Автореферат и диссертация по медицине (14.00.02) на тему:Строение и деформативно-прочностные свойства продольных связок поясничного отдела позвоночного столба взрослых людей

На правах рукописи

РГБ ОД

" е;::сл яп?

ГРЕШНОВА Ольга Геииадиевпа

СТРОЕНИЕ И ДЕФОРМАТИВНО-ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ПРОДОЛЬНЫХ СВЯЗОК ПОЯСНИЧНОГО ОТДЕЛА ПОЗВОНОЧНОГО СТОЛБА ВЗРОСЛЫХ ЛЮДЕЙ

14.00.02 Анатомия человека

Автореферат диссертации на соискание ученой степепи кандидата медицинских наук

Оренбург-2002

Работа выполнена в Саратовском государственном медицинском университете.

Научный руководитель доктор медицинских наук,

профессор Николенко В.Н.

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук

Левошко Л.И.

кандидат медицинских наук, доцент Крамар Н.И.

Ведущая организация Волгоградская государственная

медицинская академия

Защита диссертации состоится « У^/ » //-У 2002 г. в «¿^2.» часов на заседании диссертационного совета К 208.066.01 Оренбургской государственной медицинской академии по адресу: 460000, Россия, г. Оренбург, ул. Советская, 6, зал заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургской государственной медицинской академии.

Автореферат разослан « » 2002 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доцент Семченко Ю.П.

1° УПл V ,0

ЕЛ .:> Н 3, р

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Знание строения и деформативно-прочностных свойств связочного аппарата позвоночного столба в связи с индивидуальной, возрастной изменчивостью с учетом особенностей его биомеханики представляет как теоретический интерес, так и прикладное значение. Это связано с тем, что заболевания и повреждения позвоночного столба относятся к наиболее распространенным в патологии опорно-двигательного аппарата, причем именно поясничный отдел позвоночного столба является той областью, где наиболее часто развиваются дегенеративные процессы (Цивьян Я.Л., 1971).

Основной причиной пояснично-крестцовых болей является остеохондроз позвоночного столба (Акимов Г.А. с соавт., 1976; Юмашев Г.С., Фурман М.Е., 1984; Антонов И.П., 1984, 1986; Манвелов Л.С., Кадыков A.C., 1999). Его неврологические проявления - одна из основных причин временной нетрудоспособности населения страны (Антонов И.П., 1984; Антонов И.П., Гиткина Л.С., 1987). Жалобы на боль в поясничной области позвоночного столба предъявляют от 14-45% (Coste J., Paolaggi J.B., 1989) до 60-80% всего взрослого населения (Leboeuf С., 1991). Почти 90% людей хотя бы один раз в жизни испытывали боли в поясничной области (Манвелов Н.С. с соавт., 1999). По данным С. Leboeuf (1991), возраст больных составляет 25-60 лет, М.А. Федосеевой (1978) - 30-50 лет.

Возросшая при заболеваниях и повреждениях позвоночного столба диагностическая, лечебная и хирургическая активность требует детализации знаний об индивидуальной изменчивости макроскопического, микроскопического строения и деформативно-прочностных свойств его связочного аппарата (Акимов Г.А., Коваленко П.А., 1989).

Особый практический интерес имеют сведения о биомеханических свойствах передней и задней продольных связок с учетом их связи с размерными характеристиками тел позвонков и межпозвоночных дисков, а также антропометрическими параметрами, например, при использовании данных неинвазивных методов исследования (рентгенологическое исследование, компьютерная томография, магнитно-резонансная томография) для составления алгоритма лечебной тактики, в частности, при дегенеративно-дистрофических поражениях позвоночного столба.

Изучение связочного аппарата поясничного отдела позвоночного столба необходимо для решения ряда вопросов практической медицины. Например, радикулопатии обусловлены не только изменениями межпозвоночных дисков, но и проявлениями деформирующего спондилеза (Георгинов A.A., Куницын Д.В., Орлов А.И, 1999); явления спастического пара- и тетрапареза, сенсорные нарушения в конечностях могут быть вызваны оссификацией задней продольной связки позвоночного столба (Del Conte L. et al., 1992; Scola R.H. et al., 1998), a дистрофические изменения связок нередко ошибочно трактуются как остеохондроз (Жарков П.Л., 1994).

Таким образом, изучение этих вопросов имеет важный научный и практический интерес для нейрохирургии, неврологии, нейротравматологии и - ортопедии, а также геронтологии. Эти данные являются важным элементом алгоритма вертеброневрологической диагностики и выбора лечебной тактики, включая нейрохирургическую.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ Целью исследования явилось комплексное изучение передней и задней продольных связок поясничного отдела позвоночного столба, взаимосвязывающее их внешнее строение, фиброархитектонику, деформативно-прочностные свойства с учетом размерных характеристик тел поясничных позвонков, межпозвоночных дисков и антропометрических параметров.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Изучить длину, ширину и толщину передней и задней продольных связок поясничного отдела позвоночного столба у людей различного пола и возраста.

2. Определить деформативно-прочностные свойства передней и задней продольных связок при продольной деформации и их особенности у людей различного возраста в связи с размерными характеристиками тел позвонков и межпозвоночных дисков поясничного отдела позвоночного столба.

3. Изучить закономерности фиброархитектоники ггродольных связок поясш1чного отдела позвоночного столба, связанные с их деформативно-прочностными свойствами.

4. Выявить наличие связи между антропометрическими параметрами и деформативно-прочностными свойствами передней и задней продольных связок, а также размерными характеристиками тел позвонков и межпозвоночных дисков поясничного отдела позвоночного столба.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ Научная новизна исследования состоит в том, что впервые проведено комплексное изучение передней и задней продольных связок поясничного отдела, взаимосвязывающее их внешнее и внутреннее строение у людей различного пола и возраста. Впервые:

1) Получены вариационно-статистические сведения о размерах (длине, ширине, толщине) передней и задней продольных связок и частоте встречаемости вариантов индивидуальной изменчивости их ширины.

2) Выявлена индивидуальная и возрастная изменчивость деформативно-прочностных свойств продольных связок.

3) Установлена связь деформативно-прочностных свойств передней продольной связки и размерных характеристик тел поясничных позвонков, задней продольной связки и размеров поясничных межпозвоночных дисков.

4) Предложены регрессионные уравнения для расчета деформативно-прочностных свойств продольных связок по размерам тел поясничных позвонков, межпозвоночных дисков и наоборот.

5) Выявлена связь деформативно-прочностных свойств продольных связок и антропометрических параметров субъекта.

6) Предложены регрессионные уравнения для определения деформативно-прочностных свойств продольных связок по антропометрическим параметрам субъекта и наоборот.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Результаты исследования могут быть использованы в нейрохирургической и вертеброневрологической клиниках при диагностических и хирургических вмешательствах на позвоночном столбе, например, при дискэктомии, эндоскопических хирургических вмешательствах на поясничном отделе. Материалы диссертации внедрены в учебный процесс кафедры нейрохирургии Саратовского государственного медицинского университета, а также в практическую работу клиники нейрохирургии СарНИИТО и в отдел травмы центральной нервной системы Российского научно-исследовательского нейрохирургического института им. проф. А.Л. Поленова.

Сведения о вариантах размеров тел поясничных позвонков и межпозвоночных дисков представляют интерес для рентгенологии и лучевой диагностики. Данные о деформативно-прочностных свойствах продольных связок и полученные неинвазивными методами исследования (Яо, КТ, ЯМРТ) размеры тел поясничных позвонков и межпозвоночных дисков с учетом их взаимосвязи, могут быть полезными для прогнозирования клинического течения и определения лечебной тактики при различных дегенеративно-дистрофических поражениях позвоночного столба, в частности при крайнем проявлении остеохондроза - грыже межпозвоночного диска.

Результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедр анатомии человека, лучевой диагностики и лучевой терапии, топографической анатомии и оперативной хирургии Саратовского государственного медицинского университета, кафедр анатомии человека медицинского факультета Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева; Ижевской, Ярославской и Амурской государственных медицинских академий, Военно-медицинской академии г. Санкт-Петербурга; Российского, Башкирского и Ростовского государственных медицинских университетов, Дагестанской медицинской академии.

Совокупность полученных результатов и, главным образом, количественные сведения о деформативно-прочностных свойствах связок и их вариабельности представляют интерес для детализации биомеханических и математических моделей позвоночного столба и его связочного аппарата. Материалы диссертации внедрены в научную работу кафедры математической теории упругости и биомеханики механо-математического факультета Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 1. Передняя и задняя продольные связки поясничного отдела позвоночного столба имеют различные размерные характеристики (длину, толщину, ширину), конфигурацию в кранио-сакральном направлении и деформативно-прочностные свойства, которые детерминированы их фиброархитектоникой.

2. Деформативно-прочностные свойства передней и задней продольных связок связаны с размерными характеристиками тел позвонков и межпозвоночных дисков поясничного отдела позвоночного столба.

3. Имеется связь деформативно-прочностных свойств продольных связок с типом телосложения, антропометрическими параметрами и возрастом субъекта.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения работы доложены и обсуждены на 61-ой научной конференции студентов и молодых ученых СГМУ (Саратов, 2000), научно-практической конференции молодых ученых и студентов СГМУ «Молодые ученые - здравоохранению региона» (Саратов, 2001), третьем международном симпозиуме «Современные проблемы нейробиологии» (Саранск, 2001), научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Молодые ученые - здравоохранению региона» (Саратов, 2002), заседании Саратовского отделения Всероссийского общества анатомов, гистологов и эмбриологов (Саратов, 2002), на межкафедральном заседании кафедр анатомии человека, топографической анатомии и оперативной хирургии, патологической анатомии и ЛОР-болезней (Саратов, 2002).

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ. Заявка на изобретение №2002111390 от 29.04.2002г. «Способ неинвазивного определения деформативно-прочностных свойств передней и задней продольных связок поясничного отдела позвоночного столба по размерам тел поясничных позвонков и межпозвоночных дисков»

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация изложена на 186 страницах, содержит . 53 таблицы и 103 рисунка Состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследования, главы собственных исследований, включающей 7 подглав, обсуждения результатов исследования, выводов, списка использованной литературы, содержащего 201 наименование - 131 на русском языке и 70 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалом исследования послужили блоки поясничного отдела позвоночного столба с передними и задними продольными связками 50 трупов людей в возрасте от 36 до 90 лет (мужчин - 28; женщин - 22), умерших от причин, не связанных с онкологическим, туберкулезным поражением или травмой позвоночного столба. Для группировки материала применяли периодизацию, рекомендованную VII научной конференцией по возрастной морфологии, физиологии и биохимии (Москва, 1965) (табл.1).

В соответствии с задачами исследования в нашей работе применены различные методы: антропометрия, описательная анатомия, изучение общей морфологии, макро-микропрепарирование, гистологические, биомеханические и вариационно-статистические.

Изучали следующие антропометрические параметры: рост (см), периметр грудной клетки (см) и длина туловища (яремно-лобковое расстояние, см).

Антропометрия проводилась по В.В. Бунаку (1931) и A.A. Баранову с соавт. (1999). Окружность грудной клетки измеряли наложением сантиметровой ленты спереди по срединногрудинной точке (на средней линии грудины на уровне верхнего края IV ребра); сзади - под углами лопаток. Тип телосложения субъектов определялся по В.Н. Шевкуненко (1926), как отношение длины туловища (яремно-лобкового расстояния) к общей длине тела, выраженное в процентах (Гинзбург В.В., 1963). С помощью штангенциркуля (точность измерения до 0,1 мм) изучали размеры тел позвонков и межпозвоночных дисков: передняя высота, задняя высота, средний сагиттальный диаметр, средняя ширина (Алексеев В.П., 1966).

Таблица 1.

Распределение материала в зависимости от возраста и пола.

ВОЗРАСТНЫЕ ПЕРИОДЫ

ПОЛ Второй период Пожилой Старческий

зрелого возраста возраст возраст

Число наблюдений

Мужчины 11 11 6

Женщины 6 10 6

ВСЕГО 50

Внешнее строение передней продольной связки изучали in situ до и после экстирпации позвоночного комплекса, задней продольной связки - после ламинэктомии экстирпированного позвоночного комплекса Прямую длину продольных связок (от тела L1 до тела L5, см) измеряли жесткой линейкой, дуговую длину (от тела L1 до тела L5 с учетом наличия лордоза в поясничном отделе позвоночного столба, см) - сантиметровой лентой. Точность измерения до 1 мм. Микрометром (точность до 0,01 мм) измеряли толщину образцов связок, взятых для биомеханического исследования. Измерите ширины передней и задней продольных связок поясничного отдела позвоночного столба проводили с помощью штангенциркуля (точность измерения до 0,1 мм). При этом изучали ширину связки в верхней и нижней половинах тела позвонка и на уровне межпозвоночного диска.

Взятые для гистологического изучения образцы связок фиксировали в 10% нейтральном формалине. Затем проводили обезвоживание и заливку в парафин (Меркулов Г.А., 1969). Срезы, толщиной до 10 мкм, изготавливали на санном микротоме. Для изучения фиброархигектоники передней и задней продольных связок проводили гистологическую окраску продольных и поперечных срезов гематоксилином-эозином, по Ван-Гизон, по Унну-Тенцеру. На окрашенных гистологических препаратах изучали общую архитектонику волокнистых соединительнотканных структур передней и задней продольных связок. В работе использовался микроскоп БИОЛАМ (для определения толщины коллагеновых волокон применялся объектив 20х, эластических - 40х).

Измеряли толщину пучков коллагеновых волокон, рассчитывали для них коэффициент извилистости по А.К. Макарову (1968) - отношение амплитуды к периоду колебания волн коллагеновых волокон, выраженное в %.

Исследование деформативно-прочностных свойств продольных связок поясничного отдела позвоночного столба проводили не позднее 24 часов после наступления смерти, что соответствует требованиям, предъявляемым к такого рода исследованиям (Иоффе И.Л., Черномашенцев А.Н., Ярцев Ю.А., 1971; Калмин О.В., 1993; Николенко В.Н., 1984, 1997). Образцы стандартных размеров (длина 20 мм), иссеченные из передней и задней продольных связок поясничного отдела, растягивали в продольном (кранио - сакральном) направлении до момента полного разрыва на разрывной машине «Р 2005» (Россия) со скоростью 30 мм/мин. Проводили графическую регистрацию зависимости «нагрузка-деформация». По принятым в биомеханике методикам определяли прочность, растяжимость и модуль упругости передней и задней продольных связок поясничного отдела позвоночного столба (Иоффе И.Л., Черномашенцев А.Н., Ярцев Ю.А., 1971; Обысов A.C., 1971; Круглый М.М., Ярцев Ю.А., 1981; Образцов И.Ф. и др., 1988; Кабардин О.Ф., 1991; Николенко В.Н., 1997).

Полученные морфометрические данные обрабатывали вариационно-статистическими методами. Для всех изучавшихся параметров определяли среднюю арифметическую (М), среднее квадратическое отклонение (ст), ошибку средней арифметической (т), коэффициент вариации (CV). Достоверность различий между рядами вариант определяли путем расчета критерия Стьюдента (Автандилов Г.Г., 1990). При этом различия считали достоверными при 95%-ом пороге вероятности (Р<0,05). Полученные морфометрические и биомеханические данные обрабатывали также с помощью корреляционного и регрессионного анализов (Лакин Г.Ф., 1990). Математические расчеты проводили на ПЭВМ «Intel Pentium П».

Документацию исследования осуществляли протоколированием, графической записью диаграммы растяжения, фотографированием макроскопических и гистологических препаратов. Фотосъемку макроскопических препаратов осуществляли с помощью «Zenit Е», гистологических препаратов с помощью микроскопа «Люмам ИЗ» (объектив 20х или 40х, окуляр 15х). Гистологические препараты изготавливали в отделе морфологии СарНИИТО (зав. отделом. канд.мед.наук. Н.М. Овчинникова).

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Известно, что в большом проценте случаев заболевания и повреждения позвоночного столба, его костных, хрящевых и фиброзных структур, приводят к стойкой потере трудоспособности в самом активном возрасте. В связи с этим, морфология и деформативно-прочностные свойства этих структур и, в частности, передней и задней продольных связок, представляют интерес для невропатологии, нейроортопедии, нейрохирургии и травматологии, так как в

клинической практике они нередко являются объектами различных оперативных вмешательств.

В поясничном отделе позвоночного столба передняя продольная связка толще задней более чем в 2 раза и шире более чем в 4 раза, а прямая и дуговая длина передней связки больше задней на 16,1 мм (10,1%) и 18,6 мм (11,2%) соответственно. За счет истончения кнаружи передняя продольная связка не имеет четких границ краев. В поясничном отделе она имеет многочисленные продольные щели, что подтверждают наблюдения А.И. Борисевич (1968).

Передняя продольная связка в поясничном отделе позвоночного столба статистически достоверно постепенно расширяется в кранио-сакральном направлении от 33,5±0,8 мм на уровне Ы до 37,5±0,1 мм на уровне Ь5, а задняя сужается от 9,0±0,1 мм на уровне Ы до 4,9±0,03 мм на уровне Ь5. Таким образом, передняя и задняя продольные связки не только являются функциональными антагонистами, но и имеют противоположный характер конфигурации в кранио-сакральном направлении.

В работе впервые получены количественные данные о ширине продольных связок на уровне всех тел поясничных позвонков и межпозвоночных дисков, которые отсутствуют в изученной нами литературе, но имеют крайне важное практическое значение для нейрохирургических и ортопедических вмешательств на позвоночном столбе, включая эндоскопические операции. Наши результаты подтверждают описательные данные литературы о том, что обе продольные связки шире на уровне межпозвоночных дисков и уже на уровне тел позвонков.

Характер прикрепления продольных связок к телам и дискам позвоночного столба различен. Так, передняя продольная связка плотно соединена с телами позвонков и рыхло с межпозвоночными дисками (Клионер И.Л., 1962; Цивьян Я.Л., 1971; Юмашев Г.С., Фурман М.Е.,1973). Случаи свободного перекидавшим связки через межпозвоночные диски, которые описывают Н.С. Косинская (1961) и Я.Л. Цивьян (1971), нами отмечены не были. Задняя продольная связка, наоборот, плотно соединена с межпозвоночными дисками и рыхло с телами позвонков, что согласует наши данные с литературными (Клионер И.Л., 1962; Цивьян Я.Л., 1971; Юмашев Г.С., Фурман М.Е., 1973).

Для практической медицины является важной информация о частоте изменчивости размеров продольных связок. Результаты наших исследований выявили большую индивидуальную изменчивость ширины связок. В зависимости от этого размера были выделены узкие и широкие продольные связки как на уровне верхней и нижней половины тел позвонков, так и на уровне межпозвоночных дисков. При этом крайние варианты ширины передней продольной связки чаще наблюдаются у верхних позвонков и межпозвоночных дисков поясничного отдела и реже у нижних, то есть их частота уменьшается в кранио-сакральном направлении от Ы к Ь5. Крайние формы ширины задней продольной связки чаще наблюдаются у тел ЬЗ и межпозвоночных дисков Ь2 - ЬЗ, а также у тел Ь2 и межпозвоночных дисков Ы - 12, Ь2 - ЬЗ. Затем в кранио-сакральном направлении формируется

тенденция к уменьшению частоты встречаемости крайних вариантов, достигая наименьшей встречаемости у тела Ь5 и межпозвоночного диска Ь4 - Ь5.

Важно отметить, что крайние варианты ширины продольных связок имеют различные деформативно-прочносгные свойства. Статистически достоверно широкие передние продольные связки обладают большим пределом прочности, а широкие задние - являются менее растяжимыми по сравнению с узкими. Большая амплитуда сгибания по сравнению с амплитудой разгибания поясничного отдела позвоночного столба приводит к биомеханически детерминируемой большей растяжимости задней продольной связки. Это, как мы полагаем, функционально выражается в ее сужении в поясничном отделе от Ы к Ь5.

Статистически достоверных половых различий между размерными характеристиками передней и задней продольных связок не выявлены, и это согласуется с данными литературы. С возрастом у обеих связок уменьшается как прямая, так и дуговая длина.

По своей структуре обе продольные связки относятся к плотной соединительной ткани с явным преобладанием волокнистых структур над клеточными элементами и межуточным веществом. Среди волокнистых структур основная масса в обеих связках принадлежит коллагеновым волокнам, именно это дает основание относить продольные связки к коллагеновым (Усков Б., 1964; Попелянский Я.Ю., 1974). Передняя продольная связка структурно сформирована из продольно ориентированных и компактно расположенных коллагеновых волокон, обладающих характерной извилистостью, в отличие от задней продольной связки, часть волокон которой нередко располагается в косом направлении. Толщина коллагеновых волокон в передней продольной связке составляет 5,7±0,2 мкм, в задней - 5,3±0,1 мкм. Эластические волокна обеих связок гораздо тоньше коллагеновых: в передней более чем в 8,6 раз и в задней - в 7,5 раз. Часть из них образуют сеть, а часть имеет вид извилистых тонких волокон, сопровождающих коллагеновые.

Известно, что ведущую роль в осуществлении биомеханической функции ткани играют коллагеновые волокна, обладающие наибольшей прочностью. При этом коллагеновые волокна обеспечивают прочность, а эластические волокна - эластичность. Количественное отношение и способ взаимодействия эластических и коллагеновых волокон определяют оптимальное соотношение прочностных и упруго-эластических свойств ткани (Серов В.В., Шехтер А.Б., 1981). Так как в обеих продольных связках коллагеновые волокна преобладают над эластическими и имеют значительно большую толщину, эти связки можно охарактеризовать как прочные, но мало эластичные структуры связочного аппарата позвоночного столба. Большие период и амплитуда колебания извилистости, а также высокие коэффициенты извилистости коллагеновых волокон (37,34±1,97% в передней и 35,37±1,42% в задней) продольных связок обуславливают их высокие деформативно-прочностные возможности. При этом на значительные деформативные возможности, связанных с извилистым ходом волокон, образованием ими «запасных складок», указывают многие исследователи (Макаров А.К., 1968; Никитин

В.Н., Перский Э.Э., Утевская JI.A., 1977; Николенко В.Н., 1984, 1997; Schneider D., 1952; Viidik А., 1973). Половые различия фиброархитектоники передней и задней продольных связок нами не выявлены.

С практической точки зрения представляется важным знать не только размерные характеристики продольных связок, но и их биомеханические свойства. В связи с этим в настоящем исследовании проведено изучение деформативно-прочностных свойств передней и задней продольных связок поясничного отдела позвоночного столба и их возрастных изменений. Исследование показало, что передняя продольная связка, по сравнению с задней, характеризуется большей в 2,7 раза абсолютной прочностью и большей на 18% относительной растяжимостью. Так, у передней продольной связки разрывная нагрузка составляет 11,92+0,45 кг (у задней - 4,45+0,25 кг), а относительная деформация - 37,35±1,30% (у задней - 30,57±1,39%). В тоже время, при расчете разрывной нагрузки на 1 мм2 более прочно построенной и способной противостоять большей растягивающей деформации является задняя продольная связка, что детерминируется различиями их фиброархитектоники, величиной и соотношением коллагеновых и эластических волокон. У передней продольной связки предел прочности (0,62+0,03 кг/мм2) и модуль Юнга (0,02±0,001 кг/мм2) соответственно на 33% и 50% меньше, чем у задней (0,92±0,05 кг/мм2 и 0,04+0,003 кг/мм2 соответственно).

В исследовании были выявлены варианты индивидуальной изменчивости деформативно-прочностных свойств связок. В зависимости от максимальной относительной деформации были выделены слабо растяжимые и сильно растяжимые связки. Среди передних продольных связок такие крайние варианты встречались с одинаковой частотой (16%), а среди задних - 18% слабо растяжимых и 10% сильно растяжимых. В зависимости от величины разрывной нагрузки были выделены мало прочные и высоко прочные связки. Среди передних и задних продольных связок такие крашгае варианты встречались одинаково часто (12% и 14% соответственно). По величине предела прочности выделены связки, имеющие низкий и высокий предел прочности. Исходя из этого, среди передних 16% связок имеют низкий предел прочности и всего 4% - высокий (среди задних - 14% и 8% соответственно). Связки с низким пределом прочности встречались гораздо чаще как среди передних, так и среди задних продольных связок. В зависимости от модуля Юнга выделены два крайних варианта изменчивости жесткости - связки с малой и большой жесткостью. Среди передних на долю связок с малой жесткостью приходится 2%, с большой жесткостью - 14% (среди задних - по 14% соответственно).

Мы полагаем, что полученные данные о вариабельности деформативно-прочностных свойств продольных связок могут быть использованы в медицинской биомеханике для оптимизации математических и биомеханических моделей позвоночного столба, в нейровертебрологии и судебной медицине для "ретроспективного" анализа механизма и силы спинномозговой травмы по характеру имеющихся повреждений костных,

хрящевых и фиброзных структур позвоночного столба, а также в интегративной антропологии для пополнения сведений о прочностной анатомии человеческого тела.

С возрастом снижается способность продольных связок поясничного отдела противостоять деформациям. Статистически достоверно нами отмечено снижение величины разрывной нагрузки, выдерживаемой передней продольной связкой и ее предела прочности со второго периода зрелого к старческому возрасту на 28,0% и 34,3% соответственно. При этом волнистые соединительнотканные структуры теряют извилистость, коллагеновые и эластические волокна становятся значительно грубее. Подобные возрастные изменения фиброархитектоники характерны и для других соединительнотканных образований (Обысов А. С., 1971; Сорокин А. П., 1973; Никитин В. Н., Псрский Е. Э., Утевская JI. А., 1977; Серов В. В., Шехтер А. Б., 1981; Николенко В.Н., 1984,1997).

Деформативно-прочностные свойства продольных связок зависят от антропометрических параметров и типа телосложения субъекта. В проведенном исследовании впервые установлено, что задняя продольная связка у субъектов мезоморфного и брахиморфного типов телосложения статистически достоверно выдерживает большую разрывную нагрузку и имеет больший предел прочности по сравнению с таковыми у долихоморфного типа. Рост субъекта и периметр грудной клетки являются основными антропометрическими параметрами, связанными с деформативно-прочностными свойствами передней продольной связки. При увеличении роста субъекта предел прочности и общая прочность связки увеличиваются. Чем больше периметр грудной клетки субъекта, тем разрывная нагрузка, выдерживаемая связкой, также больше. У задней продольной связки основным антропометрическим параметром, связанным с ее деформативно-прочностными свойствами является периметр грудной клетки субъекта. Причем, чем он больше, тем связка растяжимее и имеет больший предел прочности.

В проведенном исследовании впервые предложены уравнения регрессии для расчета деформативно-прочностных свойств передней и задней продольных связок по антропометрическим параметрам:

1. Предел прочности передней продольной связки - 0,00б*рост субъекта-0,29;

2. Разрывная нагрузка передней продольной связки = 0,07*периметр грудной клетки субъекта + 4,61;

3. Разрывная нагрузка передней продольной связки = 0,10*рост субъекта -4,46;

4. Максим, относит, деформ. задней продольной связки = 0,19*периметр грудной клетки субъекта+13,08;

5. Предел прочности задней продольной связки = 0,01 "периметр грудной клетки + 0,30.

С практической точки зрения важно определение деформативно-прочностных свойств связок не только по антропометрическим параметрам, но

и по размерам отдельных структур позвоночного столба, которые можно визуализировать неинвазивными методами исследования. С этой целью были измерены тела позвонков и межпозвоночные диски поясничного отдела и изучена связь этих размеров с деформативно-прочностными свойствами продольных связок. Эти данные могут быта использованы для ренгеноконтрастных, ЯМР-исследований и оперативных вмешательств на поясничном отделе позвоночного столба.

Передняя и задняя высоты тел поясничных позвонков достаточно вариабельны и наибольшие значения соответствуют телу L3 - 23,5±0,3 мм и 23,4±0,2 мм соответственно, то есть L3 является самым высоким позвонком поясничного отдела. Наибольший средний сагиттальный диаметр соответствует телу L4 (35,8+0,2 мм), а наибольшая ширина - телу L5 (49,0±0,1 мм). На основании величин передней и задней высот нами были определены варианты индивидуальной изменчивости тел поясничных позвонков. Выделены позвонки низкие спереди (сзади) и высокие спереди (сзади). Тело L1 позвонка чаще других позвонков имеет низкую переднюю высоту (18%), а L3 и L4 - высокую (16%). Среди позвонков L1 и L4 чаще можно встретить низкие сзади тела (20%), среди L5 - высокие (22%). В зависимости от средней ширины выделены узкие и широкие тела позвонков, среднего сагиттального диаметра - короткие и длинные. При этом короткие тела наиболее часто встречались среди L5 (18%), длинные - среди L2 (18%), узкие и широкие -среди L5 (26% и 24% соответственно).

У крайних вариантов размеров тел поясничных позвонков были определены деформативно-прочностные свойства передних продольных связок. Статистически достоверно показано, что у высоких спереди тел L3 передняя продольная связка выдерживает большую разрывную нагрузку, а у высоких спереди тел L4 предел прочности и разрывная нагрузка связки больше, чем у низких.

Статистически значимая корреляция наблюдается между высотами тел поясничных позвонков и деформативно-прочностными свойствами передней продольной связки. Средняя ширина, средний сагиттальный диаметр и деформативно-прочностные свойства связки корреляционно связаны слабо.

Регрессионный анализ показал, что чем выше задняя высота тела L1, тем растяжимее передняя продольная связка Чем выше передние высоты тел L2, L3 и L4, тем связка выдерживает большую разрывную нагрузку, то есть является более прочной.

Впервые предложены уравнения прямолинейной регрессии для расчета деформативно-прочностных свойств передней продольной связки по размерам тел поясничных позвонков:

1. Максимальная относительная деформация связки = 1,12*задняя высота телаЫ + 14,82;

2. Разрывная нагрузка связки = 0,30*передняя высота тела L2 + 4,87;

3. Разрывная нагрузка связки = 0,57* передняя высота тела L3 - 1,51;

4. Разрывная нагрузка связки = 0,70* передняя высота тела L4 - 4,39.

Так как задняя продольная связка более прочно соединена с межпозвоночными дисками, чем с телами позвонков, то мы определяли связь деформативно-прочностных свойств связки с размерными характеристиками поясничных межпозвоночных дисков. Установлено, что передняя и задняя высота межпозвоночных дисков в кранио-сакральном направлении статистически достоверно увеличивается на 3,2 мм (18,8%) и на 2,1 мм (14,4%) соответственно. При этом наибольшими передней и задней высотами обладает межпозвоночный диск Ь4 - Ь5 (17,0±0,3 мм и 14,6±0,2 мм соответственно).

Передней и задней высотам поясничных межпозвоночных дисков свойственна большая индивидуальная изменчивость. Были выделены крайние варианты дисков: низкие и высокие спереди, низкие и высокие сзади межпозвоночные диски. Чаще других низкие спереди межпозвоночные диски встречались среди Ь2-Ь3 (16%), а среди Ь2-Ь3 и Ь4-Ь5 (16%) - высокие спереди. Низкие сзади межпозвоночные диски чаще встречались среди Ь4-Ь5 (30%), высокие сзади - среди Ь3-Ь4 (18%).

В поясничном отделе в кранио-сакральном направлении увеличиваются средний сагиттальный диаметр и средняя ширина межпозвоночных дисков, достигая наибольших размеров у Ь4 - Ь5 (40,1+0,3 мм и 57,9±0,6 мм соответственно). На основании размеров средних сагиттальных диаметров выделены короткие и длинные, на основании средней ширины - узкие и широкие межпозвоночные диски. Короткие межпозвоночные диски чаще других наблюдались среди Ь2-Ь3 (18%), длинные - среди Ь4-Ь5 (22%); узкие -среди Ь3-Ь4 и Ь4-Ь5 (18%), широкие - среди дисков Ь4-Ь5 (24%). Таким образом, все изученные размеры поясничных межпозвоночных дисков статистически достоверно увеличиваются в кранио-сакральном направлении. Межпозвоночный диск 1А - Ь5 является самым высоким, широким и длинным, что подтверждает данные литературы о его наибольшей массивности (Борисевич А.И. с соавт., 1979).

Варианты индивидуальной изменчивости поясничных межпозвоночных дисков были определены для выявления различий деформативно-прочностных свойств задней продольной связки. Статистически достоверно у высоких сзади дисков Ь1-Ь2 и Ь2-Ь3 задние продольные связки имеют большую разрывную нагрузку и предел прочности по сравнению с низкими. Кроме того, высокие спереди межпозвоночные диски Ь2-Ь3 имеют более прочные связки. У длинных межпозвоночных дисков Ь2-Ь3 задняя продольная связка обладает большим пределом прочности, чем у коротких. Статистически достоверно у высоких спереди дисков Ь3-Ь4 выше разрывная нагрузка задней продольной связки, чем у низких; у длинных Ь4-Ь5 - больше предел прочности по сравнению с короткими.

Разрывная нагрузка задней продольной связки положительно коррелирует с передней высотой межпозвоночных дисков 1Л - Ь2, Ь2 - ЬЗ, ЬЗ - Ь4, а также задней высотой межпозвоночных дисков Ы - Ь2 и Ь2 - ЬЗ. Предел прочности связки статистически достоверно положительно взаимосвязан с передней и задней высотами межпозвоночного диска Ы - Ь2. Регрессионный анализ показал, что с увеличением передней и задней высот межпозвоночного

диска Ы-Ь2 разрывная нагрузка, выдерживаемая задней продольной связкой, и ее предел прочности увеличиваются. С увеличением передней и задней высот межпозвоночного диска Ь2-Ь3 и передней высоты межпозвоночного диска Ь3-Ь4 наблюдается увеличение разрывной нагрузки, то есть связка становится прочнее. Предел прочности и модуль Юнга задней продольной связки увеличиваются при увеличении среднего сагиттального диаметра межпозвоночного диска Ь2-Ь3, а с увеличением средней ширины межпозвоночного диска Ь2-Ь3 наблюдается увеличение модуля Юнга связки.

Впервые составлены уравнения регрессии для определения деформативно-прочностных свойств задней продольной связки по размерам поясничных межпозвоночных дисков:

1. Разрывная нагрузка связки = 0,24*передняя высота межпозвоночного диска 1Л-Ь2 + 1,16;

2. Предел прочности связки = 0,05*передняя высота межпозвоночного диска Ь1-Ь2 + 0,24;

3. Разрывная нагрузка связки = 0,32* задняя высота межпозвоночного диска 1,1-12 + 0,40;

4. Предел прочности связки .= 0,06*задняя высота межпозвоночного диска Ь1-Ь2 + 0,22;

5. Разрывная нагрузка связки = 0,29*передняя высота межпозвоночного диска Ь2-Ь3 + 0,05;

6. Разрывная нагрузка связки = 0,36*задняя высота межпозвоночного диска Ь2-Ь3 - 0,36;

7. Разрывная нагрузка связки = 0,25*передняя высота межпозвоночного диска Ь3-Ь4 + 0,26;

8. Предел прочности связки = 0,05*средний сагиттальный диаметр межпозвоночного диска Ь2-Ь3— 0,91;

9. Модуль Юнга связки = 0,002*средний сагиттальный диаметр межпозвоночного диска Ь2-Ь3 - 0,05;

Ю.Модуль Юнга связки = 0,002*средняя ширина межпозвоночного диска Ь2-ЬЗ-0,06.

Имеется статистически значимая корреляция между размерными характеристиками тел поясничных позвонков, межпозвоночных дисков и антропометрическими параметрами. При увеличении антропометрических параметров увеличиваются размеры тел поясничных позвонков и межпозвоночных дисков, кроме задней высоты тел ЬЗ и Ь4 позвонков, которые уменьшаются. В работе получены уравнения регрессии для расчета размеров тел поясничных позвонков и межпозвоночных дисков по антропометрическим параметрам и наоборот.

Совокупность полученных результатов позволяет предположить важную роль продольных связок в течение дегенеративно-дистрофического процесса -грыжи межпозвоночного диска поясничного отдела (более частые дорсальные и дорсолатеральные грыжи по сравнению с вентральными):

а) размеры продольных связок сильно отличаются с преобладанием ширины и толщины передней, что препятствует вентральному выпячиванию дегенеративно измененного диска;

б) отличается и способ прикрепления связок: передняя - к телам позвонков, задняя - к межпозвоночным дискам, в связи с чем, задняя продольная связка вовлекается в патологический процесс грыжей диска и нередко под ее влиянием разрывается;

в) различаются деформативно-прочностные свойства связок: передняя продольная связка имеет большую общую прочность, а задняя - является более жесткой;

г) продольная конфигурация связок в кранио-сакральном направлении носит противоположный характер: передняя связка расширяется, задняя -сужается, тем самым она не может обеспечить сопротивление протрузии диска. Сужение задней продольной связки имеет функциональное подтверждение - статистически достоверно узкая связка является более растяжимой по сравнению с широкой, что необходимо в связи с преобладанием амплитуды сгибания над амплитудой разгибания поясничного отдела позвоночного столба человека.

Таким образом, составляя алгоритм лечебной тактики при патологических изменениях поясшгчного отдела, необходимо учитывать особенности строения и деформативно-прочностных свойств передней и задней продольных связок, а также большую индивидуальную изменчивость размеров, деформативно-прочностных свойств связок, их связь с антропометрическими параметрами и размерными характеристиками тел позвонков, межпозвоночных дисков.

ВЫВОДЫ

1. В поясничном отделе позвоночного столба передняя продольная связка толще задней более чем в 2 раза и шире более чем в 4 раза. В кранио-сакральном направлении связки обладают противоположным характером конфигурации - передняя продольная связка расширяется, задняя - сужается., причем обе связки шире на уровне межпозвоночных дисков и уже на уровне тел поясничных позвонков. Прямая и дуговая длина передней продольной связки преобладают над таковыми задней. Статистически достоверные различия размерных характеристик продольных связок у мужчин и женщин не выявлены. С возрастом наблюдается уменьшение прямой и дуговой длины обеих связок.

2. В продольных связках коллагеновые волокна преобладают над всеми другими элементами, имеют продольную ориентацию и специфическую извилистость. Их толщина в передней продольной связке составляет 5,7±0,2 мкм, в задней - 5,3±0,1 мкм. Эластические волокна связок гораздо тоньше коллагеновых - в передней более чем в 8,6 раз и в задней в 7,5 раз. Большие период и амплитуда извилистости, а также высокие коэффициенты извилистости коллагеновых волокон (37,34±1,97% в передней и 35,37±1,42% в задней) продольных связок обуславливают их высокие деформативно-прочностные возможности.

3. Максимальная относительная деформация и разрывная нагрузка больше у передней, чем у задней продольной связки на 18,2% и более чем в 2,7 раза соответственно. Предел прочности и модуль Юнга, наоборот, больше у задней продольной связки соответственно на 33% и 0,02 кг/мм2, то есть в 2 раза. С возрастом обе продольные связки становятся менее растяжимыми, прочными и выдерживают меньшую разрывную нагрузку. Статистически достоверные различия отмечены между разрывной нагрузкой и пределом прочности передней продольной связки, которая с возрастом становится менее прочной.

4. Основная взаимосвязь наблюдается между деформативно-прочностными свойствами передней продольной связки и высотами тел поясничных позвонков. С увеличением задней высоты тела Ы связка становится более растяжимой. Чем выше передние высоты тел Ь2, ЬЗ и Ь4, тем связка выдерживает большую разрывную нагрузку, являясь более прочной.

5. Размерные характеристики поясничных межпозвоночных дисков и деформативно-прочностные свойства задней продольной связки взаимосвязаны. С увеличением высот (передней и задней) межпозвоночного диска Ь1-Ь2 увеличиваются разрывная нагрузка, выдерживаемая связкой, и ее предел прочности; при увеличении высот (передней и задней) межпозвоночного диска Ь2-Ь3 и передней высоты межпозвоночного диска ЬЗ-Ь4 становится выше разрывная нагрузка связки. Чем больше средний сагиттальный диаметр межпозвоночного диска Ь2-Ь3, тем больше предел прочности и модуль Юнга задней продольной связки, а с увеличением средней ширины диска Ь2-Ь3 увеличивается её модуль Юнга.

6. Выявлена связь между типом телосложения субъекта и деформативно-прочностными свойствами связок. Статистически достоверно задняя продольная связка у субъектов мезоморфного и брахиморфного типов телосложения выдерживает большую разрывную нагрузку и имеет больший предел прочности по сравнению с долихоморфным типом, являясь более прочной.

7. Основные атропометрические параметры, статистически достоверно взаимосвязанные с деформативно-прочностными свойствами передней продольной связки - периметр грудной клетки и рост субъекта. Чем больше рост и периметр грудной клетки субъекта, тем выше разрывная нагрузка, выдерживаемая передней - продольной связки. С увеличением роста увеличивается ей предел прочности. У задней продольной связки основным антропометрическим параметром, связанным с ее деформативно-прочностными свойствами является периметр грудной клетки субъекта Чем он больше, тем связка растяжимее и обладает большим пределом прочности.

8. Чем выше рост субъекта, тем выше спереди и ниже сзади тело ЬЗ позвонка, выше сзади тело Ы позвонка и межпозвоночный диск Ь3-Ь4, длиннее диски Ь1-Ь2, Ь2-Ь3 и тела Ь2, ЬЗ и Ь5 позвонков, шире тела Ь2, ЬЗ позвонков и межпозвоночные диски Ь1-Ь2. С увеличением периметра грудной клетки субъекта тела ЬЗ и Ь4 позвонков ниже сзади, длиннее тело ЬЗ позвонка, шире тела Ь2, ЬЗ позвонков и межпозвоночные диски Ь1-Ь2, шире

межпозвоночные диски Ь3-Ь4. Чем больше длина туловища субъекта, тем тело ЬЗ позвонка ниже сзади и длиннее тела ЬЗ и Ь5 позвонков.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты исследования могут быть использованы в учебном процессе медицинских ВУЗов при изучении связочного аппарата позвоночного столба на кафедрах нормальной анатомии, топографической анатомии и оперативной хирургии, гистологии, нейрохирургии, травматологии, при конструировании и детализации математических моделей позвоночного столба, а также в практическом здравоохранении при проведении диагностических и хирургических вмешательствах на поясничном отделе позвоночного столба, в частности при грыжах межпозвоночных дисков.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

¡.Биомеханические свойства продольных связок поясничного отдела позвоночного столба в норме, как элемент алгоритма ортопедической нейрохирургии // Тез. докл. 61-ой научной конференции молодых ученых и студентов СГМУ. - Саратов, 2000. - С. 162. (соавт. Д.А. Фокин)

2. Сопряженность деформативно-прочностных свойств передней и задней продольных связок поясничного отдела позвоночного столба человека // Мат. научно-практической конференции молодых ученых и студентов СГМУ «Молодые ученые-здравоохранению региона».- Саратов, 2001. - С.73.

3. Деформативно-прочностные свойства продольных связок поясничного отдела позвоночного столба взрослых людей // Мат. научно-практической конференции молодых ученых и студентов СГМУ «Молодые ученые -здравоохранению региона». - Саратов, 2001. - С.74.

4. Антропометрические характеристики и деформативно-прочностные свойства продольных связок поясничного отдела позвоночного столба взрослых людей // Мат. научно-практической конференции молодых ученых и студентов СГМУ «Молодые ученые - здравоохранению региона». - Саратов, 2001.-С.73-74.

5. Сопряженность механических свойств передней и задней продольных связок поясничного отдела позвоночного столба человека // Межвузовский сборник научных работ «Актуальные проблемы патологической анатомии и судебной медицины». - Саратов, 2001. - С.33-35. (соавт. В.Н. Николенко)

6. Корреляциошше взаимоотношения деформативно-прочностных свойств продольных связок поясничного отдела позвоночного столба и размерных характеристик тел поясничных позвонков человека // Труды 2-го Всероссийского симпозиума «Морфологические и экологические проблемы пульмонологии». - Саратов, 2001.- С.30-31.

7. Биомеханические свойства продольных связок поясничного отдела позвоночного столба человека в связи с изменчивостью размеров поясничных позвонков // Современные проблемы нейробиологии. Исследования

висцеральных систем и их регуляции в возрастном аспекте: Третий международный симпозиум. Тез. докл. - Саранск, 2001. - С. 120-121. (соавт. В.Н. Николенко)

8. Деформативно-прочностные свойства продольных связок поясничного отдела позвоночного столба в зависимости от типов телосложения // Морфология. Материалы VI конгресса Международной ассоциации морфологов (АГЭ). - СПб, 2002. (соавт. В.Н. Николенко, Т.М. Загоровская) (принята в печать)

9. Продольные связки поясничного отдела позвоночного столба: различия размерных характеристик, конфигурация и варианты изменчивости ширины // Российские морфологические ведомости. - 2002. - №1-2. - С. 25-28. (соавт. В.Н. Николенко)

10. Варианты изменчивости деформативно-прочностных свойств продольных связок поясничного отдела позвоночного столба // Российские морфологические ведомости. - 2002. - №1-2. - С.40-42. (соавт. В.Н. 11иколенко, A.M. Соловьев)

11. Возрастные изменения размерных характеристик передней продольной связки поясничного отдела позвоночного столба взрослых людей // Мат. научно-практической конференции молодых ученых и студентов СГМУ «Молодые ученые - здравоохранению региона». - Саратов, 2002. (принята в печать)

12. Внешнее строение и размерные характеристики передней и задней продольных связок поясничного отдела позвоночного столба взрослых людей // Мат. научно-практической конференции молодых ученых и студентов СГМУ «Молодые ученые - здравоохранению региона». - Саратов, 2002. (принята в печать)

Заявка на изобретение №2002111390 от 29.04.2002г. «Способ неинвазивного определения деформативно-прочностных свойств передней и задней продольных связок поясничного отдела позвоночного столба по размерам тел поясничных позвонков и межпозвоночных дисков», (соавт. Николенко В.Н., Фокин Д.А., Фокин А.И.)