Coloana Vertebrală

Vedem doar ce căutam, găsim doar ceea ce recunoaștem, și folosim doar o mică parte din ceea ce înțelegem.

 

Înțelegerea anatomiei și biomecanicii sunt de mare ajutor medicului ortoped în  determinarea sursei probabile a simptomatologiei  osteoarticulare a pacientului dar și în stabilirea indicației terapeutice. Diagnosticul și tratamentul afecțiunilor coloanei vertebrale este adeseori o provocare. Aceasta se datorează complexității anatomiei vertebrale cu un mare număr de articulații și funcției coloanei vertebrale de protecție a măduvei spinării și rădăcinilor nervoase, alterarea integrității și/sau stabilității acesteia, putând duce la leziuni nervoase cu un prognostic redutabil. Pentru a putea alege cea mai potrivită din multitudinea de opțiuni terapeutice existente în prezent, medicul trebuie să aibă o cunoaștere profundă a anatomiei și biomecanicii.

Este la fel ca în viaţă: vedem doar ce căutam, găsim doar ceea ce recunoaștem, și folosim doar o mică parte din ceea ce înțelegem.

Ne-am propus să prezentăm într-un singur capitol elemente de bază ale anatomiei și biomecanicii coloanei, folosind un limbaj descriptiv pentru studiul structurilor anatomice și aplicând metode de inginerie pentru studiul funcției, legătura între structură și funcție fiind cheia înțelegerii patologiei coloanei vertebrale și a diverselor tipuri de instrumentație folosite pentru stabilizarea coloanei vertebrale.

Anatomia coloanei vertebrale

  • Coloana vertebrală

    În școală, învățăm la anatomie că există patru segmente vertebrale: coloana cervicală – lordotică (7 vertebre), coloana toracică – cifotică (12 vertebre), coloana lombară – lordotică (5 vertebre) și segmentul sacro-coccigian sudat în cifoză (5 vertebre sacrale și 4 coccigiene). De asemenea, învățăm că între aceste segmente se află joncțiunile: cervico-toracică C7-T1, toraco-lombară T12-L1 și lombo-sacrată L5-S1 (Fig.2.1).

    Aceasta este o prezentare anatomică cu rol pedagogic; ea nu corespunde însă realității biomecanice a ființei umane vii.

    Fig.2.1 Dezvoltarea curburilor sagitale ale coloanei vertebrale. La nou-născut coloana are o formă asemănătoare literei C (stânga). Pe măsură ce copilul începe să țină capul sus, apare curbura cervicală (mijloc), iar odată cu patrupedia se dezvoltă curbura lombară necesară posturii bipede (dreapta).

    Vertebrele și inclusiv elementele interpuse între acestea, prezintă asemănări indiferent de regiune, cu excepția vertebrelor coloanei cervicale superioare care au o anatomie adaptată pentru a permite mișcările ample ale capului şi vertebrele regiunii sacrate și coccigiene la care mobilitatea este pierdută prin sudare. Restul coloanei vertebrale, de la C3 la L5, este compusă din segmente de mișcare individuale care pot face obiectul diverselor leziuni traumatice.

  • Anatomia unei vertebre tip

    Vertebra tip poate fi împărțită în două regiuni: corpul vertebral și arcul vertebral (numit și arc posterior). Osul este format în ambele regiuni din os compact la exterior și un miez de os spongios (Figura 2.2).

    Figura 2.2. Anatomia vertebrei T12 ( a. vedere superioară, b. vedere laterală)

    Osul spongios este format dintr-o multitudine de spiculi osoși, cunoscuți sub denumirea de trabecule. Trabeculele sunt orientate paralel faţă de liniile de forță. Smitth, Odgaard și Schneider (1997) demonstrează că arhitectura trabeculară a corpurilor vertebrale lombare este adaptată pentru compresia axială și este determinată în principal de mersul biped.  Trabeculele sunt foarte rezistente la locul de întâlnire al pediculilor cu corpul vertebral, datorită transferului forțelor de la procesele articulare la corpul vertebral în timpul mișcării de translație în plan orizontal dinspre anterior spre posterior (forfecare) asociată mersului.

    Densitatea osoasă vertebrală diferă de la individ la individ, dar pare să crească în timpul pubertății atingând un maxim în jurul a 25 de ani, odată cu încetarea creșterii pe axa longitudinală și închiderea plăcilor de creștere a centrelor secundare de osificare. Scăderea densității minerale osoase sub nivelul normal este cunoscută sub numele de osteoporoză. Osteoporoza este însoțită și de rearanjarea trabeculelor spongioase ce duce la scăderea elasticității osului și creșterea fragilității sale cu creșterea posibilității apariției fracturii, chiar în absența unui eveniment traumatic.

  • Corpul vertebral

    Corpul vertebral (Figura 2.4) este partea voluminoasă anterioară a vertebrei care susţine greutatea corpului uman.

    Figura 2.4. Anatomia vertebrei T6 ( a. vedere superioară, b. vedere laterală)

    Figura 2.5. Segmentul vertebral de mișcare

    Fiecare corp vertebral este construit în aşa fel încât să prezinte cea mai mare rezistenţă cu cea mai mică masă osoasă. Corpii vertebrali sunt conectaţi unul la altul prin discurile intervertebrale creând un stâlp flexibil ce suportă greutatea capului şi a trunchiului, dar și forţele generate de contracţia musculaturii. Corpii vertebrali au forma cilindrică şi prezintă caracteristici specifice fiecărei regiuni a coloanei.

    Figura 2.6. Osteofite vertebrale ce realizează artrodeza naturală.

    Osteofitele corpilor vertebrali (denumite popular “ciocuri”) sunt protruzii ale platourilor superior sau inferior formate din os compact ce se întind spre corpul vertebral şi discul intervertebral învecinat. Osteofitele anterioare ale corpilor vertebrali sunt mai frecvente decât cele posterioare şi de regulă sunt mai mari. Osteofitele se întâlnesc la un procent ridicat de indivizi încă din a doua decadă de viaţă, în decada a patra de viaţă fiind prezente la aproape 100% din indivizi.

    Osteofitele anterioare pot duce la fuziunea completă intercorporeală cu blocarea completă a mișcărilor articulare, producandu-se o artrodeza naturala, comparabila cu fuziunea vertebrala chirurgicala (Figura 2.6). O astfel de situaţie este mai des întâlnită în regiunea toracică medie şi joasă şi în regiunea cervicală joasă. Cu toate acestea fuziunea este extrem de rară între C7 şi T1. Fuziunea este rară şi între L5 şi S1 [45].

  • Arcul vertebral

    Arcul vertebral (posterior) prezintă câteva structuri (Figura 2.4): pediculii, lamele, procesele articulare superioare, inferioare, transverse şi spinoase.

    Fig. 2.8 Șuruburi pediculare la nivelul vertebrei T10.

    Pediculii reprezintă porţiunea anterioară a arcului vertebral. Sunt scurţi, groşi, curbaţi şi se ataşează deasupra mijlocului corpului vertebral la nivelul marginii laterale şi posterioare a corpului vertebral. Fiind mai mici decât corpul vertebral, deasupra şi dedesubtul punctului lor de congruență cu corpul vertebral se formează nişte caneluri (notch), superior şi respectiv inferior, cel superior fiind mai superficial şi mai mic decât cel inferior.

    Datorită rezistenței lor crescute, pediculii sunt utilizați în fixarea vertebrală, șuruburile trecând prin pedicul în corpul vertebral, reprezentând astăzi cea mai utilizată modalitate de fixare (Fig.2.8).

    Lamele (sing. lama sau lamina) continuă pediculii; sunt turtite dinspre anterior spre posterior, se orientează posteromedial pentru a se uni cu procesul spinos, închizând foramenul vertebral.

    Procesul spinos al fiecărei vertebre se proiectează posterior și deseori inferior dinspre lamă. Dimensiunile, forma și direcția acestuia diferă substanțial de la o regiune la alta a coloanei vertebrale. Procesul spinos poate fi uneori deviat de la linia mediană spre dreapta sau spre stânga fără vreo semnificație patologică, dar fiind un motiv de eroare în practica clinică; observarea acestei devieri pe radiografia de față sau la examinarea clinică, nu trebuie asociată automat cu fractura procesului spinos sau malrotaţia vertebrei.

    Procesele spinoase funcționează la nivelul coloanei vertebrale ca niște pârghii seriate pentru musculatura posturală, dar și pentru cea a mișcărilor active. Majoritatea mușchilor care se inseră pe procesele spinoase acționează ca extensori ai coloanei vertebrale, iar o parte acționează ca rotatori ai vertebrei de care se atașează.

    Procesul spinos al unei vertebre este un reper important pentru identificarea altor elemente anatomice.

    Fig. 2.9 Identificarea structurilor anatomice ale coloanei vertebrale pe radiografia simplă: 1. Corp vertebral; 2. Platou vertebral superior; 3. Pedicul ; 4. Process articular superior; 5. Proces articular inferior; 6. Lamina; 7. Proces spinos; 8. Procese transverse; 9. Disc vertebral; 10. Foramen intervertebral

    Procesele transverse se proiectează lateral de joncţiunea pediculo-lamelară. Direcția lor diferă de la o regiune la alta. Procesul transvers al unei vertebre cervicale tipice se proiectează oblic anterior și superior și se situează lateral de pediculi și anterior de procesele articulare.

    Procesele transverse toracice diferă, se proiectează oblic posterior și inferior și se localizează înapoia proceselor articulare, pediculilor și foramenului intervertebral articulându-se cu coastele.

    Procesele transverse lombare (Figura 2.9) sunt așezate în fața proceselor articulare și posterior de pediculi și foramenul intervertebral. Servesc ca suprafață de inserție pentru musculatură și sunt utilizate ca pârghii de aceasta.

    Fiecare proces transvers este format din procesul transvers „adevărat” și un element costal. Elementele costale ale regiunii toracice se transformă în coaste. În celelalte regiuni, elementele costale sunt incorporate și formează procesul transvers al vertebrei la maturitate. Rareori, procesele transverse cervicale și lombare dezvoltă adevărate coaste. Aceasta se întâmplă mai frecvent în regiunea cervicală inferioară (coasta cervicală) (figura 2.10) sau lombară superioară și pot cauza disconfort.

    Ca şi procesele transverse, procesele articulare superioare (zigoapofize) se proiectează din joncțiunea pediculo-lamelară superior, iar suprafaţa articulară (faţeta) este îndreptată înspre posterior, chiar dacă direcţia diferă de la posteromedial în regiunea cervicală şi lombară la posterolateral în regiunea toracică.

    Figura 2.10. Radiografie toracică. Remarcăm prezența coastei cervicale.

    Procesele articulare inferioare drept şi stâng (zigoapofize) se proiectează inferior din joncţiunea pediculo-lamelară, iar suprafețele articulare (faţete) privesc anterior. Ca şi in cazul proceselor articulare superioare, direcţia diferă de la anterolateral în regiunea cervicală la anteromedial în regiunile toracală şi lombară.

    Figura 2.11. Articulaţia zigoapofizară

    Prin unirea zigoapofizelor se formează articulațiile zigoapofizare (eng. „facet joints”) mici și care permit o mișcare limitată (Figura 2.11). Mobilitatea acestor articulații diferă considerabil între regiunile coloanei vertebrale. Şi ele contribuie la formarea peretelui posterior al canalului vertebral.

    Suprafața articulară a fiecărui proces articular este acoperită cu un strat de 1-2 mm de cartilaj hialin. Această porțiune acoperită de cartilaj hialin a proceselor articulare se numește fațeta articulară. Joncțiunea dintre fațeta inferioară și superioară a două vertebre învecinate de aceeași parte constituie articulația zigoapofizară (Figura 2.11). În consecință, vertebrele se articulează una cu alta prin două articulații zigoapofizare (dreapta şi stânga) la care se adaugă articulația reprezentată de discul vertebral.

    Articulațiile zigoapofizare sunt de un interes deosebit pentru chirurgul spinal deoarece, ca și în alte articulații, pierderea libertății de mișcare sau mișcarea aberantă pot fi sursa primară a durerii.

    Mișcarea între două vertebre învecinate este redusă, amplitudinea mare a mișcării coloanei vertebrale obținându-se prin combinarea mișcărilor diferitelor sale segmente. Mișcările coloanei vertebrale consta în flexie, extensie, flexie laterală, rotație și circumducţie (combinarea mișcărilor de flexie, aplecare laterală, extensie și rotație) (Fig.2.11).

    Discul intervertebral limitează la rândul lui mişcarea între două vertebre adiacente. Discul intervertebral mai gros din regiunile cervicală şi lombară permite o mişcare mai largă în aceste regiuni. În plus, forma şi orientarea faţetelor articulare (Fig. 2.12) determină tipul şi amplitudinea mişcărilor dintre vertebrele învecinate.

    Fig. 2.11 Tipurile de mișcări la nivelul coloanei vertebrale toracice


    Fig.2.12 Orientarea fațetelor articulare la nivelul regiunii cervicale (a), toracale (b) și lombare (c)

  • Gaura vertebrală și canalul vertebral

    Gaura vertebrală este delimitată de corpul vertebral (anterior) și arcul vertebral (posterior) (Figura 2.2 și 2.4). Forma și dimensiunea acestuia diferă de la o regiune la alta și chiar de la o vertebră la alta. Canalul vertebral se formează prin suprapunerea tuturor găurilor vertebrale și găzduiește: măduva spinării, rădăcinile nervoase, meningele și vase sanguine.

  • Discul intervertebral

    Discul intervertebral prezintă două regiuni distincte care lucrează în sinergie, reprezentate de inelul fibros (annulus fibrosus) la exterior şi nucleul pulpos (nucleus pulposus) la interior. Inelul fibros prezintă la nivelul coloanei lombare mai mult de 25 de straturi numite lamele (lamella) dispuse în paralel, conținând mai ales colagen tip I. Configurarea intricată a fibrilelor (cross-linked) permite discului intervertebral să reziste forţelor ce apar în timpul mişcării coloanei vertebrale.

    Nucleul pulpos conţine mai ales colagen tip II dispus într-un mod neorganizat. Aceste fibre sunt înconjurate de o matrice bogată în proteine cunoscute sub numele de proteoglicani. Acestea transportă apă şi au un conţinut ridicat de apă în discul sănătos conferindu-i rigiditatea caracteristică şi în acelaşi timp proprietăţile vâscoelastice ce-i asigură rezistenţa la forţele de compresiune ale încărcării axiale.

  • Muşchi

    Împreună cu ligamentele, mușchii iniţiază şi ghidează mişcările coloanei. Muşchii mari sunt importanţi pentru a echilibra forţele exterioare. Muşchii segmentari mici sunt prea subţiri în secţiune transversală pentru a produce o forţă relevantă, dar sunt legaţi de fusurile neuromusculare şi se pare ca au rol important în propriocepţie.

    Figura 2.13. Musculatura superficială a trunchiului


    Figura 2.14. Musculatura profundă a trunchiului

    Musculatura coloanei vertebrale poate fi împărţită, în funcţie de localizare în şase grupe mari:

    • muşchi spinali posteriori (erector spinae, multifidus, partea lombară a m. Longissimus thoracis);
    • muşchi spinali anteriori (psoas major, pătratul lombelor);
    • muşchi segmentari mici (interspinali, intertransversali);
    • muşchi respiratori sau intercostali;
    • muşchii peretelui abdominal (intertransversali, oblic intern şi extern, drepţi abdominali);
    • mușchii superficiali ai trunchiului (mușchi largi incluzând romboizi, latissimus dorsi, pectorali, trapez, transvers abdominal) (Figura 2.13 și 2.14).

    Riscul major de lezare apare în timpul tensionării musculare maxime. De exemplu, când individul alunecă, în timpul căderii un reflex declanşează contracţia involuntară şi energică a muşchiului erector spinae. După decelerarea mişcării directe, muschiul erector spinae va determina poziţia extinsă a coloanei. Leziunea musculară apare cel mai des în timpul unei alungiri energice când muşchiul este în maximă activitate (contracţia excentrică a muşchiului).

    În cazul afecțiunilor traumatice sau degenerative ale coloanei vertebrale, contractura musculaturii paravertebrale determină rigidizarea regiunii implicate.

  • Ligamente

    Fig. 2.15. Secțiune sagitală la nivelul joncțiunii toraco-lombare ce evidențiază ligamentele intersegmentare

    Ligamentele vertebrale, ca majoritatea ţesuturilor moi ale corpului, sunt de natură viscoelastică şi au un răspuns elastic non liniar. Ligamentele conectează vertebrele adiacente (intersegmentare), însă fibre singulare pot trece peste mai multe nivele. Ele transmit doar forţele elastice şi ca atare rolul lor este de a limita mişcarea excesivă.

    Ligamentele intersegmentare sunt:

    • ligamentele longitudinal anterior şi posterior (LLA si LLP);
    • ligamentul galben (ligamentum flavum);
    • ligamentele interspinos şi supraspinos;
    • ligamentele intertransverse;
    • capsula articulaţiilor faţetare (Fig. 2.15).

    Ligamentele vertebrale nu prezintă aceleaşi limite de funcţionare în siguranță ca oasele, putând funcţiona fiziologic în condiţii apropiate de limita de rupere.

    Rolul ligamentelor vertebrale este de a permite mişcări fine cu o rezistenţă minimă şi maxim de conservare a energiei în cadrul mişcării complete a coloanei vertebrale. Ligamentele conferă de asemenea protecţie măduvei spinării, limitând mişcarea excesivă şi preluând o mare parte a forţelor ce acţionează asupra coloanei în timpul unui traumatism.