Связанные движения позвонков
Под связанными подразумевают такие движения позвонка, когда его осевая ротация неразрывно связана с боковым наклоном и наоборот — боковой наклон связан с осевой ротацией. Происходит это из-за геометрических особенностей сочленений между позвонками и устойчиво наблюдается только в шейном отделе позвоночника. В поясничном отделе подобная взаимосвязь, по-видимому, также существует, хотя проявлена слабее. В грудном же отделе позвоночника строгой закономерности связанных движений на данный момент не установленно.
Связанные движения позвонков следует отличать от комбинированных. Само сабой разумеется, позвоночник позволяет комбинировать самые разные движения, например, при сгибе поясницы вперёд (ротация вокруг фронтальной оси), вбок (сагиттальная ротация) и вращении вокруг оси (осевая ротация), можно легко добиться комбинирования ротаций вокруг всех трёх анатомических осей. Всё это будут произвольные комбинации движений. Связанные же движения тем и отличаются, что происходят автоматически, вне контроля человека и без осознания, что такие связанные движения вообще существуют. Так при повороте головы направо, все шейные позвонки, начиная с C3 совершают значительный боковой наклон вправо. То же происходит и во время бокового наклона шеи: субаксиальные шейные позвонки помимо первичного наклона всегда совершают и осевое вращение в ту же сторону.
В приложении по биомеханике позвоночника концепция связанных движений реализована следующим образом:
По всей видимости, степень связанности движений и их характер не универсален, ибо геометрия суставных поверхностей позвонков зависит от множества факторов (телосложение, рост и тд.). Эта страница посвящена обоснованию выбора тех или иных значений связанных движений для позвонков из разных отделов позвоночника.
В целом, сравнение результатов экспериментальных исследований связанных движений позвонков имеет те же ограничения, что и в случае с изучением движения отдельных позвонков вокруг стандартных анатомических осей. Разница, пожалуй, только в том, что по этой тематике доступной литературы ещё меньше, а возможностей для ошибок измерения в ходе эксперимента ещё больше. Чтобы частично уменьшить все эти негативные факторы, сравнивались не абсолютные значения связанных ротаций, а их коэффициенты, рассчитываемые по формуле:
Коэффициент соответствует угловой ротации связанного движения на 1° первичного движения. Позитивное значение указывает на связанное движение в том же направлении, что и первичное, а негативное — на связанное движение в направлении противоположном первичному. Например, при первичной осевой ротации шейного отдела, для C4 коэффициент составляет 0,54. Это значит, что при повороте головы направо, каждых градус осевой ротации C4 связан с боковым наклоном этого же позвонка вправо на 0,54°.
Расчёт стандартного отклонения для коэффициентов довольно сложен, поэтому вместо него в графиках использовался 95% доверительный интервал, рассчитанный по опубликованной методике (Beyene 2005, Motulsky 1995). Поскольку разброс 95% доверительного интервала для нормального распределения всегда намного меньше стандартного отклонения, выбрать такое значение коэффициента, которое соответствовало бы результатам большинства представленных экспериментальных исследований, не представляется возможным. Поэтому, в качестве целевого значения коэффициента для биомеханической модели Анатомического Стандарта был выбран трёхкратный диапазон 95% доверительного интервала всех представленных исследований.
ш ейный о т д е л по звоно чник а
Шейный отдел позвоночника — единственный по которому существует научный консенсус относительно направления связанных движений. При осевом вращении C1, связанный боковой наклон направлен в противоположную сторону, что вызвано асимметрией аппозиции выгнутых поверхностей суставных хрящей латерального атланто-осевого сустава (Koebke 1982). В свою очередь, при осевом вращении субаксиальных шейных позвонков (C3–C7), связанный боковой наклон направлен в ту же сторону, что обусловлено пространственной ориентацией фасеток и высотой верхних суставных отростков позвонков (Nowitzke 1994).
График демонстрирует постоянство результатов множества экспериментальных исследований относительно направления связанных движений. Осевое вращение C0 и C1 связано с контралатеральным боковым наклоном, а осевое вращение C3–C7 — с ипсилатеральным боковым наклоном. Выбранные для модели позвоночника коэффициенты связанных движений находятся в диапазоне 3-х кратного 95% доверительного интервала всех представленных исследований.
При первичном боковом наклоне наблюдается схожая картина: субаксиальные шейные позвонки совершают осевое вращение в сторону соответствующую боковому наклону:
Для шейно-головного соединения удалось найти только одно исследование связанного осевого вращения (Ishii 2006). Однако, качественные результаты этого исследования косвенно подтверждены данными по исследованию первичного осевого вращения (Ishii 2004, Guo 2021, Salem 2013, Kang 2019), указывающие на то, что первичное и связанное движение C0—C1 разнонаправленно.
Исследования связанного осевого вращения субаксиальной части шейного отдела однозначно указывают на ипсилатеральную направленность этого движения в диапазоне от 0,5 до 1.
гр удной о т д е л п озвоно чник а
Чёткая взаимосвязь между осевым вращением и боковым наклоном грудного отдела позвоночника на данный момент однозначно не установлена. Связано это, по-видимому, со многими гипотетическими факторами (Edmondston 2007), такими как:
- ‣ Амплитуда связанных движений в грудном отделе позвоночника невелика и, возможно, непостоянна для разных его уровней (Fujimori 2012, Fujimori 2014)
- ‣ Направленность связанных движений индивидуальна (Sizer 2007)
- ‣ Амплитуда и направленность связанных движений грудного отдела зависит от исходного положения позвоночника (Edmondston 2007, Moon 2014)
Всё это не позволяет однозначно определить какого рода связанные движения в грудном отделе позвоночника достаточно универсальны для того, чтобы включить их в усреднённую биомеханическую модель Анатомического Стандарта. Поэтому связанные движения грудного отдела для модели не были применены.
по ясничн ый о т д е л п озвоно чник а
Согласно данным мета-анализа литературы, не получено чёткого сигнала о наличии определённого связанного движения, вызванного боковым наклоном поясничного отдела позвоночника (Cook 2013, Legaspi 2007). Относительно обратного — наличия связанного движения, вызванного первичным осевым вращением — информация более определённа. Ниже приведён график, обобщающий экспериментальные данные в этой области:
Исследования проведённые в вертикальном положении указывают на то, что распределение бокового наклона позвонков при первичном осевом вращении поясничного отдела, имеет неоднородную структуру, образуя S-образную кривую (Shin 2013, Panjabi 1994). Этот эффект по природе своей напоминает компенсаторный сколиоз — естественную реакцию, направленную на поддержание глобального баланса тела в вертикальном положении.
Др. Шин и его коллеги опубликовали великолепную работу по исследованию осевого вращения позвонков в вертикальном положении, основанную на комбинации данных бипланарной флюороскопии и компьютерной томографии. Другие исследования (Fuji 2007, Ochia 2006) основаны на измерениях полученных в положении лёжа в статичной и фиксированной позиции. При выборе значений связанного бокового наклона для нашей биомеханической модели позвоночника, мы, прежде всего, ориентировались на результаты полученные именно др. Шином, поскольку методология его исследования наиболее достоверно отражает физиологические условия, возникающие при осевой ротации в положении стоя (Lu 2012).
Ниже приведено интерактивное изображение, демонстрирующее сбалансированный боковой наклон поясничных позвонков при их первичном осевом вращении:
Нажатие на изображение меняет положение поясничного отдела позвоночника из нейтрального в состояние с максимальным осевым вращением. Обратите внимание на разнонаправленную природу связанного бокового наклона (контралатерального в верхней части и ипсилатерального — в нижней). Возникающая сколиозоподобная конфигурация приводит к тому, что связанный боковой наклон позвонков (абсолютная сумма ротаций = 9,2°) в значительной мере нейтрализуется разнонаправленностью этих наклонов. В результате вышестоящие отделы позвоночника отклоняются от вертикальной оси всего на 2,2°