротации, то есть проекцию оси вращения, вокруг которой осуществляется движение позвонков. Стрелки указывают на прессорное (Pr) воздействие, а также на эффекты растяжения (Tr) и больших ножниц (Cis). На данной схеме каудальный позвонок является контролем (фиксированный).

2. Кранио-дорсальное смещение центров ротации тел позвонков в грудопоясничной области в сочленениях от Th11-Th12 до Th13-L1 (рис. 8) приводит к тому, что сжатие межпозвоночных дисков и продольной дорсальной связки при флексии (Ftl и Fctl) по сравнению с краниальной частью грудного отдела становится более выраженным. В состоянии экстензии вентральная продольная связка натягивается очень сильно, тогда как степень дорсальной компрессии на диски выражена слабо. Флексия, создаваемая в области шейного отдела позвоночного столба, увеличивает степень компрессии, но снижает эффект ножниц (центры ротации во время сгибания шеи формируются более краниально).

Рисунок 8. Комбинация смещений позвонков с ЦМР, который локализуется в дорсальном краниальном углу тела каудального позвонка (случай с сочленениями на уровне от Th11-Th12 до L6-L7). Кружочек указывает на центр мгновенной ротации, то есть проекцию оси, вокруг которой осуществляется движение позвонков. Стрелки указывают на прессорное (Pr) воздействие, а также на эффекты растяжения (Tr) и больших ножниц (Cis). На данной схеме каудальный позвонок является контролем (фиксированный).

3. В области люмбосокрального сочленения (рис. 9) толщина межпозвоночных дисков в вентральной части более широкая. Они в основном подвергаются относительно умеренному растяжению и компрессии.

Рисунок 9. Комбинация смещений позвонков в области крестцово-поясничного сочленения. Кружочек описывает центр мгновенной ротации, то есть дает проекцию оси, вокруг которой осуществляет движение. Стрелки указывают на прессорное (Pr) воздействие, а также на эффекты растяжения (Tr) и больших ножниц (Cis). На данной схеме каудальный позвонок является контролем (фиксированный).

У лошади соматическая позиция ротационных центров (то есть положение в теле позвонков) имеет определенные вариации, тогда как у человека эти центры ротации локализуются внутри дисков (Gonon et al., 1982, цитируют по Denoix).

ОБСУЖДЕНИЕ

Все полученные результаты по мобильности и последовательности локализации центров ротации имеют корреляцию с распределением наиболее часто встречаемых повреждений в области позвоночного столба у собаки.

Грыжа межпозвоночного диска (без различия типа) может проявляться в случае его дегенерации, вследствие возникновения межпозвоночной гиперфлексии. Тем не менее, она имеет высокую корреляцию с подвижностью на уровне Th11-L5 (рис. 10). Исследование центров ротации в данной области позвоночного столба указывает на четко выраженное сжатие дисков. Краниальнее мобильность еще высокая. И наоборот, сжатие дисков в месте локализации ЦМР на уровне Th1-Th11 носит умеренный характер. Связки, располагающиеся между головками ребер от K2 до K11, то есть на уровне от Тh1-Th2 до Th10-Th11, противодействуют протрузии дисков. Частота нарушений в этой области менее высокая.

Рисунок 10. Распределение межпозвоночных грыж дисков и относительная мобильность в грудопоясничной области позвоночного столба. Средний показатель Е: средние угловые девиации (отклонения) между позвонками во время экстензии. Средний показатель Fctl: средние угловые девиации между позвонками в состоянии флексии шейного, грудного и поясничного отделов позвоночного столба. Межпозвоночные грыжи дисков соответствуют количеству межпозвоночных пространств, данные которых получили на основании трех исследований. 1 — Средний показатель Е 2 — Средний показатель Fctl 3 — Грыжи межпозвоночных дисков

Что касается спондилеза, то корреляционная взаимосвязь его проявления с мобильностью менее четкая (рис. 11). Наиболее серьезные нарушения в краниальной части поясничного отдела позвоночного столба ассоциируются с напряжением дисков и связок (продольная вентральная связка), которые наиболее выражены во время экстензии и при высокой мобильности. В каудальной части поясничного отдела позвоночного столба частота возникновения повреждений, равно как и мобильность, носит умеренный характер.

Рисунок 11а. Распределение остеофитов позвонков и относительная мобильность в грудопоясничной области позвоночного столба.

Рисунок 11б. Распределение кальцинированных «свободных» повреждений, локализующихся вентрально в пространстве, заполненном межпозвоночным диском (спондилез), и относительная мобильность в грудопоясничной области позвоночного столба. 6 — Краниальное межпозвоночное сочленение. Остеофит находится на каудальном полюсе краниального позвонка на уровне соответствущего межпозвоночного сочленения. 7 — Каудальное межпозвоночное сочленение. Остеофит находится на краниальном полюсе каудального позвонка на уровне соответствующего межпозвоночного сочленения. 4, 8 — Средний показатель Е: средние величины угловых межпозвоночных девиаций во время экстензии. 5, 9 — Средний показатель Fctl: угловые межпозвоночные девиации шейного отдела и грудопоясничной области позвоночного столба в состоянии флексии. 10 — Количество оссифицированных свободных фрагментов, локализующихся вентрально по отношению к межпозвоночному пространству (межпозвоночным дискам). Количество краевых участков поврежденных позвонков, полученных по результатам трех исследований. Количество кальцинированных (оссифицированных) «свободных» повреждений, полученных по результатам одного исследования.

Это существенно отличается от области крестцово-поясничного сочленения (L7-S1), где частота повреждения и мобильность особенно высокие.

Повреждения дисков вследствие простой сильной травмы (несчастный случай на дороге, падение и т.д.) могут возникать вследствие ранее персистирующих нарушений. Существует некоторая корреляционная взаимосвязь с мобильностью на уровне Th9 и краниальной части поясничного отдела позвоночного столба. С другой стороны, в этой части позвоночного столба центры моментов ротации указывают на сильно выраженное напряжение межпозвоночных дисков. Часть грудного отдела позвоночного столба будет защищена от такого типа травм за счет стернокостальной (грудиннореберной) амортизации (рис. 12).

Рисунок 12. Распределение повреждений дисков вследствие сильной простой травмы (несчастный случай на улице, падение и т.д.) и относительная мобильность в грудопоясничной области позвоночного столба. Средний показатель Е: средние угловые межпозвоночные девиации во время экстензии. Средний показатель Fctl: средние угловые межпозвоночные девиации шейного отдела и грудопоясничной области позвоночного столба во время флексии. Число поврежденных дисков получено по результатам двух исследований. 1 — Средний показатель Е 2 — Средний показатель Fctl 3 — Повреждение дисков

Анализ корреляционной взаимосвязи между вывихом и переломом, а также мобильностью и напряжением на уровне межпозвоночных дисков и связок не представлен четко в данном исследовании.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных исследований установлено, что мобильность сочленений на уровне Th10-Th11, особенно в фазе флексии, предельно ограничена. Наиболее подвижны сегменты в области люмбосакрального сочленения, а также Th12-Th13 и Th13-L1. В области Th11-L2 очень большая мобильность ассоциируется с высоким напряжением дисков в результате эффекта ножниц, а также компрессией, возникновением повреждений: грыжи межпозвоночного диска, высокой степенью спондилеза. Данные, полученные в настоящих исследованиях на анатомических препаратах таксы и других пород собак, различий не имеют.

СВМ 5/2004