Colonna Vertebrale: Anatomia e Biomeccanica

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Il rachide è composto da 33-34 vertebre (7 cervicali, 12 dorsali, 5 lombari, 5 sacrali -fuse- e 3 o 5 coccigee -fuse-) e dai dischi interposti.

Caratteristiche meccaniche:

È ELASTICO (essendo composto da 33-34 segmenti sovrapposti e collegati fra loro da muscoli e legamenti): lo schema può essere quello dell’albero maestro di una barca a vela ancorato alla base (bacino) da numerose sartie (muscoli), che sorregge una grossa trave trasversale (cingolo scapolare) da cui parte un secondo sistema a sartie rovesciate. Con il corpo posto in posizione simmetrica entrambi i sistemi esercitano la stessa tensione in stato di equilibrio.

Al contempo è RESISTENTE (sopporta le sollecitazioni di compressione assiale grazie alle curve presenti sul piano sagittale: lordosi cervicale e lombare e cifosi dorsale e sacrale).

Resistenza = n2 + 1 (dove n è il numero di curve).

Funzioni:

  • Sostiene il corpo (è pilastro centrale del tronco), attraverso tre pilastri:

    • uno dato dalla sovrapposizione dei corpi (anteriore);

    • due dati dalla sovrapposizione dei massicci articolari (più piccoli).

  • Protegge il midollo, attraverso il canale midollare creato dalla sovrapposizione delle vertebre e formato alternativamente da parti ossee e parti fibrose (disco e legamenti longitudinali).

Le vertebre nella loro sovrapposizione, per mezzo delle incisure superiori e inferiori esistenti tra il corpo e i rispettivi processi articolari, lasciano dei fori chiamati forami di congiunzione per l’uscita delle radici nervose.

colonna


Vertebra tipo:

  • Parte anteriore: corpo vertebrale.

  • Parte posteriore: arco posteriore (a forma di ferro di cavallo): dal corpo si staccano due peduncoli che poi si proiettano posteriormente andando a costituire la lamina (peduncoli e lamina formano l’arco) che termina poi nell’apofisi spinosa. L’arco a metà è interrotto dai massicci articolari, da cui partono la apofisi trasverse.

CORPO VERTEBRALE: è un osso breve, con struttura a guscio: ha una corticale dura (di osso denso) che avvolge un tessuto spongioso (sono delle trabecole ossee che vanno da una parete corticale all’altra, più ce ne sono e più l’osso è resistente). La corticale della faccia superiore e inferiore del corpo vertebrale si chiama piatto vertebrale, più spesso al centro dove si trova una parte cartilaginea mentre in zona periferica si forma un rilievo marginale detto orletto marginale.

Le travature di un osso spugnoso si sviluppano in presenza di carico, seguendo linee di forza e tendono ad unirsi con le corticali opposte (orizzontali se uniscono le corticali laterali, verticali se uniscono il piatto superiore a quello inferiore e oblique se uniscono la corticali laterali ai piatti inferiori), esse sono visibili con una sezione frontale. Esistono poi due sistemi di fibre chiamate fibre a ventaglio: da un lato un ventaglio parte dal piatto superiore e attraverso i peduncoli si irradia verso l’apofisi articolare superiore e l’apofisi spinosa, dall’altro lato un ventaglio parte dal piatto inferiore e attraverso i peduncoli si irradia verso l’apofisi articolare inferiore e l’apofisi spinosa. Il vario incrociarsi di questi tre sistemi trabecolari lascia però una “zona debole”: la pancia anteriore della vertebra che può cadere sotto il peso corporeo essendo meno ricca di travature (deformità a cuneo delle vertebre). In età senile ad esempio per l’osteoporosi, che impedisce il deposito di calcio sulle trabecole, si verifica un abbassamento della statura.

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Divisione funzionale del rachide:

  • Pilastro anteriore: costituito dal corpo vertebrale e ha una funzione di sostegno del corpo con un’azione statica (complesso passivo).

  • Pilastrini posteriori: hanno un’azione dinamica (guida del movimento) tramite le colonne delle articolazioni poste sull’arco posteriore. Questo segmento motore comprende dall’avanti all’indietro: il disco, il forame di coniugazione, le articolazioni interapofisarie, il legamento giallo e quello interspinoso (tutto il movimento dipende da ciò che sta in mezzo, ovvero dal disco).

I peduncoli costituiscono l’unione funzionale tra il pilastro anteriore e quello posteriore. Le vertebre sono leve di primo genere con il fulcro che si trova nell’articolazione interapofisaria (massiccio delle apofisi articolari). Questo sistema di leva permette l’ammortizzamento delle forze di compressione assiale della colonna vertebrale attraverso due meccanismi:

  • uno diretto e passivo, grazie al disco intervertebrale (subisce il peso);

  • uno indiretto e attivo, per mezzo dei muscoli delle docce vertebrali che agiscono allo stiramento e ridistribuiscono meglio il peso su tutta la vertebra.


Elementi di connessione intervertebrale:

sono elementi fibro-legamentosi che assicurano la connessione tra i 24 segmenti mobili costituenti il rachide fra capo e bacino e che proteggono la colonna da davanti a dietro. Si dividono in:

  • relativi al corpo vertebrale (pilastro anteriore):

    • legamento longitudinale anteriore (1)

    • legamento longitudinale posteriore (2)

    • disco intervertebrale (D)

  • relativi all’arco posteriore:

    • legamento giallo (3) affinché il midollo non vada in contatto diretto con l’osso (rappresenta l’ultima resistenza all’espulsione eccessiva del midollo spinale e del disco);

    • legamenti interspinosi (4) tra le apofisi spinose;

    • legamenti sovraspinosi (5) prolungamento dell’interspinoso, congiunge parte dei processi spinosi;

    • legamenti intertrasversari (10) all’apice di ogni apofisi trasversa;

    • legamenti interapofisari (9) che rinforzano la capsula delle articolazioni interapofisarie.

L’articolazione tra due corpi vertebrali adiacenti è un’anfiartrosi. Essa è costituita dai due piatti delle vertebre adiacenti riuniti fra loro dal DISCO INTERVERTEBRALE, quest’ultimo è costituito da due parti distinte:

  • una parte periferica detta anulus fibroso (anello fibroso), composta da una successione di fasci fibrosi concentrici a obliquità incrociata rispetto ai fasci precedenti, con le fibre più esterne verticali e quelle interne che hanno un andamento quasi orizzontale. Ciò garantisce un alloggiamento inestensibile per il nucleo che è costantemente sotto pressione, non possiede vasi ma nocicettori in periferia (anche nelle capsule articolari)

  • una parte centrale di nucleo polposo, costituito per l’88% da acqua e sostanza fondamentale di mucopolisaccaridi, è altamente idrofilo e sono assenti vasi e nervi. Il compito del nucleo è quello di distribuire radialmente all’anulus le forze di compressione che riceve dall’alto che per il 75% sono a carico del nucleo stesso e per il 25% a carico dell’anulus. Fino a quando esso mantiene la sua componente idrofilica si gonfia, ma è tenuto in sede dall’anulus e ciò ne garantisce il funzionamento.

Il minor carico esercitato sulle vertebre (25 kg per cm2) è in posizione supina con qualcosa sotto alle gambe.

Imprigionato sotto pressione nella sua sede, tra i due piatti vertebrali, il nucleo polposo ha grossolanamente la forma di una sfera, si può pertanto considerarlo come una biglia interposta tra due piani. I movimenti consentiti da questa articolazione sono la flesso-estensione (sul piano sagittale), l’inclinazione laterale (sul piano frontale), la rotazione, lo scivolamento o taglio. Questi sono tutti movimenti di lieve entità per una sola articolazione ma che nell’insieme di tutti gli altri segmenti vertebrali offrono movimenti di grande ampiezza.

Esercitando per molto tempo una forza asimmetrica sul disco c’è il rischio che parta un’ERNIA lombare: si verifica una rottura del disco, che perde la sua componente idrofilica e quindi le sue caratteristiche meccanico-elastiche, il nucleo esce dall’anulus e schiaccia le radici (ciò provoca il dolore).

Protrusione del disco: si verifica nel caso in cui il disco sia deformato da forze asimmetriche (dislocato), ma comunque integro e una volta tolto torni normale. Essendo i nervi compressi per difesa il movimento viene bloccato (o a causa dei muscoli che risultano troppo contratti o per la posizione errata del disco).

A causa dell’idrofilia del nucleo unita all’inestensibilità dell’anulus, la pressione al centro del nucleo non è mai nulla anche quando il disco non viene caricato: si realizza quindi uno stato detto di precompressione del disco. Esso garantisce al nucleo la sopportazione di movimenti asimmetrici.

L’autostabilità: questo meccanismo è legato allo stato di precompressione. Nucleo e anulus formano una coppia funzionale la cui efficacia dipende dall’integrità delle due strutture: partendo dalla posizione zero in cui il nucleo è centrato e le fibre del disco hanno una certa lunghezza, flettendomi in avanti il piatto superiore si inclina dal lato più caricato, basculando di un certo angolo e le fibre del disco si allungano dal lato opposto, ma la contemporanea spinta indietro del nucleo, dovuta alla maggior pressione in questo senso, va contro le fibre allungate incurvandolo e facendolo tornare alla lunghezza iniziale (i piatti vertebrali tornano paralleli tra loro ed avviene un rimodellamento del peso).

La migrazione dell’acqua nel nucleo: esercitando una pressione sull’asse del rachide, ad esempio sotto l’influenza del peso del corpo nella posizione in piedi, l’acqua del nucleo migra dalla spongiosa sottocorticale attraverso i pori della superficie cribrata del piatto vertebrale verso il centro dei corpi vertebrali. Lo scarico della colonna (quando ho una riduzione delle forze di compressione, per esempio durante la notte in decubito dorsale) permette poi la reidratazione del nucleo (per questo c’è una maggiore altezza ed elasticità al mattino).

A carico costante la perdita d’acqua non è lineare, ma esponenziale (veloce) nel tempo cosi come da scarico è esponenziale inverso (lungo) il tempo di reidratazione. Una frequenza troppo ravvicinata di carico/scarico non permette al disco di recuperare lo spessore iniziale. Stessa cosa se il carico/scarico viene ripetuto per un periodo eccessivamente lungo anche con tempi corretti per la reidratazione. Ne consegue un fenomeno di invecchiamento del disco con perdita di elasticità.

Lo spessore del disco è differente ai vari livelli (lombare, dorsale e cervicale), è importante la proporzionalità tra l’altezza del disco e l’altezza del corpo vertebrale: maggiore è il rapporto maggiore è la mobilità del tratto di rachide in questione, il tratto più mobile è quello cervicale (rapporto di 2/5), seguito dal lombare (1/3) e dal dorsale (1/5). Inoltre da una sezione sagittale si osserva che i nuclei non sono esattamente al centro, nel tratto dorsale poi è più indietro rispetto all’asse di movimento, in quello lombare (dove il nucleo è più arretrato) e in quello cervicale i nuclei invece sono in linea con l’asse di movimento.

In flessione laterale avviene una rotazione automatica del rachide dovuta alla compressione dei dischi e alla tensione dei legamenti.


LA CINTURA PELVICA E L’ARTICOLAZIONE SACROILIACA

Cintura pelvica:

  • Unisce e trasmette gli sforzi tra il rachide e gli arti inferiori

  • Costituisce la base per l’addome.

È un anello osteo-articolare chiuso composto da:

  • tre ossa (due iliache e il sacro);

  • tre articolazioni (due sacro-iliache e la sinfisi pubica).

Il sacro, sospeso tra le ali iliache tramite legamenti, si trova tanto più bloccato tra queste, tanto più forte è il peso che grava su esso: si tratta di un sistema autobloccante. Tramite la cintura pelvica gli sforzi al rachide si trasferiscono agli arti inferiori: il peso che grava sulla quinta vertebra lombare si suddivide in due parti uguali verso le ali del sacro, poi attraverso le spine ischiatiche verso la cavità cotiloidea.. A questo livello giunge la forza di reazione del suolo al peso del corpo trasmessa dal collo del femore e dalla testa femorale, una sua parte poi viene deviata e annullata a livello della sinfisi pubica. Tutto ciò costituisce un sistema di forze a convergenza opposta che si annullano ed autosostengono.

(il paziente con frattura di bacino va allettato).

cintura pelvica

Movimenti:

  • Nutazione: il sacro ruota attorno all’asse (rappresentato dalla crocetta nera e costituito dal legamento assile), in modo tale che il promontorio si sposta in basso e in avanti, mentre la punta del sacro e l’estremità del coccige si spostano indietro. In tal modo il diametro antero-posteriore dello stretto superiore risulta diminuito della distanza S2, mentre quello dello stretto inferiore risulta aumentato della distanza d2. Contemporaneamente le ali iliache si avvicinano mentre le tuberosità ischiatiche si allontanano. Questo movimento è limitato dalla tensione del grande e del piccolo legamento sacro-ischiatico.

  • Contronutazione: determina spostamenti inversi: il sacro ruotando attorno al legamento assile si raddrizza mentre il promontorio si sposta in alto e indietro e l’estremità inferiore del sacro e la punta del coccige si spostano in basso ed in avanti. Il diametro antero-posteriore dello stretto superiore si trova così aumentato della distanza S1, mentre quello dello stretto inferiore è diminuito della distanza d2. Le ali iliache si avvicinano mentre le tuberosità ischiatiche si allontanano. Questo movimento è limitato dalla tensione dei legamenti ileo-sacrali.


RACHIDE CERVICALE:

Permette di mantenere un orientamento del capo anche al variare della posizione degli altri segmenti corporei. E’ formato da due parti anatomiche ben distinte anatomicamente e funzionalmente:

  • il rachide cervicale superiore (o rachide sotto occipitale), composto da atlante ed epistrofeo, che sono in rapporto tra loro e con l’occipite mediante una cerniera articolata complessa a tre assi e a tre gradi di libertà.

  • il rachide cervicale inferiore: dal piatto inferiore dell’epistrofeo a quello superiore della prima vertebra toracica. Le articolazioni di questa parte di rachide possiedono due tipi di movimento: flesso-estensione ed inclinazione-rotazione.

Solo l’intervento simultaneo dei due tratti può dar luogo a movimenti puri di flesso-estensione, inclinazione e rotazione del capo.

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Articolazioni:

  • Occipito-atlantoidea: è composta da due articolazioni condiloidee, che si formano fra i condili dell’occipitale e le faccette articolari superiori dell’atlante.

  • Atlanto-epistrofea: composta da tre articolazioni legate meccanicamente:

  • un’articolazione assiale, l’atlo-odontoidea: è un ginglimo laterale dove il dente dell’epistrofeo gira all’interno di un cilindro cavo avente per pareti l’arco anteriore dell’atlante e posteriormente il legamento traverso.

  • due articolazioni atlo-assoidee: mettono in rapporto le faccette articolari inferiori delle masse laterali dell’atlante con le superfici articolari superiori dell’epistrofeo (grosso modo è come vedere due cilindri distesi orizzontalmente e sovrapposti).

    Il movimento rototraslatorio (la traslazione è dovuta alla sovrapposizione di due superfici articolari entrambe convesse) garantisce un contatto continuo tra dente e arco anteriore assieme al legamento trasverso.


RACHIDE DORSALE:

In queste vertebre sono riconoscibili ai lati del corpo vertebrale le fossette per l’articolazione con le coste.

Il movimento del rachide dorsale non avviene solo a livello vertebrale ma essendo articolato con la gabbia toracica gli elementi ossei, cartilaginei e articolari di quest’ultima guidano e limitano i movimenti di questo tratto di rachide. La resistenza meccanica del torace dunque limita notevolmente i movimenti del rachide dorsale. Col passare degli anni le cartilagini costali si ossificano e diminuisce l’elasticità condrocostale trasformando il torace in un blocco quasi rigido con conseguente diminuzione dei movimenti in questo tratto.

Durante i movimenti di inclinazione laterale: dal lato della convessità aumentano gli spazi intercostali, l’espansione polmonare (il torace si dilata) e l’angolo condrocostale della 10a costa tende ad aprirsi. Dal lato della concavità, si hanno fenomeni inversi (gli spazi intercostali diminuiscono di ampiezza, il torace si ritrae e l’angolo condro-costale tende a chiudersi).

Il movimento di rotazione:

Nel tratto dorsale, a differenza di quello lombare, emerge la grande ampiezza del movimento di rotazione (40°) dovuto ad un diverso orientamento delle faccette articolari inteapofisarie che qui sono posizionate all’indietro, leggermente in alto e in fuori (questa rotazione è poi limitata dalle inserzioni costali). In una visione della vertebra dall’alto è come se fossero site sulla parete interna di un cilindro avente per asse il centro del corpo vertebrale.


RACHIDE LOMBARE

Le vertebre lombari non hanno la faccetta articolare per ospitare le coste (v. vertebre dorsali), il processo spinoso non si proietta verso il basso ma rimane più orizzontale e le faccette articolari sono site sulla parete esterna di un cilindro avente l’asse posto sul processo spinoso.

Limitazione nella flesso-estensione lombare:

durante il movimento di flessione il corpo di ogni vertebra si inclina rispetto alla vertebra sottostante e scivola leggermente in avanti, il che diminuisce lo spessore del disco nella sua parte anteriore e l’aumenta nella posteriore, il nucleo polposo viene spinto all’indietro. Contemporaneamente le apofisi articolari inferiori della vertebra sovrastante scivolano verso l’alto e tendono a sganciarsi dalle apofisi articolari superiori della vertebra sottostante; la capsula e i legamenti di questa articolazione interapofiaaria sono pertanto tesi al massimo, così come tutti i legamenti dell’arco posteriore (legamento giallo, interspinoso, sovraspinoso e quello intervertebrale comune posteriore). Questa messa in tensione limita il movimento di flessione.

Durante il movimento di estensione il corpo della vertebra sovrastante si inclina all’indietro ed indietreggia il che diminuisce lo spessore del disco nella sua parte posteriore e l’aumenta nell’anteriore, il nucleo polposo viene spinto in avanti. Contemporaneamente il legamento vertebrale comune anteriore viene a trovarsi sotto tensione, mentre quello posteriore si detende e simultaneamente le apofisi articolari inferiori della vertebra superiore si connettono più profondamente con le apofisi articolari superiori della vertebra sottostante, e le spinose vengono in contatto. Così il movimento di estensione viene limitato dalle sporgenze ossee a livello dell’arco posteriore e dalla tensione del legamento vertebrale comune anteriore.

Limitazione nella rotazione lombare: nel caso delle vertebre lombari, le faccette articolari (guardano in dentro ed indietro) sono orientate in modo tale da risultare appoggiate sulla superficie di un cilindro posizionato sull’arco posteriore con asse sul processo spinoso tale per cui un movimento di rotazione tra due vertebre contigue darebbero luogo a livello del disco a delle forze di taglio.


CERNIERA LOMBOSACRALE

La cerniera lombosacrale rappresenta una zona debole dell’impalcatura rachidea a causa dello slittamento in basso e avanti di L5 su S1, questo slittamento è impedito dalle solide connessioni dell’arco posteriore di L5.

Le componenti del peso corporeo sovrastante che creano le forze di slittamento vengono scaricate sull’istmo (parte dell’arco posteriore compreso tra le apofisi articolari superiori e inferiori). Nel caso in cui quest’istmo sia distrutto o interrotto siamo in presenza di una spondilolisi: l’arco posteriore non è più trattenuto indietro sulle apofisi superiori del sacro e il corpo vertebrale di L5 scivola in basso e avanti realizzando una spondilolistesi. Dalla radiografia di ¾ si vede chiaramente comparire il classico “cagnolino”: poiché il collo corrisponde esattamente all’istmo vertebrale quando quest’ultimo è interrotto il collo del cagnolino appare tagliato. Ciò permette di diagnosticare la spondilolisi e di ricercare lo slittamento di L5 visibile sulla radiografia laterale.

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