Д иапа зо н движ ен ий от дел ьн ы х п озво нк ов во к ру г ста нд арт ны х ана том ич ески х осе й
Движения позвоночника складываются из движений отдельных позвонков, но как именно двигаются отдельные позвонки — вопрос на который невозможно дать простой ответ. Дело в том, что подвижность позвонков не равномерно и не однотипно, даже когда речь идёт о двух соседних позвонках. Кроме того, в реальных условиях эти движения никогда не ограничиваются смещением / вращением вокруг одной оси, да и точка вокруг которой происходит вращение не стоит на месте, а смещается во время движения относительно позвонка (instantaneous axis of rotation, engl.). Из-за этого экспериментально измерить движения отдельных позвонков у живого человека в условиях естественных нагрузок довольно сложно и учёные часто делают различные допущения и упрощения. Поэтому интерпретировать и, тем более, сравнивать результаты этих исследований — задача далеко не тривиальная. И, тем не менее, она была решена. Цель этой страницы: продемонстрировать логику выбора максимальных значений ротации каждого из позвонков вокруг всех трёх анатомических осей.
Изображение демонстрирует шесть степеней свободы движения (три типа ротации и три типа трансляции) относительно нижестоящего позвонка в стандартной анатомической системе координат. Реальное движение позвонка чрезвычайно редко совпадает с анатомическими осями, а значит описывается ротацией или трансляцией вокруг нескольких осей одновременно.
Экспериментальные исследования движений отдельных позвонков, в зависимости от методологии, можно разделить на 3 группы:
- 1) Исследования производимые с использованием трупного материала, как правило, отпрепарированного и изолированного от остальных частей тела.
- 2) Прижизненные прямые наблюдения за движением позвонков с использованием неинвазивных рентгенологических методик (монопланарная и бипланарная рентгенография, компьютерная томография, магнитный резонанс), либо инвазивных техник (например, введением в позвонки металлических штифтов с их отслеживанием в реальном времени).
- 3) Прижизненные косвенные наблюдения, получаемые путём измерения подвижности разных сегментов позвоночника и интерполяции этой подвижности на отдельные позвонки.
Ни один из этих методов не может считаться абсолютно достоверным. Каждый имеет ряд недостатков:
Посмертные исследования наиболее точны с точки зрения величины ошибки измерения, но не отражают физиологическую прижизненную ситуацию, поскольку физические свойства мягких тканей после смерти необратимо изменяются. Исследования часто проводятся после выделения интересующего сегмента и его препарирования (полное, или частичное удаление окружающих мягких тканей), что самым прямым образом влияет на результат (Liebsch, 2017). Кроме того, возраст испытуемых, как правило, значительно превышает 40 лет, когда диапазон движений тела, в силу дегенеративных изменений, неумолимо снижается (Dreischarf 2014; Arshad 2018), что не позволяет напрямую использовать результаты этого типа исследований для моделирования подвижности позвоночника человека до 35 лет.
В свою очередь прижизненные рентгенологические исследования либо не вполне безопасны из-за ионизирующего излучения (рентгенография, компьютерная томография), либо слишком дороги (магнитный резонанс), чтобы можно было включить в них большое число здоровых добровольцев. Ещё одним серьёзным ограничением является то, что и компьютерная томография, и магнитный резонанс проводятся в положении лёжа в ограниченном пространстве. Здравый смысл подсказывает, что положение тела и тонус мышц, поддерживающих вертикальный баланс, влияют на диапазон движения позвонков, значительно девальвируя результаты исследований.
И, наконец, изучение движений позвоночника косвенным путём — измеряя динамику изгибов тела (инклинометрия, гониометрия, акселерометрия, оптический трекинг меток и тд.). Исследования такого рода никогда не отслеживают движения отдельных позвонков, а описывают подвиждность определённых сегментов позвоночника. Например, грудной отдел позвоночника делится на три сегмента: верхний, средний и нижний; проводятся замеры, а их результаты описываются как средняя подвижность позвонков T1–T3, T4–T7 и T8–T12. Кроме того, строго говоря, измеряется изгибы поверхности тела, а не наклон позвонков, что, без сомнения, не одно и тоже.
Надо отметить, что существуют исследования, комбинирующие несколько методов (например, компьютерную томографию позвоночника в покое и бипланарную флюороскопию для динамических измерений позвоночника в вертикальном положении), что позволяет обойти большинство ограничений методологии, но количество таких публикаций невелико и они обычно ограничены оценкой осевой ротации.
Для того чтобы уменьшить влияние методологических различий и установить нормативные значения ротаций позвонков вокруг разных осей для модели Анатомического Стандарта, был применён следующий подход к мета-анализу литературы:
- 1) Мета-анализ включал в себя все немногочисленные обнаруженные экспериментальные исследования.
- 2) Сравнивались относительные, а не абсолютные значения ротаций, то есть вклад ротации данного позвонка в движение исследуемого сегмента позвоночника выраженный в процентах, где 100% это сумма ротаций всех наблюдаемых позвонков.
- 3) Для всех источников литературы рассчитывалось общее среднее значение диапазона движения и обобщённое стандартное отклонение.
- 4) Нормативные значения диапазона движения позвонков для модели Анатомического Стандарта по возможности должны были находиться в пределах ±1 обобщённого стандартного отклонения приведённых экспериментальных исследований.
Ключевым фактором, конечно, является использование относительных, а не абсолютных значений диапазона движения позвонков. Расчёт был прост: какие бы ни были факторы, искажающие результат измерения, они, в рамках одного исследования, влияют на все позвонки приблизительно в равной степени. А значит мета-анализ результатов для исследований с самой разной методологией обретает определённый смысл. Как правило, каждое исследование ограничивается изучением только одного из четырёх сегментов позвоночника: атланто-затылочного C0–C1, субаксиального C2–C7, грудного T1–T11 и поясничного L1–L5. Это же деления отражена в результатах в виде графиков с общей логикой:
Для перерасчёта относительных (%) значений диапазона ротации в абсолютные (°) были использованы установленные ранее нормативные значения диапазонов движения отделов позвоночника. Для демонстрации логики избранной методики мета-анализа, на графиках представлены как относительные, так и абсолютные значения диапазонов движения позвонков. Переключение между типом значений делается при помощи нажатия на изображение.
Д иапа зо н движ ен ия п озво нк о в в с а гит та л ьно й п лоск ос ти
Д иапа зо н ро та ции п озво нк о в при пе ре хо де по звоно чник а из м а к сим а л ьн о согн у тог о в м а к сим а л ьн о ра зогн у тое п олож е ние
Диапазон движения позвонков в сагиттальной плоскости (от разогнутого к согнутому) относительно нейтрального положения позвоночника. Индивидуальный вклад каждого из позвонков невелик, но кумулятивный диапазон движения всего позвоночника из максимально разогнутого в максимально согнутое положение составляет целых 236°.
Д иапа зо н ро та ции гр удны х п озво нк о в в с а гит та л ьно й п лоск ос ти из нейтр а льног о п олож е ния
Как видно из графика выше, для грудного отдела позвоночника максимальный диапазон движения в сагиттальной плоскости обоснован лишь тремя исследованиями. Это связано с тем, что, в отличие от остальных отделов позвоночника, грудной отдел имеет лучше выраженное нейтральное положение и исследователям проще разделить диапазон движения позвонков в сагиттальной плоскости на два отдельных измерения: из нейтрального положения в максимально согнутое и из нейтрального — в максимально разогнутое. Из-за методологических ограничений (почти все исследования это прижизненные измерения при помощи гониометра / инклинометра), диапазон движения последнего грудного позвонка авторами статей не указан. Это единственный уровень, где для выбора значения диапазона движения мы использовали не данные исследований, а умозрительную интерполяцию, исходя из значений подвижности двух соседних позвонков.
Ротация грудных позвонков в сагиттальной плоскости при движении позвоночника из нейтрального положения в согнутое и из нейтрального — в разогнутое.
Д иапа зо н движ ен ия п озво нк о в во фро нт а л ьн о й п лоск ос ти (б о к ово й на к ло н)
Боковая ротация позвонков при максимальном боковом наклоне позвоночника относительно его нейтрального положения.
Д иапа зо н движ ен ия п озво нк о в в го ризо нт а л ьно й п лоск ос ти (oсе вое вра ще ние)
Изображение демонстрирует максимальное осевое вращение каждого позвонка в сравнении с его положением в нейтральном позвоночнике для модели Анатомического Стандарта. Несложно заметить, что максимальный диапазон движения демонстрирует осевой позвонок (C2).
