Строение позвоночника человека: Позвоночник | Spine | ortoped-klinik.com

Особенности строения пояснично-крестцового отдела позвоночника

Анатомические особенности пояснично-крестцового отдела позвоночника

Позвоночник — это сложная двигательная система, без которой невозможна нормальная жизнь у человека. Во время ходьбы или сидения возникает существенная нагрузка на область крестца, что повышает риск появления различных заболеваний опорно-двигательного аппарата. Если человек не занимается профилактикой, во взрослом возрасте начинаются первые проблемы, связанные с неблагоприятным состоянием организма. Вызывают перегрузку позвонков – длительное нахождение в положении стоя или в наклоне, сидение и подъем тяжестей.

Какие анатомические особенности имеются в поясничном отделе:

1. Позвонки идут друг за другом, а между ними образуется пустое место. В этом сегменте проходит спинномозговой канал. В районе второго поясничного сегмента находится окончание спинного мозга.
2. В поясничном отделе находится 5 позвоночно-двигательных сегментов. Последний сегмент образуется из 5 поясничного и 1 крестцового позвонка.
3. В поясничном отделе имеются наиболее массивные отростки позвонков.
4. В поясничном отделе имеется естественный изгиб, называемый поясничным лордозом. В крестцовом отделе имеется участок, направленный назад, и его называют кифозом.

В зависимости от индивидуального случая, количество сегментов, их толщина или наличие определенных позвонков может отличаться. Такое явление не опасно для здоровья и относится к категории – аномалия тропизма. Лицам с аномалиями нужно внимательнее следить за здоровьем опорно-двигательного аппарата.

Крестцовый отдел позвоночника — функции

На эту зону распределяется наибольшая часть веса человека. Именно этот отдел распределяет нагрузку на нижние части туловища – ноги и таз. Основные функции нижнего отдела спины включают:

1. Защита спинного мозга и нервных корешков от возможных повреждений.
2. Участие в родовом процессе.
3. Амортизирующее действие во время бега, прыжков и при занятиях тяжелым физическим трудом.
4. Защита органов таза.
5. Помощь в поддержании равновесия.
6. Перераспределение веса человека на другие участки.
7. Подвижность человеческого тела.

Если возникает нарушение подвижности и функциональности поясничных или крестцовых зон, у пациента появляются сильные болевые ощущения, чувство скованности не дает возможности полноценно двигаться. В осложненных случаях возникает паралич, парезы и прочие патологические процессы.

С какими внутренними органами связан крестцовый отдел позвоночника:

1. Тазовые кости и ноги.
2. Аппендикс, толстая кишка.
3. Половые органы.
4. Мочевой пузырь.
5. Седалищный нерв.
6. Ягодицы и кости бедер.
7. Пальцы ног, стопы, икроножные мышцы.
8. Прямая кишка и анальное отверстие.

Если возникает травма или нарушение подвижности любого из поясничных сегментов, могут также появиться проблемы с любым из внутренних органов, которые расположены в области нижней части туловища.

У пациента может появиться геморрой, проблемы с кровообращением, опухолевой процесс, отечность нижних конечностей, ишиас, цистит, проблемы в мочеполовой сфере.

Причины болезней позвоночника

Существуют некоторые факторы риска, предрасполагающие к появлению заболеваний опорно-двигательного аппарата, включая повреждения хребта:

1. Ведение малоподвижного образа жизни. В современности существует специальный термин данному явлению – гиподинамия. В век технического прогресса, когда человек начал передвигаться к месту работы с помощью транспорта, ежедневный расход энергии существенно сократился, что и привело к заметным ухудшениям качества здоровья. Лица с гиподинамией часто сталкиваются с нарушением кровообращения, слабостью, ожирением и мышечной атрофией. Последний пункт напрямую связан с болями в спине при малейшем напряжении, включая ходьбу и сидение.
2. Чрезмерный физический труд. Если человек работает на вредном производстве и вынужден поднимать большой вес, не имея соответствующей подготовки, со временем он рискует заработать повреждение позвоночника. Это приводит к раннему течению остеохондроза, ишиасу, радикулиту, грыжам. В группе риска строители, грузчики, работники заводов.
3. Наличие плоскостопия или сколиоза. Если позвоночник искривлен, то нагрузка на мышцы распределяется неправильно, что приводит к серьезным ухудшениям, включая дисбаланс и функциональные нарушения. На фоне плоскостопия наблюдается неверное распределение нагрузки по стопе, что также негативно отражается на состоянии здоровья позвоночника.
4. Беременность. Во время этого положения происходит быстрая и стрессовая перестройка организма матери. Тяжелому воздействию подвергается сердце, сосуды, внутренние органы, ухудшаются функциональные показатели многих систем организма. Также страдает позвоночник, соединительные ткани, ведь связки и сухожилия сильно размягчаются. Наиболее подвержены риску со стороны нарушений позвонки поясничного отдела. Стремительно растущая масса тела создает дополнительное отягощение, поэтому мышцы спины сильно перегружаются. Сильно выпячивается вперед живот до больших размеров, что изменяет центр тяжести вперед, создавая дополнительную нагрузку на поясницу. В результате возникают сильные боли. По этой причине многие женщины во время гестации испытывали сильный дискомфорт в позвонках. Использование поддерживающих бандажей частично облегчает состояние беременной.
5. Ранее перенесенные травмы позвоночника. Если у человека были падения, случаи повреждений, то травматизм приводит к ухудшениям состояния спины со временем. Риски возникновения позвоночных грыж после физических повреждений существенно возрастают.
6. Нет правильного питания, присутствует лишняя масса тела. У лиц с избыточным весом повышен риск проблем с пояснично-крестцовым отделом, так как на него ложится существенная нагрузка. Также у лиц с ожирением отсутствует прочный мышечный каркас, поэтому спина не справляется с хроническими перегрузками, что приводит к поражениям позвонков. Неправильное питание бедно минералами и витаминами, что негативно сказывается на состоянии здоровья организма.
7. Наличие врожденных патологий. Некоторые внутриутробные деформации способствуют появлению ухудшений со стороны опорно-двигательного аппарата и тел позвонков уже во взрослом возрасте.
8. Возрастной фактор. Важно учитывать, что по мере старения организма возникают нарушения со стороны опорно-двигательного аппарата, связанные с дегенеративно-дистрофическими процессами в теле.

При появлении дискомфорта в позвоночнике важно обратиться вовремя к врачу. На неполадки со здоровьем указывает стойкие поясни чные боли, чувство скованности, прострелы в стопы, онемение конечностей. В ходе диагностики специалист расспрашивает больного и назначает проведение МРТ или рентгена. Результаты такого исследования обеспечивают правильную постановку диагноза в большинстве случаев. Затем назначают соответствующее лечение.

Какие виды заболеваний возникают

Чаще всего во время обследования можно обнаружить такие патологические состояния позвоночника в нижнем отделе спины:

1. Остеохондроз пояснично-крестцового отдела позвоночника. Это дегенеративное изменение в суставах позвоночника, провоцирующее повреждения хрящевой и костной ткани. Очень часто остеохондроз возникает по мере старения, так как с возрастом межпозвоночные диски изнашиваются, приводя к дискомфорту, боли.
   Признаки заболевания позвоночника – скованность, боль и жжение в месте поражения позвоночника. В запущенных случаях возникает недержание мочи и прострелы в нижние конечности. С годами патология сильно ухудшает качество жизни, поэтому необходимо лечение, требующее комплексное решение проблемы.
2. Спондилез. Если возникает слишком интенсивная нагрузка на копчик и поясницу, то со временем меняется высота межпозвоночных дисков в сторону уменьшения. По бокам позвонков появляются шиповидные суставные отростки, которые травмируют хрящевые пластины, могут пережимать участки позвоночного канала. В результате заболевание может привести к серьезным неврологическим расстройствам и болям. Пациент со спондилезом обычно жалуется на боль, скованность и онемение внизу спины.
3. Протрузия позвонков поясничного отдела – это одна из стадий развития межпозвоночной грыжи. Прежде, чем возникнет истинная межпозвоночная грыжа, появляются неблагоприятные патологические изменения в фиброзном кольце, находящемся в межпозвоночном диске. Когда происходит растяжение фиброзного кольца с постепенным просачиванием пульпозного ядра наружу, диагностируют протрузию. На этом этапе еще можно избавиться от выпячивания безоперационным путем. Существуют техники, позволяющие вправить протрузию. Не во всех случаях протрузия вызывает симптомы, поэтому их может не быть. Признаки болезни включают боль и скованность.
4. Грыжа – более запущенная форма протрузии. При появлении грыжи поясничного отдела возникают серьезные проблемы со здоровьем, связанные с полным выпячиванием содержимого фиброзного кольца в полость межпозвоночного диска. Состояние связано с сильным дискомфортом и болью, часто возникают прострелы и чувство скованности в нижних конечностях. Если не начать своевременно лечение, у пациента отнимутся конечности, пропадает чувствительность в пальцах ног.
5. Ишиас. Это форма радикулита, проявляющаяся воспалительным процессом в седалищном нерве. Пациент с ишиасом не может нормально двигаться, долго стоять или ходить, даже лежать дискомфортно. Больной постоянно ощущает прострелы и боль.

Также некоторые пациенты сталкиваются с артрозами, артритами и последствиями лордоза. Большинство болезней имеют один общий симптом – боль в пояснице. Если дискомфорт сохраняется долгое время, нужно обязательно посетить врача.

Медикаментозное лечение позвонков поясничного отдела

Болезни позвоночника имеют периоды обострения, которые проявляются в виде острой и сковывающей боли в пояснице. Чтобы облегчить состояние, обычно назначают медикаментозную симптоматическую терапию, направленную на облегчение состояния пациента. Какие средства используют:

1. НПВС или анальгетики. Нестероидные противовоспалительные средства хорошо помогают купировать воспаление и сильную боль в пояснице. Обычно назначают в течение 2-3 дней инъекционные формы для использования, после чего переходят на таблетированные средства. Эти препараты не подходят для длительного использования, так как обладают сравнительно высокой степенью гастротоксичности (вредны для желудка), поэтому лицам, страдающим от язвы желудка или гастрита их лучше использовать с осторожностью, применяя самые щадящие средства. Примеры торговых названий – Диклофенак, Мовалис, Нимесил.
2. Миорелаксанты. Нередко боль в спине связана с патологическим и болезненным мышечным спазмом, который вызывает сильный дискомфорт. Чтобы устранить сильную боль, нужен курсовой прием миорелаксантов. В тяжелых ситуациях краткострочный прием таблеток неэффективен, поэтому их нужно принимать не менее 3-4 недель. Примеры торговых названий – Баклофен, Сирдалуд, Мидокалм.
3. Нейротропные витамины группы В. Эти препараты назначают при ишиасе или люмбаго, когда болевой синдром связан с защемлением седалищного нерва или нервных корешков в позвоночнике. Витамины группы В в комбинации, а именно – тиамин (В1), пиридоксин (В6), цианокобаламин (В12), которые в больших дозах обладают обезболивающим действием. Медикаменты используют курсами – в течение 1-2 недель вводят инъекционные растворы, а затем переходят на таблетки. Пероральные формы выпуска принимают в течение месяца двух, для закрепления результата. Примеры лекарственных средств – Мильгамма, Нейрубин, Нейромакс.
4. Кортикостероиды. Эта группа лекарств относится к гормональным средствам и обладает большим перечнем побочных эффектов, поэтому их назначают в тяжелых ситуациях. Если пациента мучит сильная боль, которую не удается купировать использованием НПВС, то вводят кортикостероид посредством внутрисуставной инъекции. Пример эффективного средства – Дипроспан. Под наблюдением УЗИ датчика в межсуставную полость вводят инъекционный раствор, обладающий длительным эффектом. Обычно достаточно сделать один укол, чтобы надолго купировать признаки болевого синдрома. Если по каким-либо причинам больному невозможно сделать укол Дипроспана, рекомендовано провести новокаиновую блокаду. Это негормональное средство, обладающее мощным анестезирующим действием.

Медикаменты для поддержания здоровья поясничного отдела спины

Когда период обострения прошел, врачи рекомендуют использовать лекарственные средства, которые поддерживают состояние здоровья пациента, чтобы минимизировать риски повторного приступа. К таким лекарствам относят:

1. Хондропротекторы. Это лекарства, направленные на поддержание здоровья хрящевой ткани, успешно используемые в терапии дегенеративно-дистрофических процессов, связанных с возрастными ухудшениями. Чаще всего использовать хондропротекторы рекомендуют при наличии болезней суставов и прогрессирующего развития остеохондроза. Эти препараты применяют длительным, курсовым приемом в течение нескольких месяцев и выше. Сначала назначают инъекционные формы выпуска, используемые в течение нескольких месяцев. Затем переходят на таблетки, которые нужно принимать 3-6 месяцев без перерыва. После чего делают короткий отдых и затем снова используют хондропротекторы. Важно понимать, что эти препараты не снижают риск дегенеративной деструкции позвонков. Они питают хрящевую ткань, поэтому и замедляют скорость прогрессирования остеохондроза. Активные действующие вещества – глюкозамин и хондроитин. Примеры лекарственных средств – Дона, Хондрогард, Мукосат.
2. Добавки Д3, кальций. Существуют специальные добавки с прочной доказательной базой, используемые для поддержания костной ткани в любом возрасте. В особенности в таких добавках нуждаются лица, которые находятся в группе риска по заболеваниям опорно-двигательного аппарата – женщины в постменопаузе, лица, страдающие от остеопороза и дети в период интенсивного роста, развития организма. Поддерживают здоровье костной ткани кальций и витамин Д3. Первый компонент не сможет нормально усвоиться в кишечнике, если у пациента будет недостаточности холекальциферола, поэтому рекомендуют использовать комбинированные добавки. Примеры – Кальций Д3 Никомед, Кальций Цитрат с Д3, Кальцемин Адванс. Желательно назначать такие препараты для профилактики уязвимым слоям населения либо после проведения анализов.
3. Поливитаминные и минеральные комплексы. Служат добавкой к повседневному рациону и не являются обязательными в использовании. Если же у пациента рацион обеднен витаминами и минералами, то врач может назначить соответствующие добавки периодическими курсами, чтобы предупредить гиповитаминоз.

Реже назначают гомеопатию, спазмолитики. Также нередко используют наружные средства в виде мазей и гелей.

Немедикаментозное лечение

Когда у пациента проходит приступ острой боли в области позвонков, ему рекомендовано поддерживающее консервативное лечение. Какие методы предупреждения обострения болезни помогают:

1. Массаж. С помощью специальных техник массажист разогревает мышцы и снимает напряжение. Также улучшается местный кровоток, поэтому после курсового прохождения массажа пациент временно перестает ощущать боль в области позвонков поясницы.
2. Физиотерапевтическое лечение. С помощью аппаратной техники и использования медикаментов устраняется воспалительный процесс, проходит хронический дискомфорт в нижнем отделе спины. Рекомендуемые аппаратные техники – магнитная терапия, электрофорез, ударно-волновая терапия.
3. Мануальная практика. Это ответвление нетрадиционной медицины, которое позволяет «вправить» позвонки в природное положение. Концепция учения заключается в том, что если позвонки находятся в неверном положении, происходит перекос во всем теле, что приводит к проблемам со спиной. Нельзя проводить мануальную терапию при наличии грыжи больших размеров.
4. Лечебная физкультура. С помощью спортивных занятий удается привести мышцы в тонус, что снимает большую часть нагрузки с позвонков. В результате дискомфорт проходит практически полностью. Важно выполнять упражнения ежедневно. Комплекс ЛФК подбирают индивидуально с инструктором, с учетом поставленного диагноза.
5. Ношение ортопедической обуви и эластичных корсетов. Правильно подобранные бандажи и обувь помогут снять нагрузку с целевых мышц, которые недостаточно крепкие, чтобы компенсировать дискомфорт в позвонках. Длительность и сроки ношения должен порекомендовать лечащий врач. Модели одежды и размеры также выбирают по рекомендации.

Если ситуация запущенная и консервативные методы терапии не помогают, требуется проведение операции.

Оперативное вмешательство

Если позвонки практически полностью разрушены или у пациента имеется большая грыжа, а от консервативного лечения нет результата, то рекомендуют провести хирургическую манипуляцию. В зависимости от индивидуального случая, может потребоваться замена позвонка имплантатом или установка металлоконструкции. Более детальную информацию следует узнать у лечащего врача.

Мнение редакции

Пояснично-крестцовый отдел спины наиболее подвержен заболеваниям дегенеративно-дистрофического характера. В зависимости от поставленного диагноза требуется индивидуальная тактика проведения терапии. Для более детального ознакомления с информацией о болезнях спины рекомендуем ознакомиться с содержанием других статей из тематического раздела.

Строение позвоночника кошки — Сеть Ветеринарных Центров «МЕДВЕТ»

Содержание

1. Состав позвоночного столба
2. Травмы спинного мозга

У кошек позвоночный столб составлен из большого числа позвонков, они располагаются от основания черепа до кончика хвоста. Позвонки между собой соединяются межпозвонковыми дисками. Их функция – снижение нагрузки на позвоночный столб, а также обеспечение амортизации и необходимой гибкости. Между позвонков и межпозвонковых дисков проходят многочисленные отростки спинного мозга.

Состав позвоночного столба

Шейный отдел позвоночника включает в себя 7 позвонков. Они крупные, отличаются от других позвонков очень гибким соединением между собой для возможности поворота на 180°, первый позвонок – атлант, он соединяет череп с позвоночным столбом, второй – эпистрофей.

Грудной отдел состоит из 13 позвонков, к которым прикрепляются 12 пар двусторонних ребер, удлиняющихся по направлению к хвосту. К грудной кости прикрепляется 8 пар истинных ребер, остальные 5 пар — ложные дуги, они ни к чему не прикрепляются.

В поясничный отдел включены 7 самых крупных позвонков, укрупняющихся по направлению к хвосту. На позвонках имеются большие отростки, к которым крепятся мышцы, удерживающие все внутренние органы, расположенные в брюшной полости. Позвонки эластично соединённые, это позволяет кошке делать вращательные движения во время прыжка и удерживать равновесие.

Крестцовый отдел имеет 3 сросшихся, крепко соединенных позвонка, образующих крестцовую кость.

Хвостовой отдел включает 21-23 позвонка, уменьшающихся к концу хвоста. У кошек породы Бобтейл и Манкс хвостовых позвонков меньше 21.

Травмы спинного мозга

Травмы спинного мозга у кошек часто являются следствием переломов и смещения позвоночника. Самыми распространенными причинами травм позвоночника для кошек являются падение с высоты, автомобильные травмы, укусы животных. Эти травмы опасны не только тем, что повреждается костный остов, но так же и отеками прилежащих к спинному мозгу тканей, кровотечениями, разрывами нервов, и др.

Симптомы — в основном проявляются сразу, и постепенно прогрессируют. Травмы грудного и поясничного отдела позвоночника нередко вызывают парезы, параличи конечностей, а так же могут вызывать атонию мочевого пузыря, кишечника.

Диагностика — травмы позвоночника можно определить с помощью рентгенологического снимка, МРТ, КТ, а так же с помощью пальпации.

Одним из основных моментов диагностики является определение степени неврологического дефицита, на которое в дальнейшем врач будет опираться в момент принятия методов лечения, а так же прогнозировать шанс на выздоровление животного.

Лечение — в зависимости от тяжести травмы, возможны медикаментозное и хирургическое лечение, а так же реабилитация животного с помощью физиотерапии.

Статья подготовлена врачами хирургического отделения «МЕДВЕТ»
© 2016 СВЦ «МЕДВЕТ»

Повреждения грудного и поясничного отдела позвоночника

Статистика

Частота травмы позвоночника около 100 человек на 1 млн. населения в год. Из них 70% приходится на повреждения грудопоясничного отдела позвоночника. Около 3% больных остаются глубокими инвалидами.  

Описание

Грудной отдел состоит из 12 позвонков. От тел позвонков с каждой стороны отходят ребра, которые спереди соединяются с грудиной. Эта часть позвоночного столба менее подвижна по сравнению с шейным и поясничным отделами позвоночника. Ниже располагается поясничный отдел, состоящий из 5 позвонков. Он несет наибольшую нагрузку.  Если посмотреть на позвоночный столб сбоку, то видно, что по форме он напоминает пружину, один изгиб которой плавно переходит в другой. Такая форма необходима для лучшего удержания равновесия и равномерного распределения нагрузки. В грудопоясничном  отделе, между 11-м грудным позвонком и 2-м поясничным грудной кифоз переходит в поясничный лордоз, и ось вертикальной нагрузки проходит через тела этой области позвонков. Поэтому при травмах позвоночника наибольшее количество повреждений приходиться на эту зону. Верхне-грудной и нижний поясничный отделы страдают гораздо реже. Исключения составляют компрессионные переломы тел позвонков при остеопорозе, при которых больше страдает грудной отдел позвоночника.

Механизмы и причины травмы

Переломы позвоночника относятся к высокоэнергетической травме, поскольку  для ее наступления необходимо приложение большой силы. Наиболее частые причины это автодорожная травма и падение с высоты. Переломы позвоночника практически всегда происходят не за счет прямого воздействия на место перелома (за исключением огнестрельных ранений), а за счет опосредованного воздействия на позвоночник в целом. От характера и направления действия силы повреждения бывают за счет резкого сжатия позвоночника по оси (падение с высоты на ноги или ягодицы), сгибания (удар пассажира о спинку переднего сидения), разгибания (наезд на пешехода сзади), растяжения (попадание в движущиеся механизмы) и скручивание (мотоциклетная травма). Также возможен сдвиг позвонков и сочетание всех этих механизмов.

Виды повреждений позвоночника

Исходя из механизма травмы, возникает тот или иной вид перелома. Современная международная классификация, предложенная в 1994 г. Магерлом, разделила все повреждения на три группы: А – повреждения тел позвонков в результате компрессии по оси позвоночника; В – повреждения, возникающие в результате сгибания – разгибания; С – повреждения двух предыдущих групп в сочетании со сдвигом позвонков и ротацией. В зависимости от объема и особенностей травмы указанные группы повреждений разделяются еще на три вида. Такая классификация дает врачу представление о стабильности или нестабильности повреждения и определяет особенности лечения в каждом конкретном случае.

Диагностика

Прежде всего, пациент должен быть тщательно осмотрен на предмет наличия неврологической симптоматики и выявления зоны предполагаемой травмы. В связи с тем, что внешняя картина не всегда соответствует объему повреждений, на первом этапе обследования проводится обзорная рентгенография. При тяжелых травмах (автодорожная, падение с высоты, поездная травма) необходимо рентгенологическое обследование всего позвоночника, поскольку из-за тяжести состояния пациент не всегда может четко указать на источник боли. Вторым этапом, когда выявлен поврежденный позвонок (или несколько) выполняется мультиспиральная компьютерная томография, благодаря которой можно сделать заключение о характере костных повреждений, смещении отломком и стабильности повреждения. Дополнительное представление о повреждении мягко-тканных структур позвоночника – связок, межпозвоночных дисков, спинного мозга может дать магнитно-резонансная томография. Но если МР-томографа в стационаре нет, то транспортировать пациента с переломом позвоночника в другое учреждение для выполнения МРТ не целесообразно. Перекладывание, транспортировка очень опасны при нестабильных переломах и могут привести к необратимым неврологическим нарушения за счет смешения отломков и сдавливания нервной ткани.

Лечение

Стабильные неосложненные компрессионные переломы тел позвонков со снижением высоты в передних отделах до 50% лечатся консервативно. Рекомендуется ношение ортопедического корсета в течение 4-6 месяцев. В ряде случаев, если пациент хочет быстрого восстановления без длительной внешней фиксации, могут быть рассмотрены варианты хирургического лечения с использованием минимально инвазивных технологий. Все осложненные и нестабильные переломы подлежат хирургическому лечению. В зависимости от характера травмы и вида перелома применяются различные варианты оперативных вмешательств. Общий принцип хирургического лечения – устранить сдавливание спинного мозга, нервных корешков, восстановить правильную ось позвоночника, создать необходимые условия для консолидации перелома и надежно закрепить поврежденный сегмент позвоночника. Мы применяем самые современные фиксаторы, максимально стремимся уйти от больших разрезов и травмирующих операций, широко используем микрохирургическую технику и эндоскопию.

Клинические случаи

Минимально инвазивная транспедикулярная фиксация компрессионно-оскольчатого  перелома L1 позвонка с пункционным восстановлением тела позвонка биоактивным остеоиндуктивным материалом.

 

Передний спондилодез аутокостью с фиксацией пластиной из трансторакального доступа при мнгооскольчатом переломе восьмого грудного позвонка.

Передний поясничный спондилодез с установкой протеза тел позвонков и фиксацией пластиной при осложненном взрывном переломе тел второго и третьего поясничных позвонков.

 

Строение и отделы позвоночного столба

Позвоночник человека, который состоит из 32-34 рядно расположенных позвонков и называемый также «позвоночным столбом» является основой всего скелета человека. При этом позвонки соединены между собой межпозвонковыми дисками, суставами и связками.

Каково строение позвоночника человека?
Существует общепринятое разделение, в соответствии с которым выделяются определенные отделы позвоночника человека. При этом каждый из отделов имеет определенное количество позвонков. Для удобства позвонки обозначаются латинскими буквами (по первым буквам латинских названий отделов) и цифрами, которые обозначают номер позвонка в отделе. Стоит также помнить, что нумерация позвонков ведется сверху вниз .

Итак, сколько отделов в позвоночнике человека? Всего выделяют 5 отделов:
1. шейный отдел позвоночника человека (который еще называют шейной частью), состоит всего из 7 позвонков, с соответствующей нумерацией от С1 до С7. При этом нужно учитывать, что условно затылочная кость черепа считается «нулевым» позвонком и имеет номер С0. Особенностью данного отдела является его высокая подвижность;
2. в грудном отделе позвоночника человека располагается 12 позвонков, которым присвоена нумерация от Т1 до Т12. При этом существуют альтернативные варианты, в которых вместо «Т» используется D ( D1- D12) и Th ( Th2- Th22). Этот отдел — самый малоподвижный, нагрузки на него не так велики, но именно он служит основной опорой для грудной клетки;
3. в поясничном отделе расположено всего 5 позвонков с нумерацией от L1 до L5. Именно этот отдел чаще других является местом появления различных заболеваний позвоночника просто по той причине, что на него приходится максимальная нагрузка, в то же время он должен быть достаточно подвижным;
4. крестцовый отдел — 5 позвонков, которые имеют нумерацию от S1 до S5.
5. копчиковый отдел включает в себя от 3 до 5 позвонков, имеющих нумерацию от Со1 до Со5, но у взрослых людей они срастаются в единую копчиковую кость.

Следующая картинка показывает, на сколько тесно связаны различные отделы позвоночника с другими органами человека:

Изгибы позвоночника человека — с чем связана их необходимость?

Давайте посмотрим на скелет позвоночника человека сбоку и сразу станет заметно, что «позвоночный столб» не является «столбом» в прямом смысле этого слова — он имеет определенные изгибы. При этом такие изгибы вполне физиологичны, они не являются признаком присутствия какого-либо заболевания. Итак, рассматривая позвоночник, можно отметить, что:
в шейном отделе заметно выгибание позвоночника вперед, которое называют также шейным лордозом;
в грудном отдел заметен изгиб позвоночника назад, в результате чего образуется грудной кифоз;
поясничный отдел имеет такой же изгиб, как и шейный отдел, в результате чего образуется поясничный лордоз.
Позвоночник человека образован именно таким образом, поскольку эти изгибы позволяют позвоночнику выполнять функции амортизатора, смягчая таким образом разнообразные толчки и предохраняя головной мозг от сотрясения во время движения (при ходьбе, прыжках или беге).
Функции позвоночника человека
Кроме уже описанных выше амортизирующей (что обеспечивается естественными изгибами позвоночника) и опорной (для остального скелета человека) функций позвоночник должен также обеспечивать необходимую подвижность и степень свободы для человека, в то же время оставаясь достаточно стабильным, чтобы предохранить нервные окончания и внутренние органы от повреждений.

ОСНОВНАЯ АНАТОМИЯ ПОЗВОНОЧНИКА — Welcome Back Clinic

В позвоночнике есть не только кости, но также нервы и мышцы. Функция костных компонентов позвоночника заключается в защите спинного мозга и нервных корешков, находящихся в позвоночном канале, и обеспечении места прикрепления мышц и связок. Движение позвоночника контролируется сокращением мышц, прикрепленных к позвоночнику.

Позвоночник имеет три изгиба. И верхняя (шейная), и нижняя (поясничная) части имеют лордозную или С-образную кривую.Средний (грудной) сегмент имеет кифотический или обратный С-образный изгиб.

Шейный отдел позвоночника находится в области шеи. Он состоит из 7 позвонков. Первый позвонок — это кольцо, на котором сидит череп. Большинство движений сгибания и разгибания происходит между черепом и С1. Второй позвонок представляет собой блок кости с выступом, торчащим вверх внутри кольца С1. В сочленении между C1 и C2 происходит наибольшее вращательное движение шеи. Остальные 5 позвонков шейного, грудного и поясничного отделов позвоночника представляют собой прямоугольные блоки кости.

Диски представляют собой амортизирующие структуры, которые расположены между каждым позвонком по всему позвоночнику (кроме между C1 и C2, где нет диска). Позвонки и диски образуют переднюю часть позвоночника, также называемую передним столбиком.

Ножки — это столбы кости, которые соединяют позвонки спереди с дугой кости в задней части позвоночника. Дуга в задней части позвоночника состоит из двух пластин, которые образуют крышу над позвоночным каналом и остистыми отростками, которые выступают назад.Мышцы и связки прикрепляются к остистым отросткам и пластинке, чтобы контролировать движения позвоночника.

Вторая часть позвоночника — это грудной отдел позвоночника, который состоит из 12 позвонков, к каждому из которых прикреплены ребра. Третья и самая нижняя часть позвоночника — это поясничный отдел позвоночника, который состоит из 5 позвонков. Поясничный отдел позвоночника прикрепляется к крестцу, который является частью таза.

Спинной канал — это область, заключенная в кости, которая содержит спинной мозг и нервные корешки. Задняя дуга также имеет 2 сустава, называемые зигапофизарными или фасеточными суставами.Строение позвоночника допускает некоторые наклоны вперед (сгибание), наклоны назад (разгибание), боковые или боковые сгибания, а также вращательные или скручивающие движения. Это также предотвращает поступательные движения между позвонками.

Анатомия позвоночника — Мочек позвоночник

Анатомия позвоночника поистине потрясающая. Это основная структура, на которую опирается наше тело. Наш позвоночник подобен «главной балке», которую Бог вложил в нас.Структура позвоночника была спроектирована так, чтобы быть прочной, чтобы выдерживать большой вес, и в то же время гибкой, чтобы мы могли свободно сгибаться и двигаться. Эта конструкция была достигнута путем размещения вместе нескольких костей среднего размера, называемых позвонками, соединенных между собой подушками, называемыми дисками, а также двусторонними суставами, называемыми фасетками. Позвонки скреплены рядом очень прочных фиброзных тканей, называемых связками.

Помимо позвоночника, который является нашей главной опорной балкой, он был спроектирован с отверстием в центре каждого позвонка для поддержки и защиты части нашего главного нервного центра, называемого спинным мозгом.Эта «электрическая проводка» была помещена в нас, изолирована запечатанной водой полостью, называемой позвоночным каналом. Наш мозг — это «компьютер», который управляет нашим телом, а спинной мозг — это «переключатель».

Позвонки внутри нас содержат костный мозг, который производит красные и белые кровяные тельца. Красные кровяные тельца переносят кислород к нам через кровоток из наших легких и выводят отработанный углекислый газ из нас как часть нашей энергетической системы. Белые кровяные тельца борются с инфекциями, попадающими в организм.

В шее семь шейных позвонков. Череп, который защищает наш мозг, лежит на вершине шейного отдела позвоночника. Соединение шейного отдела позвоночника и черепа называется атланто-затылочным суставом. Двенадцать грудных позвонков в средней части спины поддерживают грудную клетку, которая защищает наши легкие. 5 поясничных позвонков в нижней части спины составляют основу живота и таза.

Крестец поддерживает наш таз. Таз также является важным источником производства клеток крови.Таз также защищает наш мочевой пузырь и репродуктивные органы. Наконец, копчик или копчик — это конец структуры, на которой мы сидим.

Когда я думаю о позвоночнике человека, я испытываю трепет перед тем, насколько сложным и функциональным был наш дизайнер, создав для нас эту полезную структуру позвоночника.

Книги по медицине и здравоохранению @ Amazon.com

Самые точные и современные изображения нормальной анатомии позвоночника, доступные сегодня, являются центральным элементом этого впечатляющего атласа для врачей, стажеров и студентов, специализирующихся на неврологической медицине.Поистине «атлас 21 века», этот всеобъемлющий визуальный справочник представляет собой подробный обзор анатомии позвоночника, полученный с помощью различных методов визуализации и передовых методов, которые позволяют визуализировать структуры, невозможные с помощью обычных МРТ или КТ. Серия уникальных полноцветных структурных изображений, полученных из 3D-моделей на основе реальных изображений в книге, способствует более глубокому пониманию анатомии позвоночника и пространственных отношений.

Атлас, написанный двумя нейрорадиологами, которые также являются выдающимися педагогами, начинается с краткого введения в развитие, организацию и функции позвоночника человека.Далее следует более 650 тщательно представленных и маркированных изображений, полученных с использованием полного набора стандартных и передовых методов, используемых в настоящее время для визуализации позвоночника человека и прилегающих структур, включая рентген, рентгеноскопию, МРТ, КТ, КТА, МРА, цифровую вычитающую ангиографию и УЗИ позвоночника новорожденных. Огромный массив данных, которые предоставляют эти режимы визуализации, открывает более широкое окно в позвоночник и позволяет читателю беспрепятственно видеть анатомию, представленную для принятия клинических решений или улучшения понимания этой сложной области.Кроме того, различные анатомические структуры можно рассматривать от модальности к модальности и с разных плоскостей.

Этот современный атлас поднимает традиционную анатомическую топографию позвоночника на уровень передовых технологий. Он будет служить авторитетным учебным пособием в классе и важным практическим ресурсом на рабочем месте, в офисе или клинике.

Основные характеристики:

• Предоставляет подробные виды анатомических структур внутри и вокруг человеческого позвоночника с использованием более 650 высококачественных изображений в широком диапазоне методов визуализации
• Содержит несколько примеров использования изображений анатомических ориентиров в представлении интервенционных процедур на позвоночнике
• Содержит тщательно обозначенные изображения всех областей позвоночника и прилегающих областей, которые можно сравнивать и противопоставлять в разных модальностях
• Служит авторитетным учебным пособием для студентов и стажеров и практическим справочником для врачей различных специальностей

Разработка и проверка своевременной и репрезентативной конечно-элементной модели позвоночника человека для биомеханического моделирования

Достижения в области вычислительной биомеханики проложили путь к более точным представлениям модели конечных элементов человеческого торса и его биомеханического поведения.Эти модели FE обычно строятся на основе математических представлений (т. Е. Рассматриваются в зависимости от конкретного случая), которые игнорируют точные геометрические представления и могут привести к чрезмерно упрощенной модели. Хотя для конкретных случаев такие приближения и предположения верны, такое упрощение уводит такие модели от точного физиологического представления. Например, в последнее время было показано, что такие эффекты, как абдоминальное давление, мышечное давление и грудопоясничная фасция ^38,67 , играют роль в биомеханике позвоночника, и, следовательно, их включение в биомеханические модели может быть оправдано, если сосредоточить внимание на них. исследования по этому поводу.

В соответствии с этим, трехмерная репрезентативная новая полномасштабная биомеханическая КЭ модель позвоночника была успешно построена и утверждена. Модель состояла из тел грудных и поясничных позвонков, межпозвонковых дисков, брюшной стенки и ее внутрибрюшного давления, грудопоясничной фасции, длиннейшей, многораздельной, поясничной большой, широчайшей и межпозвоночной мышц, а также сопровождающих их сухожилий.

Разработка модели

Геометрическому моделированию уделялось внимание с целью сохранения характеристик МРТ.То есть было выполнено несколько итераций моделирования, чтобы каждая деталь была смоделирована точно без существенной потери качества. Например, модели тел позвонков и межпозвоночных дисков были созданы с качеством не менее 94%. Это было достигнуто за счет непосредственного огранки этих частей и сохранения замкнутого объема для моделирования деформируемого тела. Брюшная стенка, с другой стороны, требовала относительно больших усилий, так как требовалось прослеживать мышцы живота, достигая фронтальной стороны тел позвонков и диафрагмы сверху.Это потребовало сбора множества мнений о форме брюшной полости и ее биомеханическом поведении. Кроме того, создание репрезентативной модели мышц и приложенного к ним давления было утомительным занятием, которое в большинстве разработанных моделей заменяется векторами силы. Таким образом, первым шагом на пути к построению данной модели было создание модели передней большеберцовой мышцы, пригодной для прогнозирования мышечных сил на основе ее IMP и наоборот. ³³ . Тем не менее, поскольку сухожилия являются функциональными пассивными частями мышечной структуры, разделение обеих частей с целью лучшего моделирования анатомии двух структур потребовало создания и огранки некоторых утраченных сухожилий.Это привело к некоторой потере точности, особенно для многораздельной мышцы из-за ее компактности, поскольку объемная разница увеличилась примерно до 81% по сравнению с исходными компонентами на основе МРТ. Тем не менее, это было учтено в модели сухожилия и, в конечном итоге, в самих частях мышцы. Наконец, грудопоясничная фасция в последнее время привлекает все большее внимание, и поэтому было выдвинуто предположение, что ее включение играет роль в распределении силы в модели. Однако в исходной модели отсутствовало соединение TLF с позвонком, что требовало интеграции фасеточных соединений в спинной части позвонка.Подобная двухмерная планарная модель TLF была проверена и исследована авторами ³⁸ . Таким образом, авторы стремились к точному моделированию всех компонентов.

Создание репрезентативной вычислительной сетки считается одним из наиболее важных этапов в КЭ-моделировании. Как правило, исследователи стремятся создать сетку, которая надежно воспроизводит результаты, но сохраняет низкую сложность для проведения будущих симуляций в разумные сроки. Тем не менее, первоначальное моделирование проводилось с использованием обычных методов, что привело к значительным накладным расходам, требующим месяцев для решения.Следовательно, настоящая модель была построена с использованием нетрадиционной новой техники. Как описано в методике, поверхности контактирующих тел были созданы вручную. Таким образом, нелинейные контактные вычисления были значительно сокращены, благодаря чему механизм передачи нагрузки между контактирующими телами следовал явному решению, а не итеративному нелинейному, как в случае нелинейных контактных алгоритмов ANSYS. То есть весь позвоночный узел стал одной структурой с точки зрения зацепления, для которой деформация одного объекта напрямую влияет на соседние компоненты.В механике человеческого тела это фактически рекомендуется для обеспечения однородного плавного движения всех частей тела. Поэтому, для сравнения, этот новый метод построения сеток привел к огромному сокращению для достижения результатов моделирования менее чем за 3 минуты на одно моделирование, в зависимости от свойств материала и граничных условий.

Проверка модели

Для обеспечения вычислительной надежности проверка играет ключевую роль в любой построенной модели FE. Учитывая большое количество компонентов, введенных в модель, проверка целостности модели за один шаг не могла быть достигнута конкретно, что, насколько известно авторам, такой модели не существует.Таким образом, как подробно описано в разделе о методологии, было проведено комплексное тематическое исследование с целью проверки модели с разбивкой на подразделы.

Мышцы и внутреннее давление

Моделирование скелетных мышц как структур, находящихся под давлением, дает более точное представление о сокращении мышц, играя важную роль как в межмышечном, так и в внутримышечном давлении. Достоверность этой процедуры моделирования проистекает из доказанного достоверного представления двух состояний мышцы с жидкой структурой, которое ранее было проведено ³³ .Тем не менее, все еще было важно исследовать, изменит ли масштабирование мышц соотношение IMP-F. При реалистичной сократительной силе мышц, собранной из данных ЭМГ, как показано ранее, мышцы большой поясничной мышцы (PM) производили значительное сгибание позвоночника при силе 275 Н и разгибание при силе противоположных мышц 75 Н., как было предложено Cholewicki et al. ⁴⁷ . Фактически, линейная корреляция между мышечными силами и IMP постоянно сохранялась (рис. 4a). Такие результаты были очень обнадеживающими для моделирования всех других скелетных мышц, представленных в модели, с использованием той же процедуры из-за доказанного потенциала этой точной и репрезентативной модели мышц в поле FE.

Поясничный отдел позвоночника

Модели поясничного отдела позвоночника привлекли к себе большое внимание, благодаря чему исследователи-биомеханики начали проводить передовые исследования. Усилия, предпринятые Dreischarf et al. Модель ¹⁷ , сравнивающая восемь различных хорошо разработанных FE-моделей поясничного отдела позвоночника, представляла особый интерес, поскольку проверка их одновременности повысила бы точность и достоверность представленных моделей поясничного отдела позвоночника. Таким образом, при моделировании сгибания вперед результаты показали линейное увеличение изгибающего момента с 5.От 5 до 9,3 Нм при увеличении угла сгибания. Линейность в этом случае проистекает из линейной зависимости между силой и изгибающим моментом, представленной в формуле. (1). Кроме того, точный прогноз 7,5 Нм произошел при угле сгибания 33 ° (рис. 4b). В их исследовании результаты in vitro показали, что момент 7,5 Нм будет результатом сгибания на \ (35 \ pm 2 \) °. Тем не менее, при нынешнем подходе к применению диапазона изгиба и измерения результирующего изгибающего момента, приложенная к ним ведомая нагрузка будет скорее результатом, чем исходными данными в текущем исследовании.Таким образом, восстановление сжимающей нагрузки на уровне L ₅ привело к нагрузке 977 Н, имитирующей приложенную к ним нагрузку на толкатель в 1000 Н. Основная причина для моделирования поясничного сгибания таким образом заключается в том, что одной из важнейших особенностей полной модели является включение основных мышц позвоночника. То есть, для точного представления мышц, производящих движение позвоночника, было интересно свести к минимуму другие приближения, которые могли бы заменить любое мышечное усилие, в основном нагрузки ведомого и вклад мышц, моделируемые как векторы силы.

В целом, достигнутые результаты доказали высокую точность существующей модели поясничного отдела позвоночника FE в сочетании с заявленными свойствами материала по сравнению с ранее хорошо разработанными моделями поясничного отдела позвоночника в литературе.

Интрадискальное давление (МПД)

Как описано во введении, боль в пояснице часто связана с нарушением функции поясничного отдела позвоночника, связанным с чрезмерным давлением поясничных дисков. Являясь одной из основных причин инвалидности ⁶⁸ , данные внутридискового давления в условиях боли в пояснице широко доступны.Это позволило провести дополнительную проверку поясничного отдела позвоночника, в основном исследуя точность модели позвоночника для прогнозирования давления МПД.

В первом сценарии при нормальном диапазоне сгибания / разгибания, описанном в тесте для поясничного отдела позвоночника , давление МПД увеличивалось с диапазона 0,41–0,43 МПа до 0,59–0,66 МПа (рис. 5a) для всего диапазон IVD ₁ –IVD ₅ . Данные очень напоминали результаты нескольких предыдущих исследований ^64,65,66 с максимальным расхождением 14%, как показано в разделе результатов.Хотя такая разница не имеет особого значения, если рассматривать ее во всем диапазоне, значения давления МПД находятся в пределах нормальных физиологических диапазонов ⁶⁴ . Такие различия могут быть напрямую связаны с тем, что другие мягкие ткани были исключены из этого исследования. Тем не менее включение таких компонентов, особенно TLF, позволяло сохранять значительную нагрузку в этих мягких тканях. При более плавном переходе нагрузок, о чем свидетельствуют результаты текущего теста, меньшее давление оказывается на МПД и на позвоночник в целом, что приводит к более репрезентативному внутридисковому давлению.

Оценка давления МПД по средней нормальной нагрузке на поверхность МПД оказалась точной на ранее исследованной мышечной модели ³³ . Это связано с тем, что для толстостенных герметичных конструкций радиальное напряжение равно и противоположно манометрическому давлению на внутренней поверхности ⁶⁹ . Однако при разделении МПД на пульпозное ядро ​​и фиброз кольца ядро ​​моделировалось как структура, заполненная гидростатической жидкостью.Результаты для давления в МПД ₅ показали, что обе процедуры очень похожи друг на друга с максимальным расхождением примерно 4% при сгибании 34 ° (рис. 5b). Очевидно, что второй подход обеспечивает более точное представление биомеханики позвоночных дисков. Однако, как и во всех анализах FE, до тех пор, пока модель предсказывает точные результаты, приближения в соответствии с менее затратным в вычислительном отношении подходом остаются применимыми.

В целом, результаты теста внутридискового давления (IVD) позволяют предположить наличие валидированной модели позвоночных дисков.В сочетании с тестом на поясничный отдел позвоночника оба теста предполагают полностью подтвержденную структуру позвоночника, аналогичную большинству опубликованных моделей позвоночника, которые состоят из тел позвонков и межпозвонковых дисков. По сути, это закладывает основу для передовых исследований и оценки боли в пояснице, которая сильно коррелировала с давлением МПД ⁶⁸ .

Полная валидация позвоночника

Заключительный тест проводился с целью сделать вывод о пригодности полной модели. Однако из-за новизны модели предыдущей модели, очень похожей на нынешнюю, найдено не было.Таким образом, модель была сначала проверена на одной из наиболее сложных моделей, предложенных Huynh et al. ⁶¹ , после чего были включены все остальные мягкие ткани, чтобы прокомментировать полную достоверность модели.

Первоначально применение все большего сгибания вперед на базовой модели приводило к большему смещению VB T ₁₀ –L ₅ (рис. 6a). Также было замечено, что такие смещения уменьшаются, пока не исчезнут на уровне поясничного отдела позвоночника, что свидетельствует о сильной поддержке, обеспечиваемой МПД.Результаты «Сила – Смещение» были в хорошем согласии с результатами Хюня вплоть до силы 350 Н. Однако исследование Хюня показало, что смещения позвонков выходят на плато при 350 Н, после чего они снова начинают уменьшаться, что настоящая модель не могла предсказать. Это было нелогично, поскольку численно считается, что смещения в конечном итоге увеличиваются при сгибании. Результаты, полученные Huynh’s, можно отнести к принятой системе координат, из которой казалось, что они измеряли смещения только в одном направлении и относительно фиксированной системы координат, а не обновляли и измеряли направленное смещение.Кроме того, чрезмерное движение их модели позвоночника превышало физиологический диапазон статического сгибания позвоночника, для чего они непрерывно применяли сгибание, пока позвоночник не оказался в перпендикулярном положении по отношению к своему первоначальному. Несмотря на это, основание данной модели близко соответствовало их результатам вплоть до точки максимального смещения с очень небольшим расхождением в 6%, зарегистрированным для T ₁₁ при силе 300 Н.

Поскольку модель учитывает фактические структуры скелетных мышц, а не использует векторные силы, более репрезентативно воспроизвести сгибательное движение через сокращение мышц.Однако разумные силы должны передаваться через мышцы, что послужило причиной принятия предыдущих данных о мышцах ⁴⁷ . Такие данные предполагали максимальное положение сгибания с общей силой 382 Н на уровне T ₁ , что было немного выше, чем ранее использовавшийся максимум 350 Н, но все же было достаточно близко, чтобы предположить, что мышцы способны производить точное сгибание позвоночника. . После этого были включены все части для исследования общего воздействия на смещения тел позвонков.Для сил, представленных в Таблице 3, результаты «Сила – Смещение» следовали той же тенденции, но со значительным снижением смещения позвонков (Рис. 6b). То есть корреляция осталась неизменной, но предполагала значительный вклад других мягких тканей. Увеличение давления в брюшной полости от 5 до 36 мм рт. Ст. Сыграло роль сопротивления, поддерживая поясничный отдел позвоночника. При исследовании таких значений давления они не казались произвольными. То есть они очень хорошо сравнивались со значениями IAP Mueller’s et al. ⁷⁰ . Кроме того, как и ожидалось, грудопоясничная фасция, по-видимому, также играет важную роль в поддержке позвоночника. С увеличением степени сгибания TLF создавал увеличивающуюся силу с 12 до 139 Н, сопротивляясь движению сгибания вперед и, таким образом, поддерживая роль сохранения достаточного напряжения, позволяющего позвоночнику выдерживать чрезмерные нагрузки. Эти данные также подтверждают результаты теста на внутридисковое давление (МПД) , в котором включение других мягких тканей снижает сгибание позвоночника, что оказывает меньшее давление на МПД.Комбинируя все четыре теста, предложенная модель показывает точные и достоверные результаты с потенциалом использования ее для проведения исследований позвоночника.

Анализ чувствительности

Как и в любой модели FE, важна проверка формы модели и повторяемости результатов по входным параметрам. Таким образом, руководящие принципы, сформулированные ASME V&V 40-2018 для численных моделей в области биомеханики, были соблюдены, чтобы выполнить применимые условия чувствительности, необходимые для заключения о проверке модели.

Изучение формы модели было необходимо для того, чтобы убедиться, что моделируемые детали правильно захватывают снимки МРТ, на которых основывалась модель. Для этой цели наиболее подходящей метрикой, казалось, был объем каждой части. Результаты показали, что смоделированные части превосходно согласуются с данными МРТ с максимальной разницей в 6,17%, зарегистрированной для IVD ₂ (рис. 7a). Это доказывает, что все детали были точно смоделированы графически с небольшой погрешностью.

Более того, исследование чувствительности модели к принятой сетке имеет решающее значение, поскольку сетка была одной из новинок модели.Кроме того, обычной практикой во всех КЭ-моделях, с помощью которой исследователи проверяют точность численных результатов, является анализ чувствительности сетки. Для этой модели были исследованы различные методы построения сеток, как линейные, так и нелинейные (рис. 7b). Результаты показали очень хорошее согласие с максимальным расхождением 8,7% между исходной сеткой и тетраэдрической сеткой второго порядка. Стоит отметить, что наблюдалось значительное сокращение времени вычислений при использовании сетки второго порядка только для поясничной модели.Возможно, при приемлемом уровне несоответствия использование исходной сетки дает большой потенциал, благодаря устранению нелинейностей высокого порядка, для использования модели в медицинских приложениях в качестве инструмента быстрой оценки позвоночника или для оптимизации конструкции имплантата, поскольку Примеры.

Следовательно, с такими приемлемыми пределами различия, модель можно смело считать устойчивой к критическим параметрам, используя как точную действительную, так и повторяемую проверенную репрезентативную новую полную модель позвоночника.

Ограничения

Как и в любой модели in silico, ограничения неизбежны из-за схемы аппроксимации и сделанных предположений. Однако такие ограничения не ограничивают возможности модели до тех пор, пока доказано, что модель с ее фиксированными входными параметрами является действительной и точной в отношении содержания использования, на которое нацелены последующие анализы. Одним из ограничений разработанной модели, описанной здесь, являются свойства материала и используемые законы материала. В частности, в данном расследовании отсутствует тематическое исследование чувствительности материального имущества.Из-за огромного количества включенных деталей, каждая из которых имеет широкий диапазон приемлемых свойств материала, проведение чувствительности для всех возможных комбинаций было бы исчерпывающей мерой. Однако, поскольку принятые свойства материала были ранее подтверждены и взяты из исследований, по которым была проверена текущая разработанная модель, результаты которых дополнительно подтвердили ее пригодность, такое ограничение не может считаться значительным.

Применение модели в качестве инструмента для клинической оценки статической стабильности позвоночника требует баланса между точностью и затратами времени моделирования.Без существенной потери точности, помимо новой сетки, созданной для этой конкретной модели, принятые законы о материалах позволили значительно сократить время моделирования. Хотя они были в основном линейными, учитывая квазистатический характер модели, максимальный диапазон смоделированного движения все еще находился в пределах упругого режима всех компонентов при нелинейном моделировании (гиперупругость, взаимодействие нескольких состояний и временные эффекты). В частности, на рис. 7c показано максимальное напряжение, зарегистрированное для VB, МПД, сухожилий, мышц и TLF, которое было равно 0.14, 5,3, 3,5, 9,2 и 2,6% соответственно. Такие результаты хорошо согласуются с линейным режимом кривых растяжения каждого из этих компонентов ^{25,71,72,73,74,75} ; таким образом, это сильно подтверждает обоснованность использования линейных законов материала для этого диапазона статического движения.

Хотя принятая сетка может считаться разумным подходом для экономии времени, можно утверждать, что ее реализация снижает точность модели на небольшой процент. Однако, помимо того, что такое несоответствие незначительно с учетом всех факторов, такая методика построения сетки имеет значительный прикладной потенциал.Одним из них является значительное сокращение времени вычислений, позволяющее использовать его в реальных приложениях. Он также представляет способ численного анализа, для которого избыточные нелинейности могут быть преодолены с помощью такого тщательного построения сетки.

Наконец, проверка модели была утомительной задачей из-за отсутствия литературы по моделированию полного позвоночника. В частности, модель нужно было проверять по подразделам, а не проводить прямую схему проверки. Даже при таком подходе были предприняты значительные усилия для проверки сечения мягких тканей модели.Поскольку в литературе обычно моделируются такие эффекты, как векторы сил, или даже полностью устраняются их, необходимо было объединить несколько исследований, чтобы добиться полной проверки позвоночника. Несмотря на то, что результаты показали близкое сходство, все же можно утверждать, что это может быть не лучший подход для достижения валидации из-за различных сегрегированных ошибок, интегрированных в окончательную модель. Тем не менее, с полученными результатами авторы смело предположили, что такие анонимные ошибки были устранены, в результате чего была получена потенциально полностью проверенная модель.

Дальнейшая работа

Возможности этой модели выходят за рамки численного моделирования и проверки. Использование такой модели может помочь в различных промышленных и биомеханических областях, от оценки травм позвоночника, исследования боли в пояснице и до проектирования и оптимизации медицинских устройств. Авторы далее признают, что это был первый шаг к важным исследованиям, которые будут выполнены, но выходят за рамки данной статьи. Однако в первую очередь следует рассмотреть более подробный анализ чувствительности для учета свойств материала, толщины моделей оболочки и дальнейшего более точного моделирования других деталей, если это будет сочтено необходимым.

Ожидаемый вклад

Авторы с уверенностью предполагают, что это исследование может внести свой вклад в области моделирования и биомеханики. Модель представляет подход, возможно, лучшего моделирования биологических тканей для полного представления механики позвоночника человека. Включение грудопоясничной фасции, брюшной полости, а также учет мышечного внутримышечного давления в одной модели позвоночника само по себе является новинкой. Кроме того, в этой статье вводится метод построения сеток, применимый к любой сложной системе, которая действует как унитарная структура, а не интегрирует эффекты использования сложных вычислений числовых узлов и элементов, находящихся в контакте.

В заключение, это исследование разработало и подтвердило новую трехмерную объемную модель позвоночника с конечными элементами, включая тела позвонков, межпозвонковые диски, основные мышцы туловища, точное моделирование внутрибрюшного давления, а также грудопоясничную фасцию. Модель была построена с использованием новой техники построения сеток, которая позволила устранить избыточные нелинейности, связанные с расчетами контактов, и значительно ускорила необходимое время расчета. Модель была косвенно подтверждена против нескольких ранее опубликованных моделей в четырех различных проверочных тестах.Все результаты испытаний показали, что модель дает надежные результаты при точном учете входных параметров. Наконец, модель оказалась надежной в свете анализа формы модели и чувствительности сетки. Эта новая модель обеспечивает точный метод моделирования механики позвоночника с возможностью использования ее для различных медицинских целей, от оценки травм до разработки или оценки хирургических методов лечения.

Спинальный хирург Саут-Бенд, Элкхарт | Травмы позвоночника Мишавака

Анатомия позвоночника

Анатомия шейного отдела позвоночника

Анатомия позвоночника

Позвоночник, также называемый позвоночником, играет жизненно важную роль в стабильности, плавности движений и защите хрупкого спинного мозга.Он состоит из костных сегментов, называемых позвонками, с фиброзной тканью, называемой межпозвоночными дисками, между ними. Позвонки и диски образуют позвоночник от шеи до таза, обеспечивая симметрию и опору для тела.

Части позвонка

Один позвонок состоит из двух частей: передняя часть называется телом, а задняя часть называется позвоночной или нервной дугой. Корпус цилиндрической формы, прочный и устойчивый. Две прочные ножки на ножке соединяют дугу позвонка с телом позвонков.

Пластинки позвонка можно описать как пару костей с плоской аркой, которые образуют компонент дуги позвонка. Поперечные отростки расширяются со стороны ножек, как крылья, и помогают прикрепить окружающую мышцу к дуге позвоночника. Остистый отросток образует ступеньку на вершине пластинок и является той частью нашего позвоночника, которая ощущается непосредственно под кожей.

Спинальный канал

Спинномозговой канал формируется путем размещения одиночных позвоночных отверстий одно поверх другого для формирования канала.Назначение канала — создать костную оболочку от головы до поясницы, через которую проходит спинной мозг.

Анатомия шейного отдела позвоночника

Позвоночник можно разделить на 4 части: шейный, грудной, поясничный и крестцовый. Шейный отдел позвоночника состоит из первых 7 позвонков, образующих шею.

Шейный отдел позвоночника очень подвижен по сравнению с грудным или поясничным отделом позвоночника. В отличие от других частей позвоночника, шейный отдел позвоночника имеет поперечные отверстия в каждом позвонке, через которые позвоночные артерии снабжают кровью головной мозг.

Исходя из структурного разнообразия шейного отдела позвоночника, его можно разделить на две части: верхний и нижний шейный отделы позвоночника.

Верхний шейный отдел позвоночника

Верхний шейный отдел позвоночника состоит из атласа (C1) и оси (C2), которые отличаются от остальных шейных позвонков. Атлантический позвонок сочленяется с затылком вверху в атланто-затылочном суставе и с осью внизу в атлантоаксиальном суставе. Обычно атлантоаксиальный сустав отвечает за половину вращательных движений шейного отдела; в то время как атланто-затылочный сустав отвечает за половину сгибательных и разгибательных движений шеи.

Атлас (C1)

В отличие от других позвонков, атлас кольцевой без тела. Зубовидный отросток или зубцы оси представляют собой сросшиеся остатки тела атласа. Поперечная связка плотно противопоставляет зубовидный отросток задней части передней дуги атланта и обеспечивает стабильность атлантоаксиального сустава.

Атлас состоит из толстой передней дуги, тонкой задней дуги, двух выступающих латеральных образований и двух поперечных отростков.Поперечный отросток окружает поперечное отверстие, через которое проходит позвоночная артерия. Зигапофизарный сустав присутствует в верхней и нижней части латеральной массы. Верхние суставные фасетки сочленяются с затылочными мыщелками и имеют форму почки, вогнутые, выступают вверх и внутрь, в то время как нижние суставные фасеты сравнительно плоские, выступают вниз и внутрь и сочленяются с верхними фасетками оси.

Ось (C2)

На оси находится большое тело позвонка с зубчатым отростком или зубцами.У него также есть тяжелые ножки, пластинки и поперечные отростки, которые помогают в прикреплении мышц.

Нижний шейный отдел позвоночника

Остальные пять шейных позвонков, C3-C7, образуют нижний шейный отдел позвоночника. Они похожи друг на друга, но отличаются от C1 и C2. Каждый из этих шейных позвонков имеет тело с вогнутой верхней поверхностью и выпуклой нижней поверхностью. На верхних поверхностях тела есть приподнятые отростки, называемые крючковатыми отростками, которые сочленяются с нижней боковой частью тела позвонка, расположенной выше, называемой эханкрурой или наковальней.

Позвонки C3-C6 имеют раздвоенные остистые отростки, что означает, что они разделены на две части, в то время как позвонки C7 имеют не раздвоенный, округлый остистый отросток.

Межпозвоночный диск

Межпозвоночные диски плоские и круглые, находятся между поясничными позвонками и действуют как амортизаторы при ходьбе или беге. В центре (пульпозное ядро) находится мягкий студенистый материал, который заключен в прочную эластичную ткань, образуя вокруг нее кольцо, называемое фиброзным кольцом.

Фацетный стык

Фасеточные суставы — это синовиальные суставы, которые придают позвоночнику гибкость за счет скольжения по суставным отросткам нижнего позвонка.По сравнению с другими частями позвоночника суставные капсулы в шейном отделе довольно рыхлые, что способствует плавному движению.

Анатомия грудного отдела позвоночника

Грудной отдел позвоночника — это центральная часть позвоночника, также называемая спинным отделом позвоночника, которая проходит от основания шеи до низа грудной клетки. Грудной отдел позвоночника обеспечивает гибкость, позволяющую удерживать тело в вертикальном положении и защищает грудные органы.

Позвоночник состоит из 24 спинных костей, называемых позвонками, из которых грудная часть позвоночника состоит из 12 позвонков (T1-T12).Позвонки выровнены друг над другом, образуя спинной мозг, который придает вашему телу правильную осанку. Различные части грудного отдела позвоночника включают кости и суставы, нервы, соединительные ткани, мышцы и сегмент позвоночника.

Позвоночные структуры

Каждый позвонок состоит из круглой костной структуры, называемой телом позвонка. Защитное костное кольцо прикрепляется к телу каждого позвонка и окружает спинной мозг, образуя позвоночный канал. Костное кольцо образуется, когда две кости ножки соединяются с двумя пластинчатыми костями, которые напрямую соединяются с задней частью тела позвонка.Эти пластинчатые кости образуют внешний край костного кольца. Когда позвонки располагаются один над другим, костное кольцо образует полую трубку, которая окружает спинной мозг и нервы и обеспечивает защиту нервной ткани.

Костяная шишковидная структура выступает в месте соединения двух пластинок в задней части позвоночника. Эти выступы называются остистыми отростками, а выступы сбоку костного кольца — поперечными.

Суставы позвонков

Между каждым позвонком есть небольшие костные выступы в задней части позвоночника, которые соединяют два позвонка вместе, называемые фасеточными суставами.Между каждой парой позвонков есть два фасеточных сустава, по одному с каждой стороны от позвоночника. Выравнивание двух фасеточных суставов позволяет позвоночнику двигаться вперед и назад.

Суставной хрящ

Фасеточные суставы покрыты мягкой тканью, называемой суставным хрящом, которая обеспечивает плавное движение костей.

Нервы грудного отдела позвоночника

С каждой стороны, слева и справа от позвонка, есть небольшой туннель, называемый нервным отверстием.Два нерва, выходящие из каждого позвонка, проходят через это нервное отверстие. Эти спинномозговые нервы группируются вместе, образуя главный нерв, который проходит к органам и конечностям. Эти нервы контролируют мышцы и органы груди и живота. Перед этим отверстием находится межпозвоночный диск, состоящий из соединительной ткани. Диски грудного отдела меньше шейного и поясничного отделов позвоночника.

Мягкие ткани грудного отдела позвоночника

Соединительная ткань удерживает вместе клетки тела, а связки прикрепляют одну кость к другой.Передняя продольная связка спускается к телу позвонка, а задняя продольная связка прикрепляется к задней части тела позвонка. Длинная резинка, называемая желтой связкой, соединяет кости пластинки.

Мышцы грудного отдела позвоночника расположены слоями. Ремешковая мышца позвоночника, называемая erector spinae, составляет средний слой мышцы. Самый глубокий слой мышц прикрепляется вдоль задней части костей позвоночника и соединяется с позвонками. Эти мышцы соединяют одно ребро с другим.

Спинной сегмент включает два позвонка, разделенных межпозвонковым диском, нервы, выходящие из позвоночного столба на каждом позвонке, и небольшие фасеточные суставы позвоночного столба.

Анатомия поясничного отдела позвоночника

Позвоночник, также называемый позвоночником, играет жизненно важную роль в стабильности, плавности движений и защите хрупкого спинного мозга. Он состоит из костных сегментов, называемых позвонками, с фиброзной тканью, называемой межпозвоночными дисками, между ними.Позвонки и диски образуют позвоночник от головы до таза, обеспечивая симметрию и опору для тела.

Один позвонок состоит из двух частей: передняя часть называется телом, а задняя часть называется позвоночной или нервной дугой. Корпус цилиндрической формы, прочный и устойчивый. Две прочные ножки на ножке соединяют дугу позвонка с телом позвонков.

Пластинки позвонка можно описать как пару плоских дугообразных костей, которые образуют компонент дуги позвонка.Поперечные отростки расширяются со стороны ножек, как крылья, и помогают прикрепить окружающую мышцу к дуге позвоночника. Остистый отросток образует ступеньку на вершине пластинок и является той частью нашего позвоночника, которая ощущается непосредственно под кожей.

Спинномозговой канал формируется путем помещения отдельных отверстий позвонков, одно поверх другого, для формирования канала. Назначение канала — создать костную оболочку от головы до нижней части спины, через которую проходит спинной мозг.

Позвоночник можно разделить на 4 части: шейный, грудной, поясничный и крестцовый. Грудной отдел позвоночника имеет изгиб наружу, называемый кифозом, тогда как поясничный отдел имеет слегка изогнутый внутрь, который называется лордозом.

Поясничный отдел позвоночника состоит из 5 нижних позвонков, пронумерованных L1 – L5. Самый нижний позвонок поясничного отдела позвоночника (L5) соединен с верхней частью крестца, который представляет собой треугольную кость, присутствующую в основании позвоночника, которая входит в две тазовые кости.В некоторых случаях может присутствовать лишний или шестой поясничный позвонок.

Тела поясничных позвонков кажутся выше и крупнее, чем остальная часть позвоночника, так как поясница должна выдерживать более высокое давление из-за веса тела и других движений, таких как подъем, тяга и скручивание. Кроме того, обнаружено, что на поясничном отделе позвоночника или рядом с ним прикрепляются большие и мощные мышцы, обеспечивающие дополнительную силу телам поясничных позвонков.

Поперечные отростки в нижней части спины шире, чем в других областях позвоночника, из-за прикрепления крупных мышц спины, которые оказывают на них большую силу.

Есть два фасеточных сустава между парой позвонков, по одному с каждой стороны от позвоночника. Фасеточный сустав состоит из небольших костных выступов, расположенных вдоль задней части позвоночника. Через эти выступы два позвонка соединяются друг с другом и образуют фасеточный сустав. Эти суставы способствуют свободному движению позвоночника.

Суставной хрящ покрывает поверхности фасеточных суставов, обеспечивая плавное движение без трения между костями в суставе.

Небольшой туннель, называемый нервным отверстием, присутствует по обе стороны от позвонка. Через эти отверстия два нерва выходят из позвоночника. Межпозвоночный диск присутствует в отверстии отверстия. Поясничные межпозвоночные диски плоские и круглые, находятся между поясничными позвонками и действуют как амортизаторы при ходьбе или беге. В центре (пульпозное ядро) находится мягкий студенистый материал, который окружен прочной эластичной тканью, образующей вокруг него кольцо, называемое фиброзным кольцом.Старение, травма или травма могут вызвать разрыв фиброзного кольца, что приведет к выпячиванию пульпозного ядра. Это может привести к сдавливанию спинномозговых нервов и / или позвоночного канала.

Костные шпоры на фасеточном суставе могут выступать за туннель, что приводит к сужению отверстия и сдавлению нерва.

Inland Northwest Spine & Neurosurgery, Coeur d’Alene, Idaho. Анатомия позвоночника.

Позвоночник — одна из важнейших частей вашего тела.Без него вы не смогли бы удержаться в вертикальном положении или даже встать. Ваш позвоночник обеспечивает структуру и поддержку вашего тела. Он позволяет двигаться и наклоняться. Позвоночник также защищает ваш спинной мозг. Спинной мозг — это столб нервов, который соединяет ваш мозг с остальным телом, позволяя вам контролировать свои движения. Без спинного мозга вы не могли бы двигать ни одной частью тела, и ваши органы не могли бы функционировать. Вот почему сохранение здоровья позвоночника жизненно важно, если вы хотите вести активный образ жизни.

Позвонки, связки, сухожилия и

нервы

Позвоночник состоит из 24 маленьких костей. Каждая кость называется позвонком (ver-ta-bruh). Это строительные блоки позвоночника. Вместе все кости, составляющие позвоночник, называются позвонками (vert-a-bray).

Позвонки защищают и поддерживают спинной мозг и несут большую часть нагрузки на позвоночник. Каждый позвонок состоит из большой кости, называемой телом, и пластинок (лам-ин-ай), которые отходят от тела и образуют кольцо, окружающее и защищающее спинной мозг.Пластинки включают в себя остистый (позвоночник-нас) отросток, который представляет собой кость, которую вы чувствуете, когда проводите рукой по чьей-то спине, два поперечных (поперечных) отростка, где мышцы спины соединяются с позвонками, и ножку (педикул). i-cuhl), который соединяет две стороны пластинки.

Между каждым позвонком находится мягкая гелеобразная подушка, называемая диском. Диск помогает поглощать давление и предохраняет кости от трения друг о друга. Каждый позвонок связан с другими группами связок.Связки соединяют кости с костями. В позвоночнике также есть сухожилия, которые соединяют мышцы с позвонками. Как и другие части тела, такие как колено или локоть, позвоночник также имеет суставы. Суставы позвоночника называются фасеточными (фух-сетными) суставами. Фасеточные суставы соединяют позвонки вместе и дают им возможность двигаться друг относительно друга.

Когда позвонки накладываются друг на друга, отверстия выстраиваются в линию, образуя длинную полую трубку, которая проходит по всей длине позвоночника. Спинной мозг проходит через эту длинную полую трубку.Сам спинной мозг — это большой пучок из миллионов нервов, который передает сообщения от вашего мозга к остальной части вашего тела и от каждой части вашего тела обратно к вашему мозгу. Позвоночник разветвляется на тридцать одну пару нервных корешков. Эти корни выходят из позвоночника с обеих сторон через промежутки, называемые нервными отверстиями (noor-al for-a-min-ah) между каждым позвонком.

Сегменты позвоночника

Детали позвоночника: шейный отдел позвоночника, грудной отдел позвоночника, поясничный отдел позвоночника, крестец. Сам позвоночник состоит из трех основных сегментов: шейного (ser-vi-cal), грудного (thor-a-sic) и поясничного (lum-bar) отдела позвоночника.Шейный отдел позвоночника — это верхняя часть позвоночника, известная как шея. Он состоит из семи позвонков. Грудной отдел позвоночника — это центральная часть позвоночника. Он состоит из 12 позвонков. Поясничный отдел позвоночника — это нижняя часть позвоночника. Обычно он состоит из пяти позвонков, однако у некоторых людей может быть шесть поясничных позвонков. Наличие шести позвонков не вызывает проблем.

Ниже поясничного отдела позвоночника находится крестец (мешочек). Крестец на самом деле представляет собой группу специализированных позвонков, которые соединяют позвоночник с тазом.Перед рождением эти позвонки срастаются (или сливаются), образуя одну большую «специализированную» кость, которая образует основу позвоночника и центр таза. Нервы, которые выходят из позвоночника в крестцовой области, контролируют функции кишечника и мочевого пузыря и придают ощущение (ощущение) в области промежности.

В вашем тазу есть два крестцово-подвздошных сустава (sack-row-ill-e-ack) (SI), которые соединяют крестец с подвздошной костью (ill-e-um) (большой тазовой костью). Суставы SI соединяют ваш позвоночник с тазом и, таким образом, со всей нижней половиной вашего скелета.

Как и в любом другом суставе вашего тела, с обеих сторон поверхности SI-сустава есть хрящи. Но в отличие от большинства других суставов, межпозвонковые суставы покрыты хрящами двух разных типов. Поверхности сустава, в которых происходит движение, имеют как гиалиновые (high-a-leen) (гладкие и гладкие), так и фиброзно-хрящевые (figh-bro-cart-il-age) (губчатые) поверхности, которые трутся друг о друга. Суставы также имеют множество больших выступов (неровностей) и углублений (углублений) на поверхности, которые складываются вместе, как головоломка.

Соединения SI уникальны еще и тем, что они не рассчитаны на большие движения. Сустав SI часто становится жестким и фактически «блокируется» с возрастом. Сустав SI перемещается только на два-четыре миллиметра, когда вы несете вес вашего тела и наклоняетесь вперед. Это небольшое движение в суставе описывается как «скользящее» движение. Из-за небольшого количества движений и сложности узнать о движении SI-суставов во время медицинского осмотра очень сложно.

Соединения SI считаются вязкоупругими (vis-ko-e-las-tick). Это означает, что основное движение сустава происходит от сжатия или растяжения. Это движение сильно отличается от шарнирного движения колена или движения ягодиц и суставов бедра. Суставы SI поглощают удары позвоночника, растягиваясь в различных направлениях. Суставы SI могут также обеспечивать «самоблокирующийся» механизм, который помогает вам ходить. Суставы блокируются с одной стороны, когда вес переносится с одной ноги на другую.

Леонардо да Винчи (1452–1519) и его изображения позвоночника человека

Леонардо да Винчи, несомненно, провидец и пионер в нескольких дисциплинах [1–3], считается одним из крупнейших авторов анатомии. Стойкость этого блестящего ума демонстрируется, если принять во внимание его скромное начало. Он родился в 1452 году в Винчи, деревушке на горе Альбано, в долине реки Арно, отделяющей Флоренцию от Пизы. Хотя его не учили греческому или латыни, что затрудняло его попытки общаться с учеными Флоренции в то время, он преуспел в нескольких областях обучения.Джорджо Вазари, известный биограф Леонардо, ясно передает эти настроения в своих высказываниях о молодежи:

«В арифметике за несколько месяцев, которые он изучал, он добился такого прогресса, что часто приводил своего учителя в замешательство, вызывая сомнения и затруднения. Некоторое время он посвятил музыке и вскоре научился играть на лире и, исполненный возвышенного и тонкого духа, мог петь и божественно импровизировать на ней. И все же, хотя он изучал так много разных вещей, он никогда не пренебрегал рисованием и рельефными работами, которые привлекали его воображение больше, чем что-либо другое [4].”

Он продемонстрировал острое желание знать, исследовать, достигать высочайших высот знаний и делать собственные выводы относительно истинной природы любой обсуждаемой темы [5]. Его необузданное желание выражено в прощальном заявлении:

«Я оскорбил Бога и человечество, потому что моя работа не достигла должного качества [4]».

Именно это возвышенное стремление отличало его от современников, которые вместо того, чтобы обладать духом исследования, необходимым для научного прогресса, довольствовались догматической приверженностью взглядам своих предшественников [6, 7].В юности Леонардо стал стажером топографической анатомии у известного скульптора Андреа дель Верроккьо, которому он был предан [4, 6, 8]. После приобретения этот навык не только выделил бы его блестящий ум среди его сверстников-анатомов, но также сделал бы его работу намного лучше их и опередившую свое время. Самая проницательная работа Леонардо да Винчи в области анатомии началась после его первого вскрытия трупа 100-летней женщины, которая недавно была свидетелем ее смерти.

Вклад в анатомию

Среди множества вкладов Леонардо в анатомию было первое правильное изображение передней и средней менингеальных артерий, а также передней, средней и задней черепных ямок [9–11]. Среди других достижений, приписываемых ему, — точное описание сердца как четырехкамерной мышечной структуры в эпоху, когда оно догматически считалось двухкамерным [4]. Он даже описал анатомические изменения, связанные с патофизиологией артериосклероза, цирроза и портальной гипертензии [4, 12].Его революционный подход к изображению анатомических структур предвосхитил концепцию рассмотрения анатомии не только топографически, но и под разными углами и в поперечном сечении, выявляя более глубокие структуры [4, 13]. Эта концепция обычно используется в учебниках по медицинской анатомии и сегодня может рассматриваться как основа образования в области медицинской анатомии. Его изображения демонстрируют структуры не только по отношению к другим структурам, но и в связи с их соответствующими функциями. Наконец, первое точное изображение позвоночника было приписано Леонардо [14, 15], тема, к которой мы вернемся позже в этой статье.

Хотя изображения Леонардо намного опередили свое время, не все они были анатомически точными [4, 12, 16]. Частично это можно объяснить тем, что взгляды Леонардо в какой-то мере находились под влиянием концепций его предшественников или прогрессом в понимании, который произошел с течением времени [6, 13]. Его самые ранние образцы вскрытия были животными (а именно лошадьми, птицами, волами и медведями [12]), из которых была выведена анатомия человека. Вероятно, что некоторые из расхождений в его более ранних изображениях объясняются именно этим.

Изображения позвоночника

Хотя работы да Винчи по анатомии охватывают всю человеческую форму, теперь в центре внимания этой статьи будет его трактат, касающийся, в частности, анатомии позвоночника. Он интересовался структурой и функцией позвоночника и был первым анатомом, который точно очертил S-образную структуру (поясничный лордоз и грудной кифоз) человеческого позвоночника и анатомическую структуру тел позвонков с их правильными сочленениями [17, 18].

Связанный с позвоночником, Леонардо раскрыл функцию спинного мозга в своих новых экспериментах на лягушках, когда он «протыкал» их (пронзил или перерезал спинной мозг, что привело к тому, что он считал смертью или иммобилизацией особи. [6, 17, 19]).Из этого он пришел к выводу, что спинной мозг участвует в управлении движением и в некоторой степени модулирует функции организма. Размышляя о результатах своего эксперимента, он написал:

«Лягушка мгновенно умирает при прокалывании мозгового вещества позвоночника; и раньше он жил без головы, без сердца, без внутреннего кишечника или кожи. Таким образом, здесь, кажется, лежит основа движения и жизни [14] ».

Что касается изображений позвоночника да Винчи, многие примеры доступны из дошедших до нас источников.На рис. 1 и обложке изображена одна из ранних иллюстраций позвоночника Леонардо. Не существует мышц, которые прикрепляют позвоночник к верхней части лопатки или от сосцевидных отростков к грудному отделу позвоночника. Леонардо здесь, кажется, пытался изобразить волокна трапеции и, возможно, некоторые из мышц, поднимающих лопатку. Он, возможно, использовал свои инженерные знания, чтобы разработать концепцию, которая функционально соответствовала бы движениям, на которые способен шейный отдел позвоночника, вместо того, чтобы пытаться проиллюстрировать точные анатомические детали.Позвонки изображены в рудиментарной манере, во многих из них отсутствуют отверстия для передачи сосудисто-нервного кровоснабжения, межпозвоночного диска или остистого отростка, необходимого для прикрепления мышц и сочленения ребер в грудном отделе позвоночника. Возможно, лучше рассматривать это изображение как концептуальную иллюстрацию того, как структура выполняет свои функции. да Винчи, кажется, ссылается на это в заявлении, которое он сделал по поводу этого изображения:

«Сначала вы сделаете позвоночник шеи с его сухожилиями, как мачту корабля с его боковыми такелажами, причем без головы.Затем сделайте голову с ее сухожилием, которое дает ей движение на опоре »[4, 17, 20].

Рис. 1 и обложка

Задний вид шейно-грудного отдела позвоночника с различными прикрепленными мышцами. Длинные мышечные полосы, прикрепляющиеся к сосцевидному отростку, могут представлять longissimus capitus. Другие волокна, отходящие от ости лопатки, вероятно, представляют собой верхние волокна трапециевидной мышцы, но не дотягивают до краниального прикрепления этой мышцы к затылку.Обратите внимание на маленький размер позвонков

в виде блоков.

Хотя точная дата, когда он нарисовал это произведение искусства, неизвестна, можно предположить, что это было до любого вскрытия рассматриваемой анатомической области. Это потому, что в его иллюстрации есть явные неточности. Учитывая его внимание к мелким деталям, это, скорее всего, связано с вышеупомянутым предположением.

Аналогично рис. 2 и 3 элементарно изображают позвонки.Оба стремятся продемонстрировать коронарный разрез шейного отдела позвоночника. В этом отделе позвонков мы видим спинной мозг. Однако им обоим не хватает многих отличительных черт этой структуры, которые можно увидеть на этом уровне, таких как дорсальный и вентральный корешки, сходящиеся к спинному мозгу.

Рис. 2

Вид спереди шейного отдела позвоночника и верхних грудных позвонков (верхнее изображение). Обратите внимание на сходство между позвонками и их блочность.

Рис.3

Рисунок, аналогичный изображенному на рис. 2. Все позвонки имеют одинаковую форму. Обратите внимание на отношение выходящих нервных корешков к плечевому сплетению

В отличие от этого, рис. 4 иллюстрирует все анатомические особенности, которые можно оценить с заднего обзора и которые отсутствовали на рис. 3. При этом все еще есть грубые неточности. Нижний угол сочленения ребер кзади сильно преувеличен.Кроме того, хотя структура позвонков приближается к своей истинной форме, она пропорциональна неточна. Кроме того, 11-я и 12-я пары ребер изображены как «настоящие ребра», а не «ложные ребра».

Рис. 4

Вид позвоночника спереди и сзади. Хотя к этому изображению добавлены дополнительные детали, общая анатомическая деталь позвоночника отсутствует

.

На рис. 5 да Винчи иллюстрирует сигмовидную кривизну позвоночного столба.Однако на чертеже позвоночник изображен отдельно от грудной клетки. Это исправлено на рис. 6, где он воспроизводит сочленения позвонков и структурные размеры позвонков с большой точностью. Это подтверждает восприятие Леонардо как исключительного художника. Несмотря на отсутствие методов визуализации высокой четкости, он смог так точно и точно очертить структуру позвоночного столба.

Рис. 5

Сагиттальный вид позвоночника с учетом естественных изгибов, как это видел да Винчи.Общая деталь позвонков носит элементарный характер

Рис. 6

Поздний рисунок бокового отдела позвоночника. Сравните с рис. 5. Здесь видны детали более тонкой анатомии позвонков

.