Caratteristiche anatomo-biomeccaniche della colonna vertebrale

La colonna vertebrale deve essere considerata dal punto di vista anatomico (biomeccanico) e funzionale.

Anatomicamente, la colonna vertebrale è composta da 32, a volte 33 vertebre singole, collegate tra loro da dischi intervertebrali (art. intersomatica), che rappresentano una sincondrosi, e da articolazioni (art. intervertebrales). La stabilità o fermezza della colonna vertebrale è assicurata da un potente apparato legamentoso che collega i corpi delle vertebre (lig. longitudinale anteriore e posteriore) e dalla capsula delle articolazioni intervertebrali, dai legamenti che collegano gli archi vertebrali (lig. flava) e dai legamenti che collegano i processi spinosi (lig. sovraspinoso e intraspinoso).

Da un punto di vista biomeccanico, la colonna vertebrale è come una catena cinematica composta da singoli anelli. Ogni vertebra si articola con quella adiacente in tre punti:

A livello delle due articolazioni intervertebrali posteriori e dai corpi (attraverso il disco intervertebrale) anteriori.

Le connessioni tra i processi articolari costituiscono le vere e proprie articolazioni.

Situate una sopra l'altra, le vertebre formano due colonne: quella anteriore, costituita dai corpi delle vertebre, e quella posteriore, formata dagli archi e dalle articolazioni intervertebrali.

La mobilità della colonna vertebrale, la sua elasticità e resistenza, la capacità di sopportare carichi significativi sono garantite in una certa misura dai dischi intervertebrali, i quali sono in stretto collegamento anatomico e funzionale con tutte le strutture della colonna vertebrale che formano la colonna vertebrale.

Il disco intervertebrale svolge un ruolo fondamentale nella biomeccanica, essendo "l'anima del movimento" della colonna vertebrale (Franceschilli, 1947). Essendo una formazione anatomica complessa, il disco svolge le seguenti funzioni:

• fusione delle vertebre,
• garantire la mobilità della colonna vertebrale,
• protezione dei corpi vertebrali da traumi costanti (ruolo di assorbimento degli urti).

ATTENZIONE! Qualsiasi processo patologico che indebolisca la funzione del disco interferisce con la biomeccanica della colonna vertebrale. Anche le capacità funzionali della colonna vertebrale vengono compromesse.

Il complesso anatomico costituito da un disco intervertebrale, due vertebre adiacenti con le corrispondenti articolazioni e l'apparato legamentoso a questo livello è denominato segmento di movimento vertebrale (VMS).

Il disco intervertebrale è costituito da due placche ialine che aderiscono saldamente alle placche terminali dei corpi delle vertebre adiacenti, al nucleo polposo e all'anello fibroso (anulus fibrosus).

Il nucleo polposo, residuo della notocorda dorsale, contiene:

• sostanza interstiziale condrina;
• un piccolo numero di cellule cartilaginee e fibre di collagene intrecciate che formano una specie di capsula e le conferiscono elasticità.

ATTENZIONE! Al centro del nucleo polposo c'è una cavità, il cui volume è normalmente di 1-1,5 ^cm³.

L'anello fibroso del disco intervertebrale è costituito da densi fasci di tessuto connettivo intrecciati in varie direzioni.

I fasci centrali dell'anello fibroso sono disposti in modo lasco e passano gradualmente nella capsula del nucleo, mentre i fasci periferici sono strettamente adiacenti tra loro e sono incorporati nel margine marginale dell'osso. Il semicerchio posteriore dell'anello è più debole di quello anteriore, soprattutto nella colonna lombare e cervicale. Le sezioni laterali e anteriori del disco intervertebrale sporgono leggermente oltre il tessuto osseo, poiché il disco è leggermente più largo dei corpi delle vertebre adiacenti.

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Legamenti spinali

Il legamento longitudinale anteriore, denominato periostio, è saldamente fuso con i corpi delle vertebre e passa liberamente sopra il disco.

Il legamento longitudinale posteriore, che partecipa alla formazione della parete anteriore del canale spinale, al contrario, è liberamente proteso sulla superficie dei corpi vertebrali e si fonde con il disco. Questo legamento è ben rappresentato nella colonna cervicale e toracica; nella regione lombare si riduce a una stretta fascia, lungo la quale si possono spesso osservare delle lacune. A differenza del legamento longitudinale anteriore, è molto poco sviluppato nella regione lombare, dove si osservano più spesso i prolassi del disco.

I legamenti gialli (23 legamenti in totale) sono localizzati segmentalmente, a partire dalla vertebra C fino alla vertebra S. Questi legamenti sembrano sporgere nel canale spinale, riducendone così il diametro. Poiché sono maggiormente sviluppati nella regione lombare, in caso di ipertrofia patologica si possono osservare fenomeni di compressione della coda equina.

Il ruolo meccanico di questi legamenti è diverso ed è particolarmente importante dal punto di vista della statica e della cinematica della colonna vertebrale:

• mantengono la lordosi cervicale e lombare, rafforzando così l'azione dei muscoli paravertebrali;
• determinare la direzione del movimento dei corpi vertebrali, la cui ampiezza è controllata dai dischi intervertebrali;
• proteggere il midollo spinale direttamente, chiudendo lo spazio tra le placche, e indirettamente attraverso la loro struttura elastica, grazie alla quale, durante l'estensione del tronco, questi legamenti rimangono completamente tesi (mentre se si contraessero, le loro pieghe comprimerebbero il midollo spinale);
• insieme ai muscoli paravertebrali, aiutano a portare il tronco dalla flessione ventrale alla posizione verticale;
• hanno un effetto inibitorio sul nucleo polposo, che, attraverso la pressione interdiscale, tende ad allontanare due corpi vertebrali adiacenti.

La connessione degli archi e dei processi delle vertebre adiacenti è assicurata non solo dal legamento giallo, ma anche dai legamenti interspinosi, sopraspinosi e intertrasversali.

Oltre ai dischi e ai legamenti longitudinali, le vertebre sono collegate da due articolazioni intervertebrali formate da processi articolari che presentano caratteristiche in sezioni diverse. Questi processi delimitano le aperture intervertebrali attraverso le quali fuoriescono le radici nervose.

L'innervazione delle porzioni esterne dell'anello fibroso, del legamento longitudinale posteriore, del periostio, della capsula articolare, dei vasi e delle membrane del midollo spinale è assicurata dal nervo sinuvertebrale (n. sinuvertebralis), costituito da fibre simpatiche e somatiche. La nutrizione del disco nell'adulto avviene per diffusione attraverso le lamine ialine.

Le caratteristiche anatomiche elencate, nonché i dati di anatomia comparata, hanno permesso di considerare il disco intervertebrale come una semiarticolazione (Schmorl, 1932), mentre il nucleo polposo, contenente il liquido sinoviale (Vinogradova TP, 1951), è paragonato alla cavità articolare; le placche terminali delle vertebre, ricoperte di cartilagine ialina, sono paragonate alle estremità articolari e l'anello fibroso è considerato la capsula articolare e l'apparato legamentoso.

Il disco intervertebrale è un tipico sistema idrostatico. Poiché i liquidi sono praticamente incomprimibili, qualsiasi pressione che agisca sul nucleo viene trasformata uniformemente in tutte le direzioni. L'anello fibroso, con la tensione delle sue fibre, trattiene il nucleo e assorbe la maggior parte dell'energia. Grazie alle proprietà elastiche del disco, gli urti e le commozioni trasmesse alla colonna vertebrale, al midollo spinale e al cervello vengono notevolmente attenuati durante la corsa, la camminata, il salto, ecc.

Il turgore del core varia significativamente: quando il carico diminuisce, aumenta e viceversa. Una pressione significativa sul core può essere valutata dal fatto che, dopo essere rimasti in posizione orizzontale per diverse ore, il raddrizzamento dei dischi allunga la colonna vertebrale di oltre 2 cm. È anche noto che la differenza di altezza umana durante il giorno può raggiungere i 4 cm.

I corpi vertebrali nelle diverse parti della colonna vertebrale presentano caratteristiche anatomiche e funzionali proprie.

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Colonna cervicale

In base ai compiti funzionali di sostegno, le dimensioni dei corpi vertebrali aumentano gradualmente dalla regione cervicale a quella lombare, raggiungendo la loro dimensione massima nelle vertebre S;

• Le vertebre cervicali, a differenza di quelle situate sotto, hanno corpi relativamente bassi, di forma ellissoidale;
• I corpi delle vertebre cervicali non sono separati l'uno dall'altro da un disco per tutta la loro lunghezza. Questi bordi supero-laterali allungati dei corpi vertebrali, chiamati processi semilunari o uncinati (processus uncinatus), che si collegano con gli angoli inferiori-laterali dei corpi delle vertebre sovrastanti, formano la cosiddetta articolazione di Luschka, o articolazione uncovertebrale, secondo la terminologia di Troland. Tra il processo uncinato e la faccetta della vertebra superiore vi è uno spazio uncovertebrale di 2-4 mm;
• Le superfici articolari uncovertebrali sono ricoperte da cartilagine articolare e l'articolazione è circondata esternamente da una capsula. In questa regione, le fibre verticali dell'anello fibroso sulla superficie laterale del disco divergono e decorrono in fasci paralleli all'apertura; tuttavia, il disco non è direttamente adiacente a questa articolazione, poiché, avvicinandosi alla fessura uncovertebrale, scompare gradualmente;
• una caratteristica anatomica delle vertebre cervicali è la presenza di aperture alla base dei processi trasversi, attraverso le quali passa l'a. vertebralis;
• Le aperture intervertebrali C5 _, C6 _e C7 _hanno una forma triangolare. L'asse dell'apertura nella sezione passa su un piano obliquo. Pertanto, si creano le condizioni per il restringimento dell'apertura e la compressione della radice con escrescenze uncovertebrali;
• i processi spinosi delle vertebre cervicali (tranne C7 ₎ sono divisi e abbassati;
• i processi articolari sono relativamente brevi, si trovano in posizione inclinata tra il piano frontale e quello orizzontale, il che determina un volume significativo di movimenti di flesso-estensione e di inclinazioni laterali piuttosto limitate;
• i movimenti di rotazione sono eseguiti principalmente dalle vertebre cervicali superiori grazie all'articolazione cilindrica del processo odontoideo con la superficie articolare della vertebra C1;
• il processo spinoso di C ₇ sporge al massimo ed è facilmente palpabile;
• la colonna cervicale è caratterizzata da tutti i tipi di movimenti (flessione-estensione, flessione a destra e a sinistra, rotazione) e nel massimo volume;
• la prima e la seconda radice cervicale emergono dietro le articolazioni atlanto-occipitale e atlanto-assiale e in queste aree non sono presenti dischi intervertebrali;
• Nella regione cervicale, lo spessore dei dischi intervertebrali è pari a 1/4 dell'altezza della vertebra corrispondente.

La colonna cervicale è meno potente e più mobile della colonna lombare, ed è generalmente soggetta a meno stress. Tuttavia, il carico su 1 cm² ^del disco cervicale non è inferiore, e persino maggiore, rispetto a quello su 1 cm² ^della colonna lombare (Mathiash). Di conseguenza, le lesioni degenerative delle vertebre cervicali sono comuni quanto quelle della colonna lombare.

R. Galli et al. (1995) hanno dimostrato che l'apparato legamentoso garantisce una mobilità molto ridotta tra i corpi vertebrali: gli spostamenti orizzontali delle vertebre adiacenti non superano mai i 3-5 mm e le inclinazioni angolari gli 11°.

L'instabilità del PDS è da aspettarsi quando la distanza tra i corpi delle vertebre adiacenti è superiore a 3-5 mm e quando l'angolo tra i corpi delle vertebre aumenta di oltre 11°.

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Colonna toracica

Nella regione toracica, dove l'ampiezza di movimento della colonna vertebrale è relativamente ridotta, le vertebre sono più alte e più spesse di quelle cervicali. Dalle vertebre toraciche da ₅ a 12, le loro dimensioni trasversali aumentano gradualmente, avvicinandosi alle dimensioni delle vertebre lombari superiori; i dischi intervertebrali nella regione toracica sono più piccoli rispetto alle regioni lombare e cervicale; lo spessore dei dischi intervertebrali è pari a 1/3 dell'altezza della vertebra corrispondente; le aperture intervertebrali nella regione toracica sono più strette rispetto alla regione cervicale; anche il canale spinale è più stretto rispetto alla regione lombare; la presenza di un gran numero di fibre simpatiche nelle radici toraciche non solo causa una peculiare colorazione vegetativa delle radicolopatie toraciche, ma può anche causare lo sviluppo di dolore viscerale e discinesia; relativamente massicci, ispessiti alle estremità, i processi trasversi delle vertebre toraciche sono inclinati un po' posteriormente e i processi spinosi sono fortemente inclinati verso il basso; il tubercolo della costola confina con la superficie anteriore dell'estremità libera ispessita del processo trasverso, formando una vera e propria articolazione costotrasversa; un'altra articolazione è formata tra la testa della costola e la superficie laterale del corpo della vertebra a livello del disco.

Queste articolazioni sono rinforzate da robusti legamenti. Quando la colonna vertebrale ruota, le costole e le superfici laterali dei corpi vertebrali con i processi trasversi seguono la colonna vertebrale, ruotando attorno all'asse verticale come un'unica unità.

La colonna toracica presenta due caratteristiche distintive:

• curva cifotica normale in contrapposizione alla curva lordotica della colonna cervicale e lombare;
• articolazione di ogni vertebra con un paio di costole.

Stabilità e mobilità della colonna toracica

I principali elementi stabilizzanti sono: a) l'impalcatura costale; b) i dischi intervertebrali; c) gli anelli fibrosi; d) i legamenti (legamenti longitudinali anteriore e posteriore, legamento radiale, legamento costotrasverso, legamenti intertrasversali, legamento giallo, legamenti interspinosi e sopraspinosi).

Le costole con l'apparato legamentoso garantiscono sufficiente stabilità e allo stesso tempo limitano la mobilità durante i movimenti (flessione - estensione, flessione laterale e rotazione).

ATTENZIONE! Quando ci si muove nella regione toracica, la rotazione è la meno limitata.

I dischi intervertebrali, insieme all'anello fibroso, oltre a svolgere una funzione ammortizzante, svolgono una funzione stabilizzante: in questo tratto i dischi sono più piccoli rispetto al tratto cervicale e lombare, il che riduce al minimo la mobilità tra i corpi vertebrali.

Le condizioni dell'apparato legamentoso determinano la stabilità della colonna toracica.

Numerosi autori (Heldsworth, Denis, Jcham, Taylor, ecc.) hanno corroborato la teoria della stabilità a tre punti.

Il ruolo chiave è attribuito al complesso posteriore: la sua integrità è una condizione essenziale per la stabilità e il danneggiamento delle strutture di supporto posteriori e medie si manifesta con l'instabilità clinica.

Un importante elemento stabilizzante è la capsula articolare; anche l'anatomia delle articolazioni garantisce l'integrità delle strutture.

Le articolazioni sono orientate sul piano frontale, il che limita la flessione-estensione e la flessione laterale; pertanto, le sublussazioni e le lussazioni delle articolazioni sono estremamente rare nella regione toracica.

ATTENZIONE! La zona più instabile è la zona Th10-L1, a causa della relativa stabilità della regione toracica e della maggiore mobilità della regione lombare.

Colonna lombosacrale

Nella colonna lombare, che sostiene il peso della sezione sovrastante:

• i corpi delle vertebre sono più larghi, i processi trasversi e articolari sono massicci;
• la superficie anteriore dei corpi vertebrali lombari è leggermente concava in direzione sagittale; il corpo della vertebra L è leggermente più alto anteriormente che posteriormente, il che determina anatomicamente la formazione della lordosi lombare. In presenza di lordosi, l'asse di carico si sposta all'indietro. Ciò facilita i movimenti di rotazione attorno all'asse verticale del corpo;
• I processi trasversi delle vertebre lombari sono normalmente situati frontalmente; le porzioni ventrali dei processi trasversi delle vertebre lombari sono residui sottosviluppati delle corrispondenti costole lombari, motivo per cui sono chiamati processi costali (processus costarii vertebrae lumbalis). Alla base dei processi costali si trovano processi accessori più piccoli (processus accessorius);
• i processi articolari delle vertebre lombari sporgono notevolmente e le loro superfici articolari sono situate ad angolo rispetto al piano sagittale;
• i processi spinosi sono ispessiti e diretti all'indietro quasi orizzontalmente; sul bordo posterolaterale di ciascun processo articolare superiore a destra e a sinistra c'è un piccolo processo mammillare conico (processus mamillaris);
• Le aperture intervertebrali nella regione lombare sono piuttosto ampie. Tuttavia, in condizioni di deformazione spinale, processi degenerativi e disturbi statici, la sindrome dolorosa radicolare si manifesta più spesso in questa regione;
• i dischi lombari, in base al massimo carico sottoposto, hanno l'altezza maggiore, pari a 1/3 dell'altezza del corpo;
• la localizzazione più frequente delle protrusioni e dei prolassi discali corrisponde ai tratti più sovraccarichi: lo spazio tra L4 _e Ls _e, un po' meno frequentemente, tra C e S1;
• Il nucleo polposo si trova al confine tra il terzo posteriore e medio del disco. L'anello fibroso in quest'area è significativamente più spesso anteriormente, dove è sostenuto da un denso legamento longitudinale anteriore, più sviluppato nella regione lombare. Posteriormente, l'anello fibroso è più sottile ed è separato dal canale spinale da un sottile e meno sviluppato legamento longitudinale posteriore, connesso ai dischi intervertebrali più saldamente che ai corpi vertebrali. Questo legamento è collegato a questi ultimi tramite tessuto connettivo lasso, in cui è incastonato il plesso venoso, il che crea ulteriori condizioni per la formazione di protrusioni e prolassi nel lume del canale spinale.

Una delle caratteristiche della colonna vertebrale è la presenza di quattro cosiddette curvature fisiologiche situate sul piano sagittale:

• lordosi cervicale, formata da tutte le vertebre cervicali e toraciche superiori; la maggiore convessità si trova a livello di _C5 e _C6;
• cifosi toracica; la massima concavità è a livello di Th ₆ - Th ₇;
• lordosi lombare, formata dall'ultima vertebra toracica e da tutte le vertebre lombari. La curvatura maggiore si trova a livello del corpo _L4;
• cifosi sacrococcigea.

I principali tipi di disturbi funzionali della colonna vertebrale si sviluppano o in base al tipo di attenuazione delle curve fisiologiche, o in base al tipo di aumento di queste (cifosi). La colonna vertebrale è un organo assiale unico, la sua suddivisione in diverse sezioni anatomiche è condizionata, pertanto non può esserci iperlordosi, ad esempio nella colonna cervicale, con attenuazione della lordosi nella colonna lombare, e viceversa.

Attualmente sono stati sistematizzati i principali tipi di disturbi funzionali nelle varianti levigate e iperlordotiche delle alterazioni della colonna vertebrale.

1. Quando le curve fisiologiche della colonna vertebrale vengono appianate, si sviluppa un disturbo funzionale di tipo flessionale, caratterizzato da una posizione forzata del paziente (in posizione di flessione) e comprendente:

• mobilità limitata nei segmenti motori della colonna cervicale, compresa la zona delle articolazioni della testa;
• sindrome della capitis obliqua inferiore;
• lesioni dei muscoli flessori profondi del collo e del muscolo sternocleidomastoideo;
• sindrome dello scaleno anteriore;
• sindrome della regione scapolare (sindrome dell'elevatore della scapola);
• sindrome della parete toracica anteriore;
• in alcuni casi - sindrome da periartrite scapolo-omerale;
• in alcuni casi - sindrome da epicondilite laterale del gomito;
• mobilità limitata della prima costola, in alcuni casi - costole I-IV, articolazioni della clavicola;
• sindrome da appiattimento della lordosi lombare;
• sindrome dei muscoli paravertebrali.

Limitazione della mobilità nei segmenti motori della colonna lombare e toracica inferiore: nella parte lombare - flessione e nella parte toracica inferiore - estensione:

• mobilità limitata nell'articolazione sacroiliaca;
• sindrome degli adduttori;
• sindrome dell'ileopsoas.

2. Con l'aumento delle curve fisiologiche della colonna vertebrale, si sviluppa un disturbo funzionale di tipo estensivo, caratterizzato da un'andatura eretta e "orgogliosa" del paziente e da una limitata estensione della colonna lombare e cervicale durante la manifestazione clinica della malattia. Tra questi:

• mobilità limitata nei segmenti motori della colonna cervicale media e cervicotoracica;
• cervicalgia dei muscoli estensori del collo;
• in alcuni casi - sindrome da epicondilite interna del gomito;
• mobilità limitata nei segmenti motori della colonna toracica.
• sindrome da iperlordosi lombare;
• limitazione dell'estensione nei segmenti motori della colonna lombare: L1-L2 e L2 L3 _, in alcuni casi - _L3 - _L4;
• sindrome dei muscoli posteriori della coscia;
• sindrome dell'abduttore dell'anca;
• sindrome del piriforme;
• sindrome della coccigodinia.

Pertanto, quando la simmetria degli sforzi attivi viene alterata anche in condizioni fisiologiche normali, si verifica un cambiamento nella configurazione della colonna vertebrale. Grazie alle curve fisiologiche, la colonna vertebrale può sopportare un carico assiale 18 volte maggiore rispetto a una colonna di cemento dello stesso spessore. Ciò è possibile perché, in presenza di curve, la forza di carico è distribuita uniformemente lungo tutta la colonna vertebrale.

La colonna vertebrale comprende anche la sua parte fissa, il sacro, e il coccige, leggermente mobile.

L'osso sacro e la quinta vertebra lombare costituiscono la base dell'intera colonna vertebrale, sostengono tutte le sezioni sovrastanti e sono quelle che sopportano il carico maggiore.

La formazione della colonna vertebrale e lo sviluppo delle sue curve fisiologiche e patologiche sono influenzati in modo significativo dalla posizione delle vertebre lombari IV e V e dall'osso sacro, cioè dal rapporto tra la parte sacrale e quella sovrastante della colonna vertebrale.

Normalmente, l'osso sacro forma un angolo di 30° rispetto all'asse verticale del corpo. Una pronunciata inclinazione del bacino determina la lordosi lombare per mantenere l'equilibrio.

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