Грыжа межпозвонкового диска – это локальное выпячивание межпозвонкового диска за пределы его анатомических границ, занимающее не более 50% его окружности. Выпячивание, занимающее более 50% окружности, грыжей диска не является, а носит название bulging disc (выпуклый диск, выпячивающийся диск, выбухающий диск, выбухание диска).
Анатомические границы диска представлены верхней, нижней, передней, боковой и задней границами. Диск имеет форму, близкую к овалу, высота которого в среднем составляет 1/3 высоты примыкающего тела позвонка в поясничном отделе, 1/ 4 – в шейном и 1/5 – в грудном. У данного овала передняя, задняя и боковые границы совпадают с наружными границами прилегающих тел позвонков, а верхняя и нижняя границы ограничиваются плоскостью самих тел.
Составными структурными компонентами диска являются пульпозное ядро и фиброзное кольцо.
Пульпозное ядро – это внутренняя часть (сердцевина) диска. По консистенции представляет собой бессосудистое студенистое (желеобразное) образование. Основная функция пульпозного ядра – это обеспечение амортизации позвоночного столба. Все люди живут в условиях гравитации – земного притяжения. На любого человека постоянно действует вертикальная сила притягивающая его к земной поверхности, пропорциональная массе тела человека. Иными словами, чем больше вес человека тем больше его придавливает к земле. Если бы у нас не было пульпозных ядер в межпозвонковых дисках, позвоночник бы просто сплющился. А пульпозные ядра дисков принимают на себя это вертикальное давление преобразуя его в радиальные, то есть расходящиеся в стороны, действующие силы. Образно этот механизм можно представить в виде луча, пытающегося придавить позвоночник к земле, но разлетающегося на множество мелких лучиков на уровне каждого межпозвонкового диска. Таким образом происходит гашение силы вертикального давления на позвоночный столб.
Фиброзное кольцо – это наружная часть (оболочка) диска. По консистенции представляет собой хрящ, состоящий из крестообразно пересекающихся волокон. Фиброзное кольцо диска нужно для того, чтобы принимать на себя то вертикальное давление, возникающее в результате действия сил гравитации, которое пульпозное ядро преобразует в горизонтально направленное давление, расходящееся равномерно по всей окружности диска.
Для понимания роли внутридискового давления при формировании грыжи диска, следует детально рассмотреть одну из ключевых функций диска, а именно статическую функцию – амортизацию.
Как уже было упомянуто выше, всех людей с определенной силой притягивает к земле, то есть на позвоночник, как основной орган опоры, действует сила, которая пытается сжимать его сверху вниз. Этой силе противодействует работа дисков, вбирающих в себя через пульпозное ядро это давление и отводящих его в горизонтальном направлении равномерно во все стороны, в результате чего сдавливающие усилия гасятся. Такой эффективный механизм был бы бесполезен, если бы диски, проделывая ежедневно такую важную работу, не сохраняли бы постоянство своей высоты. Поэтому, мало чтобы давление было разведено в стороны, должна быть какая-то структура, которая смогла бы вобрать это давление в себя погасив его. Этим и занимается фиброзное кольцо. Его способность постоянно противостоять немалому давлению обусловлена его строением, а именно тем, что оно состоит из множества плотных волокон, крестообразно пересекающихся в различных плоскостях.
Способность диска амортизировать и поддерживать постоянство своей высоты очень важно, посколькупозвоночник, являясь органом опоры, является еще и органом защиты. Иннервация всех структур тела, за исключением черепа, осуществляется через позвоночник. Именно там, будучи спрятанным в позвоночном канале, залегает спинной мозг, который дает начало всем периферическим нервным структурам. Отдельные позвонки, соединяясь между собой, формируют позвоночный канал, который состоит из костных структур и связок. Он надежно защищает спинной мозг и отходящие от него корешки, которые выйдя из мозга направляются в боковые отделы канала и выходят из него через межпозвонковые отверстия. Высота этих отверстий как раз и зависит от высоты межпозвонкового диска. Чем ниже диск, тем меньше размер отверстия. Поэтому если диск начинает постепенно проседать, уменьшается и высота (вертикальный размер) межпозвонкового отверстия, что может приводить к травматизации нервного корешка.
Таким образом,способность позвоночника противостоять силам гравитации за счет его амортизационной функции является чрезвычайно важной, поскольку это обеспечивает сохранность нервных корешков и стабильность иннервации всех структур тела.
Также диски, сохраняя определенную степень высоты и эластичности, способны смягчать удары, передающиеся на тела позвонков при беге, ходьбе, прыжках.
Следует отметить, что внутридисковое давление, то есть горизонтальное давление, оказываемое пульпозным ядром на фиброзное кольцо никогда не бывает нулевым. Пульпозное ядро, будучи структурой гидрофильной (содержащей много жидкости), практически несжимаемо, поэтому любое давление, которое пытается сжать пульпозное ядро, неминуемо передается по всей окружности диска на фиброзное кольцо. Фиброзное кольцо за счет своей мощи и переплетающегося направления волокон поглощает и разряжает эту энергию. При этом оно способно несколько растягиваться, а затем восстанавливать свое исходное состояние. Данное свойство обусловлено эластичностью волокон, то есть способностью волокон восстанавливать исходную длину после растяжения. Фиброзное кольцо, являющееся по сути дела мощной связочной структурой, окружающие мышцы и связки имеют определенный базовый тонус, за счет чего пульпозное ядро испытывает некоторые сдавливающие воздействия даже в горизонтальном положении, когда позвоночник не испытывает вертикальной осевой нагрузки за счет сил гравитации. Это формирует противоположно действующую силу, оказывающую давление на фиброзное кольцо и тела примыкающих позвонков. Как правило, при хорошем состоянии диска и достаточном его тургоре, давление оказываемое пульпозным ядром на фиброзное кольцо и тела позвонков в горизонтальном положении несколько выше, давления, оказываемого мышцами, фиброзным кольцом и связочным аппаратом в противоположном направлении, что может приводить к некоторому (иногда более чем на 2 см) удлинению позвоночного столба после пребывания в течении нескольких часов в горизонтальном положении.
На сегодняшний день научно доказано, что внутридисковое давление в нижнепоясничных дисках выражено минимально в положении лежа (в среднем 3,5 кг/см2), несколько больше стоя (в среднем 6 кг/см2), еще выше сидя (в среднем 10 кг/см2), что соответствует осевой вертикальной нагрузке на диск в 35 кг, 60 кг и 100 кг соответственно. То есть, если представить на минуту, что когда мы сидим внизу поясницы создается нагрузка как будто бы на каждый диск положили 2 мешка цемента, понятным становится почему люди сидячего труда так часто страдают болью в спине. Следует отметить, что шейный отдел при воздействии сил гравитации подвергается меньшим нагрузкам по сравнению с поясничным отделом позвоночника. Однако из-за меньших размеров дисков и меньшего значения пропорции высота диска / высота тела позвонка в шейном отделе позвоночника, диски данного отдела испытывают даже большую нагрузку на 1 см2 по сравнению с дисками поясничного отдела. Вследствие этого дистрофические поражения дисков данного отдела встречаются столь же часто.
Еще в большей степени диски оказываются перегруженными при подъеме тяжестей из положения наклона вперед. Так, при подъеме груза 15 кг и наклоне туловища 20° на нижнепоясничные диски действует давление 200 кг, а при увеличении угла наклона до 70° − 300 кг. Если же человек поднимает груз 50 кг, то при угле наклона 20° действует нагрузка 300 кг, а при наклоне 70° − почти 500 кг. Следует отметить, что 500 кг является той нагрузкой, которая может разорвать фиброзное кольцо здорового диска.
С возрастом, а также при локальных перегрузках, эластичность волокон фиброзного кольца уменьшается и под воздействием нагрузок, вызывающих повышение внутридискового давления, они растягиваются, не восстанавливая уже свою исходную длину. Постепенно из-за перерастяжения в них могут происходить надрывы, вплоть до полного разрыва. Установлено, что для разрыва диска при остеохондрозе может быть достаточно осевой нагрузки в 200 кг, а такое усилие, как уже писалось ранее, можно получить при подъеме груза весом всего 15 кг из состояния небольшого (20°) наклона.
Таким образом, как показывает наука и практика, формированию грыжи диска, обязательным условием которой является наличие надрывов фиброзного кольца обычно предшествует остеохондроз, смысл которого заключается в обезвоживании (дегидратации) пульпозного ядра и растяжении волокон фиброзного кольца. Растяжение и снижение эластичности волокон фиброзного кольца делает их малоустойчивыми к давлению и склонными к надрывам, а обезвоживание пульпозного ядра уменьшает внутридисковый объем, что сближает тела соседних позвонков, усиливая сжатие фиброзного кольца и приводя к его выбуханию. При этом тела позвонков начинают контактировать друг с другом через более плотную прокладку (обезвоженный диск), что дополнительно приводит к их травматизации. Ответом на травматизацию является попытка смежных с диском позвонков защититься путем уплотнения их замыкательных пластин (участков, которыми позвонки прилежат к диску). После этого порочный круг замыкается поскольку диффузия, являющаяся основным механизмом питания диска, протекает через уплотненные костные структуры со значительными затруднениями. В результате усугубляется дистрофия пульпозного ядра с последующим более выраженным уменьшением высоты межпозвонкового диска и сжатием фиброзного кольца.
Следует отметить, что основным фактором запускающим развитие остеохондроза являются локальные перегрузки дисков, которые приводят к регулярному повышению внутридискового давления, которое, как уже отмечалось ранее постепенно ослабляет фиброзное кольцо, перерастягивая его волокна. Параллельно с растяжением и ослаблением волокон фиброзного кольца нарушается процесс диффузии, потому что повышенное внутридисковое давление направлено не только в сторону фиброзного кольца, но и в сторону тел позвонков. А известно, что при диффузии жидкости перетекают из области более высокого давления в область более низкого давления. Если давление в диске регулярно повышено, например при сидячей работе или подъеме тяжестей, процесс диффузии нарушается, повышенное внутридисковое давление просто не дает влаге и питательным веществам свободно перемещаться в диск.
Как уже отмечалось, для запуска процесса дистрофии диска необходимо регулярное повышение внутридискового давления. Факторы его вызывающие можно разделить на внешние (экзогенные) и внутренние (эндогенные). К внешним в наибольшей степени относятся сидячая работа и другие регулярные статические нагрузки. Уменьшить их негативное влияние возможно только коррекцией образа жизни и формированием правильного двигательного стереотипа, что главным образом зависит от усилий и сознательного отношения самого пациента. К внутренним факторам относят различного рода изменения положений позвонков в виде функциональных блоков (локальное нарушение положения позвонков, сопровождающееся ограничением их подвижности), изменений степени выраженности существующих в норме или формирование нетипичных изгибов позвоночника (гиперлордозы, гиперкифозы, сглаживание лордозов и кифозов, сколиозы).
Таким образом, для начала формирования грыжи диска требуется предварительное ослабление фиброзного кольца с появлением в нем надрывов волокон. Поскольку грыжа − процесс локальный, чаще всего располагающийся в задних отделах диска, для ее формирования мало наличия повышения внутридискового давления, нужно чтобы повышенное давление действовало ассиметрично. В противном случае вместо формирование грыжи, у людей чаще бы развивалось состояние упомянутое выше – bulging disc (выпуклый диск). Однако грыжи встречаются гораздо чаще. Это связано с тем, что как эндогенные, так и экзогенные факторы, являющиеся причиной формирования остеохондроза, а в последующем и грыжи диска, действуют, как правило, ассиметрично, перегружая задние отделы дисков. Так при сидячей работе почти всегда имеется сглаживание шейного и поясничного лордоза или даже их кифозирование и усиление грудного кифоза, что способствует устремлению внутридискового давления в заднем направлении и перерастяжению волокон задних отделов фиброзного кольца. Если бы данный механизм был единственным, то мы в большинстве бы случаев имели локальные срединные или диффузные грыжи. Однако грыжи чаще всего имеют сторонность и локальный характер виду того, что у подавляющего большинства пациентов присутствует эндогенный фактор повышения внутридискового давления в виде функциональных блоков. Они, в результате создания ассиметричного положения позвонка, способствуют тому что вектор повышенного внутридискового давления имеет определенное направление, перегружая, как правило, не всю заднюю полуокружность диска, а какую-то ее часть. В результате волокна фиброзного кольца в одном из мест перерастягиваются в большей степени, далее в них формируется трещина, которая становится самым слабым местом диска и в нее внедряется пульпозное ядро, выдавливающее в последующем наружные отделы фиброзного кольца за пределы анатомических границ диска. Так формируется первая стадия грыжи диска – протрузия. В последующем разрыв углубляется и фиброзное кольцо разрывается полностью. Часть пульпозное ядра выходит за пределы фиброзного кольца под заднюю продольную связку, которая прикрывает задние отделы диска. Это вторая стадия грыжи диска, носящая название сублигаментарная экструзия. В последующем задняя продольная связка может разрываться и тогда пульпозное ядро выходит за пределы связки. Эта третья стадия грыжи диска, называющаяся транслигаментарная экструзия. Далее, если выпавший фрагмент пульпозного ядра отделяется от его материнской части, грыжа переходит в четвертую стадию – транслигаментарная секвестрация.
Таким образом, схематически причины и механизм появления грыжи диска выглядит следующим образом:
- Повышение внутридискового давления
- Нарушение диффузии питательных веществ и жидкости из тел прилежащих позвонков в диск
- Дегидратация (обезвоживание) пульпозного ядра диска
- Растяжение волокон фиброзного кольца
- Уплотнение замыкательных пластин тел прилежащих к диску позвонков
- Усугубление нарушений диффузии питательных веществ и жидкости из тел прилежащих позвонков в диск
- Усиление дегидратации (обезвоживания) пульпозного ядра диска
- Усиление растяжения волокон фиброзного кольца
- Появление трещин фиброзного кольца
- Уменьшение высоты межпозвонкового диска
- Внедрение части пульпозного ядра в трещину фиброзного кольца и выпячивание последнего − появление протрузии (1-я стадия грыжи диска)
- Полный разрыв фиброзного кольца и выход части пульпозного ядра за пределы фиброзного кольца под заднюю продольную связку − появление сублигаментарной экструзии (2-я стадия грыжи диска)
- Разрыв задней продольной связки и выход части пульпозного ядра за его пределы − появление транслигаментарной экструзии (3-ей стадии грыжи диска)
- Отделение части пульпозного ядра от его материнской части – появление транслигаментарной секвестрации (4-ой стадии грыжи диска)