Раздел 1
Позвоночный комплекс.
Введение.
Прежде чем приступать к решению непосредственных проблем, которые ставит идиопатический сколиоз, считаем необходимым остановиться на описании нормального позвоночного комплекса, поскольку он по праву может считаться самым сложным анатомо-функциональным образованием в организме прямоходящего человека.
Это не дублированная важнейшая составляющая часть осевого скелета, которая является несущей опорой для всего туловища.
Это устойчивая и одновременно подвижная система, которая включает в себя большое число элементов.
Это отдел опорно-двигательного аппарата, который участвует в процессе поддержания равновесия в вертикальном положении.
Это одно из звеньев защиты головного мозга от ударных нагрузок по вертикали, возникающих во время ходьбы.
Это образование, которое обеспечивает защиту важнейшего отдела центральной нервной системы - спинного мозга.
Понятно, что в данном разделе будут приведены сведения, которые могут показаться общеизвестными и очевидными. Однако наш опыт работы с уже состоявшимися врачами показывает, что многие фундаментальные знания в силу различных причин забываются.
1.1. Эмбриогенез и онтогенез костного позвоночного столба и спинного мозга
Изложение базовой информации о позвоночном столбе логично начать с его эмбриогенеза.
Процесс, который следует непосредственно после оплодотворения в биологии развития живого организма, называется дроблением. Это ряд быстро протекающих митотических делений, в результате которых образуется шар (бластула), состоящий из многочисленных мелких клеток — бластомеров. По окончании следующего этапа, гаструляции (гаструляция — перераспределение клеток), результатом которого становится формирование первичных зачатков основных тканей будущего организма — эндодермы, кожной и нейральной эктодермы, хордо- и латеральной мезодермы, а также их строгое базовое взаиморазмещение, начинается процесс органогенеза (Гилберт С., 1993). Здесь использован термин хордомезодерма, который предложили А. Ромер и Т. Парсонс (1992). Они считают, что хорда, устанавливающая продольную ось тела, происходит из мезодермальных клеток. Однако они тут же подчёркивают, что другие авторы считают хорду совершенно отдельной тканью, которая обособляется на более ранних этапах дифференциации в виде длинной полоски клеток, очень быстро отделяющейся от мезодермы с обеих сторон и приобретающей цилиндрическую форму. Хорда отчётливо выявляется ещё до начала формирования нервной трубки, образование которой ею и индуцируется. Другими словами, вопрос отношения хордального зачатка к зародышевым листкам, с точки зрения исследователей, ещё спорный. Так, считается, что по отношению к среднему зародышевому листку хордальный зачаток имеет аксиальное расположение и тесно с ним связан. Однако на определённых стадиях отмечается его связь с эндодермальным листком. При этом же филогенетически ткань хорды близка к экзодермальному типу, т.е. к эктодерме. Вполне возможно, что именно хорда является первым дифференцированным звеном в передаче генетической информации, индуцирующим старт дальнейшего развития прототканевых и протоорганных образований эмбриона.
На зародышевой стадии нейрулы. в самом начале процесса органогене за, на наружной поверхности центральной части эктодермального зародышевого листка наблюдается зона пролиферации — нервная пластинка. Как отмечено выше, считается, что стимулом для её появления служит подлежащая под ней хондромезодерма (хорда). В результате последующего этапа — формирования нервной борозды с активной латеральной пролиферацией, приводящей к появлению параллельных нервных валиков и нервных гребней, — образуется первичная нервная трубка (рис. 1.1.1).
Зачатки собственно позвоночного столба у зародыша человека уже могут быть достоверно дифференцированы на третьей-четвертой неделе внутриутробного развития. Вокруг образовавшихся в этот же период развития эмбриона зачатков нервной трубки происходит формирование мезодермальных элементов (из среднего зародышевого листка) — миотома и склеротома, — каждый из которых простирается на всю длину «туловища».
Вблизи нервной трубки и хорды мезодерма своеобразно пролиферирует, образуя продольный ряд кубических структур — сомитов. Это первые признаки сегментации, наблюдаемой у всех позвоночных.
По окончании формирования сомитов начинается их внутренняя дифференцировка. Прежде всего отмечается пролиферация клеток вентромедиального угла сомита. Из этой области в будущем разовьётся большая часть осевого скелета, в том числе и позвонки. Поэтому данная часть сомита названа склеротомом. Латеральная же часть мезодермальной части сомита получила название миотом. т.к. из неё будет формироваться поперечно-полосатая мускулатура. Третья часть сомита, наружная, образующая в будущем соединительнотканный слой кожи, получила название дерматом (рис. 1.1.1).
Рис. 1.1.1. Образование нервной трубки у типичного позвоночного (млекопитающего): А-Г - ряд поперечных срезов на последовательных стадиях развития зародыша; Д - разделение сомита на миотом, дерматом и склеротом (по Ромер А. и Парсонс Т., 1992)
Эти, казалось бы, малозначительные для сколиоза факты позволяют видеть чрезвычайно важную деталь: два основных органа позвоночного комплекса — спинной мозг и костный позвоночник имеют различное эмбриональное происхождение, а отсюда и различную, определяемую их генетическим кодом, временную «программу» своего дальнейшего анатомо-функционального развития. Иллюстрацией этому (рис. 1.1.2) является динамика роста указанных образований (Бурдей Г.Д., 1984).
На 6-й неделе развития человеческого эмбриона клетки мезодермального листка, окружающие хорду, уже отчётливо разделены межсегментарными артериями на сегменты, включающие склеротомы и миотомы.
Каждый склеротом имеет каудальную (плотную) и краниальную (менее плотную) часть. Первая является основой позвонка, а вторая — межпозвоночного диска.
Следует отметить, что на ранних стадиях органогенеза границы склеротомов и миотомов совпадают. Однако по мере дальнейшего развития склеротомов эти границы смещаются, и миотомы оказываются связанными уже с двумя соседними зачатками позвонков, что в дальнейшем обеспечит сложную кооперативную действенность паравертебральных мышц.
В итоге, от конца 6-й к началу 8-й недели внутриутробного развития возникает достаточно чётко выраженное анатомическое образование - позвоночный комплекс. Он состоит из отдельных элементов: позвонков и межпозвоночных дисков. Уже отчётливо видно позвоночный канал и находящийся в нём спинной мозг.
Рис. 1.1.2. Длина позвоночного столба (1) и спинного мозга (2) в пре- и постнатальном онтогенезе у человека (по Бурдей Г., 1984)
Процесс «созревания» позвонков, их окостенения является результатом деятельности остеогенных клеток. В хрящевых позвонках 3,5-месячного эмбриона выявляются три локуса таких клеток — в теле позвонка и в области его дужек. При гистологическом изучении этих участков установлено, что они состоят из клеток, похожих на набухшие и увеличенные в размерах хондроциты. Итогом их функционирования становится замещение хрящевой ткани на костную. К семимесячному возрасту плод имеет чётко сформированный костный позвоночный столб.
Следует добавить, что в литературе имеются и другие точки зрения, которые также достаточно убедительно аргументируются. Ряд авторов считает, что в каждом позвонке может быть до 7-9 ядер окостенения (ядер оссификации). Однако через подавляющее число работ проходит одна мысль: возникновение и развитие таких ядер происходит по ходу кровеносных сосудов, и их количество зависит от развитости сосудистой сети (рис. 1.1.3).
В дальнейшем границы зон ядер окостенения сливаются. На этих стадиях возможно возникновение некоторых пороков развития, прямо связанных с незавершённостью данного процесса. Это, в частности, различные варианты не-заращения (расщепления) тела и дуги позвонка(ов) одновременно (rachischisis) или изолированно (spina bifida). В случае избыточности слияния зон окостенения (при нарушении детерминированности между позвонками) возникает противоположное явление — полное либо частичное синостозирование в позвоночно-двигательных сегментах (Junghans Н., 1930). Эти и целый ряд других аналогичных явлений трактуются как врождённые аномалии. Поскольку настоящий труд посвящён идиопатическому сколиозу, то читателю, интересующемуся врождёнными аномалиями развития позвоночного столба, рекомендуем серию научных трудов профессора Э.В. Ульриха и его учеников (1980-2006 гг.).
Считается, что в норме полное слияние зон окостенения к моменту рождения не завершается. Это происходит только на втором - третьем году постнатального периода, хотя по данному вопросу существуют и другие мнения. На наличие хрящевой пластики у оснований корней дужек указывает Б.Г. Михайлевский (в 4 года) и А.И. Струков (в 6-7 лет), а Шультесс (W. Schulthess) допускает её присутствие до окончания роста позвоночного столба.
Продольный рост позвоночного столба подробно изучался Г. Шморлем (G. Shmorl) ещё в 30-е годы прошлого столетия. Этот процесс в целом является суммой процессов нормального роста в высоту всех тел позвонков за счёт эпифизарных пластинок на верхней (краниальной) и нижней (каудальной) их поверхностях. Указанные эпифизарные пластинки покрыты хрящевым кольцом, или, как его называют, апофизом, или краевым хрящевым валиком. По гистологическим характеристикам эпифизарные пластинки очень близки к ростковым зонам длинных трубчатых костей — те же параллельные колонки, или «монетные» столбики, с зонами покоя, пролиферации и с подлежащей им областью остеоидной ткани (Заварзин А.А., 1939, 2000).
Рис. 1.1.3. Ядра оссификации позвонков (из Tylman D. по Fergusson W., 1972)
Закрытие эпифизарных пластинок, или слияние апофизов и тел по звонков, начинается в 10-12 лет и заканчивается к 14-16 годам. Однако в противоположность эпифизарным пластинкам длинных трубчатых костей эпифизарные кольца позвонков не исчезают полностью, они сохраняются в виде гиалиновых пластинок, прочно связанных с межпозвоночными дисками (Чаклин В.Д., Абальмасова Е.А., 1973).
Определённый интерес вызывает последовательность слияния тел позвонков с их апофизами. Этот процесс начинается раньше и, соответственно, раньше заканчивается в центре краниальной и каудальной поверхности позвонковых тел. В то же время по краям апофизов он длится ещё достаточно долго. В результате этого краниальная и каудальная поверхность тела созревшего позвонка имеет форму фасетки, которая является оптимальной для сочленения между ним и межпозвоночными дисками.
Здесь следует остановиться на вопросе о возрастных этапах оссификации апофизов тел позвонков и их слиянии с телами. Знание этого процесса позволяет дать оценку локального костного возраста позвоночного столба, который, по мнению многих авторов, является одним из показателей его зрелости и потенции роста данного сегмента скелета ребёнка.
В литературе по рентгенографии предложен ряд таких схем. Однако в последнее время появились работы, доказывающие, что сроки оссификации апофизов тел позвонков у детей без патологии могут колебаться в пределах одного-двух лет.
Рис. 1.1.4. Этапы оссификации апофизов тел позвонков (реконструкция по Садофьевой В.И., 1986)
В качестве ориентира можно предложить (рис. 1.1.4) схему этапов осси- фикации апофизов тел позвонков, реконструированную нами по рентге нологическим данным В.И. Садофьевой (1986).
Переходя к вопросам эмбриогенеза спинного мозга, отметим, что лишь субъективный стереотип при работе над данной главой заставил в её начало поместить сведения о костном позвоночнике. Однако выше было отмечено, что развитие костного позвоночного столба «стартует» только после формирования нервной трубки — зачатка спинного и головного мозга. «Если вы хотите изумиться — именно этот процесс вызовет у вас чувство полного изумления. Все начинается с одной клетки, образовавшейся в результате слияния спермия с яйцом: эта клетка делится сначала на две, затем на четыре, на восемь и т.д., и на определённой стадии возникает некая клетка, все потомки которой дают начало головному (и спинному! — Авт.) мозгу. Само существование такой клетки уже представляется одним из удивительнейших феноменов на Земле» (Льюис Томас, 1979).
Итак, в первые недели эмбрионального развития вдоль продольной оси зародыша в эктодерме образуется утолщение — медуллярная пластинка.
Она углубляется в медуллярную бороздку, края которой становятся выше и затем срастаются друг с другом, превращая бороздку в трубку (мозговая трубка), которая и представляет собой зачаток центральной нервной системы (рис. 1.1.1). Из передней, расширенной части нервной трубки формируются три первичных мозговых пузыря, из которых в дальнейшем развивается головной мозг. Из каудальной части нервной трубки в результате редукции нервной ткани и слияния последней с твёрдой мозговой оболочкой получается тонкий тяж — filum terminale.
Уже на этапе формирования мозговой трубки в ней могут быть дифференцированы три слоя: внутренний, из которого происходит эпендима центрального (спиномозгового) канала и желудочков головного мозга;
средний слой, из которого развивается серое вещество мозга (зародышевые нервные клетки — нейробласты); и наружный слой, практически не содержащий клеток и состоящий в основном из отростков нервных клеток, нейритов, образующих белое вещество нервной системы.
Пучки нейритов и нейробласты, располагающиеся в вентральной части нервной трубки, выходят в мезодерму (средний зародышевый листок), где соединяются с молодыми мышечными клетками (миобластами). Так возникают двигательные единицы (ДЕ), включающие альфа-мотонейрон, его аксон с множеством терминальных ветвлений, нервно-мышечные синапсы, осуществляющие передачу возбуждения с нервного волокна на совокупность мышечных волокон, иннервируемых данным мотонейроном.
Чувствительные нервы возникают из зачатков спинномозговых узлов, которые появляются у края медуллярной бороздки у места перехода её в эктодерму, или наружный зародышевый листок. После формирования мозговой трубки эти зачатки смешаются на её дорзальную сторону с последующим новым смешением вентрально. На этом этапе по бокам нервной трубки формируются так называемые нейральные гребни, в которых после перешнуровки в соответствии с сегментами на каждой стороне образуется ряд спинномозговых узлов. Из нейральных гребней формируются ещё и другие узлы — зачатки вегетативной нервной системы. В последних нейробласты принимают вид биполярных нервных клеток. Центральные отростки клеток, проникающие в спинной мозг, формируют задние корешки, имеющие в своём составе только афферентные волокна, а периферические отростки, разрастаясь вентрально вместе с двигательными, эфферентными нейритами, формируют уже передние спинномозговые корешки.
Здесь можно отметить интересный факт: если анатомическое формирование центральной нервной системы проходит достаточно быстро и её основные образования обнаруживаются уже у эмбрионов 9-20 мм теменно-копчиковой длины, то функциональное созревание этой системы длится по некоторым параметрам до пубертатного периода (Бурдей Г.Д., 1984).
Как отмечает Г.Д. Бурдей(1984) со ссылкой на S.A. Siwe (1930, 1931), А.М. Lassek и G.L. Rasmussen (1938), продольный рост спинного мозга может продолжаться до 20 лет. При этом окончательной среднестатистической величины длина спинного мозга достигает у юношей к 16-20, а у девушек — к 16-18 годам. У детей первых лет жизни в сравнении с новорожденными наиболее интенсивно растёт нижне-грудной отдел и менее интенсивно — шейный и поясничный. В целом же от рождения до половой зрелости длина спинного мозга увеличивается в 2,7 раза (Бурдей Г.Д., 1984). На шейные сегменты приходится 23,2% общей длины спинного мозга, на грудные — 56,4%, на поясничные — 13,1% и на крестцовые — 7,3%. Аналогичные данные приводит С.Н. Frazier (1918): у взрослых людей шейный, грудной, поясничный и крестцовый отделы составляют соответственно 23,5, 55,5, 14,0 и 7,0% от общей длины спинного мозга.
У новорожденных средний показатель продольного размера спинного мозга — 14-16 см. К 10 годам он удваивается и у взрослого достигает 43-45 см (Ковешникова А.К., 1958; Валькер Ф.И.,1959; Siwe S.A., 1931).
Определённый интерес вызывает отношение длины спинного мозга к длине тела. У новорождённых оно составляет 30%, у годовалого ребёнка уже 27%, а к пяти годам уменьшается до 21%. Затем несколько увеличивается (в 7 лет — 22%). Длина спинного мозга у взрослого мужчины равна в среднем 26,4% от длины тела, а у женщин — 26,2% (Мс-Cotter R.E., 1916). О различии длин спинного мозга у мальчиков и девочек сообщается в работе Н. Pfister (1903). Эти данные приведены в табл. 1.1.1.
Таблица 1.1.1. Длина спинного мозга и его вес в разных возрастных группах (см) (по Pfister Н., 1903)
Ниже приводится график длины спинного мозга (рис. 1.1.5), построенный на основе приведённых фактических средних данных для детей (Pfister Н., 1903) и взрослых (Бурдей Г.Д., 1984).
Вполне законный интерес вызывает соотношение между длинами спинного мозга и позвоночного столба, поскольку известно, что оно меняется на отдельных этапах развития (Бурдей Г.Д., 1984). К сожалению, отмечает автор, «детальному изучению этого вопроса в литературе последних десятилетий уделено недостаточное внимание, но глубокие данные старых исследователей вполне современны. Ch. Aeby (1868, 1870) показал, что если спинной мозг от рождения до полного формирования удлиняется в три раза, то за тот же период костный позвоночный столб — в 3,5 раза» (рис. 1.1.2).
На причины различия в длинах спинного мозга и костного позвоночного столба имеется несколько точек зрения. Так, А. Kappers (1920) и С.И. Лебёдкин (1936) считают, что это явление — результат простого отставания продольного роста спинного мозга. По версии R. Weber (1927), это связано с редукцией хвоста, а по Л.П. Астанину (1961) — с цефализацией. В то же время Ж. Садыков (1960) видит причину в деятельности конечностей, которые по обратной связи активно участвуют в формировании микроструктур спинного мозга.
Есть все основания добавить в указанный перечень и фактор генетического кода: длина указанных структур позвоночного столба определяется информацией, заложенной в генотипе биологического вида. Это косвенно подтверждает W. Pfitzner (1884), по данным которого, к концу первой половины внутриутробного развития уже отмечается неравномерность продольного роста в различных отделах позвоночного столба. Наибольшее увеличение его длины наблюдается в грудном отделе, наименьшее — в шей ном и среднее — в поясничном.
Чуть позже М.Т. Тиханов (1894-1896) пишет, что «шейная часть спинного мозга растёт так же, как шейный отдел позвоночного столба, тогда как грудной отдел спинного мозга отстаёт в длине от соответствующего отдела позвоночного столба уже на ранних этапах зародышевой жизни. После рождения отношения между ними выравниваются, а в последствии спинной мозг растёт активнее, в результате чего у взрослых людей на грудную часть спинного мозга приходится большая часть его длины, чем у детей и у плодов второй половины внутриутробного развития. Как следствие указанных отношений, нижние грудные корешки у новорождённых отходят от спинного мозга выше, чем у взрослых».
Приведённые сведения в некоторой степени коррелируют с данными, полученными М. Ravenel (1877) на основании изучения 11 мужских, 11 женских и нескольких детских препаратов позвоночного столба. Автор приходит к заключению, что позвоночный столб и спинной мозг ребёнка имеют только им присущие особенности и не представляют собою уменьшенную модель взрослого человека. В частности, он отмечает, что у детей грудная часть спинного мозга относительно короче, а шейная и брюшная длиннее, чем у взрослых. Но как бы ни развивалась дискуссия по этому вопросу, один вывод не вызывает сомнений: продольный рост спинного мозга и костного позвоночного столба совершается в разные возрастные периоды неодинаково не только в целом, но и по-разному в различных отделах— шейном, грудном и поясничном.
При этом обращает на себя внимание практически одинаковое заключение М. Ravenel (1877), С.И. Лебёдкина (1936, 1937) и Г.Д. Бурдей (1984), утверждающих, что при существенных изменениях в длине спинного мозга человека, от периода новорожденности до взрослого состояния, «разница между длиной грудного его отдела и длиной соответствующей части позвоночного столба незначительна». Это прямо указывает на высокий уровень синхронизации и сопряжённости процессов их продольного роста на данном уровне.
Рис. 1.1.5. Длина спинного мозга у детей и взрослых (по Pfister Н.,1903, и Бурдей Г., 1984)
Иллюстрацией этих закономерностей во взаимосвязи между длинами спинного мозга и позвоночного столба являются данные их нормальной анатомии, приведённые в работе Г.Д. Бурдей ( 1984). «Длина спинного мозга взрослых людей изменчива: Amin = 381 мм, Аmах = 515 мм, при среднем значении М = 450,3±2,8 мм, σ = 29,0±1,9 мм и коэффициенте вариации V = 6,7%. Среди крайних групп индивидуальной изменчивости указанного размера спинной мозг с длиной > 479,3 мм (> М+σ) и < 421,3 мм (< М-σ) можно было встретить одинаково часто, с некоторым превышением группы минимальных вариант (15,2 и 16,1%). У лиц женского пола мы не встретили спинной мозг длиной > 479,3 мм, а из группы < 421,3 мм значительно большая часть препаратов относилась к лицам женского пола, на основании чего считаем возможным говорить об определённой зависимости между половой принадлежностью и протяжённостью спинного мозга» (табл. 1.1.2).
Далее автор пишет, что «сопоставление диапазона изменчивости длины спинного мозга и позвоночного столба также указывает на прямую коррелятивную зависимость между ними. Максимальные варианты крайней группы изменчивости вариационного ряда позвоночного столба сочетаются с такими же вариантами спинного мозга, в то же время эта группа изменчивости не была встречена в сочетании с минимальными вариантами (< М-σ).
Крайняя минимальная группа изменчивости вариационного ряда позвоночного столба сочетается с минимальными вариантами вариационного ряда для спинного мозга».
Кроме сопоставления длин спинного мозга и позвоночного столба в целом, исследованиями Г.Д. Бурдей было установлено, что между «длинами шейного, грудного и поясничного отделов спинного мозга и соответствующими отделами позвоночного столба имеется достоверная положи тельная корреляционная зависимость (r = +0,55)» (табл. 1.1.2).
Таким образом, на основании всей совокупности приведённых литературных сведений о процессе продольного роста спинного мозга позволительно сделать вывод: данный процесс имеет нелинейный характер, но при этом на всех этапах своего развития отчётливо сопряжён с продольным ростом костного позвоночного столба.
Информация взята из книги: «Идиопатический сколиоз: диагностика, патогенез.»
Авторы: Дудин Михаил Георгиевич, Пинчук Дмитрий Юрьевич.
Издательство «Человек» Санкт-Петербург 2009