LA COLONNA VERTEBRALE Lezione 1 A Fondamenti di biomeccanica della colonna vertebrale applicati alla visita medica in azienda
La colonna vertebrale o rachide, è una lunga asta ossea di sostegno, posta sulla mezzeria e sulla parte dorsale del tronco. È composta da una serie di elementi ossei, sovrapposti l uno all altro, le vertebre, che riescono al contempo a definire un sistema mobile, flessibile e deformante ma anche solido, stabile e dotato di una certa rigidità. Il rachide viene suddiviso dall alto verso il basso, in quattro regioni: cervicale, costituito da 7 vertebre; dorsale, costituito da 12 vertebre; lombare, costituito da 5 vertebre; sacro coccigea, costituito da 5 vertebre sacrali e 4/5 coccigee.
Le vertebre schematicamente hanno: un corpo anteriore voluminoso e resistente che rappresenta la parte ventrale della vertebra, a forma pressoché cilindrica; un arco osseo posteriore che vanno a delimitare il foro vertebrale all interno del quale decorre il midollo spinale. A livello degli spazi laterali tra gli archi posteriori delle vertebre adiacenti, attraverso il forame intervertebrale decorro le radici dei nervi spinali. Tra i corpi anteriori di due vertebre consecutive si interpone un disco intervertebrale, costituito da: una struttura esterna, l anulus fibrosus un nucleo interno, il nucleo polposo.
Nel suo insieme questa struttura è indispensabile per sopportare le sollecitazioni pressorie e gravitazionali a cui è soggetta la colonna vertebrale. La presenza dei dischi intervertebrali acquista particolare significato e risalto proprio nei segmenti più sollecitati e mobili, quali sono il tratto cervicale e soprattutto quello lombare. La colonna vertebrale realizza il proprio equilibrio, l elasticità e resistenza grazie alle sue curve fisiologiche: nel segmento cervicale presenta una curva a concavità posteriore, la lordosi cervicale, con valori nella norma attorno ai 36 ; nel segmento dorsale presenta una curva a convessità posteriore, la cifosi dorsale, con valori nella norma di circa 35 ; nel segmento lombare presenta una curva a concavità posteriore, la lordosi lombare, con valori nella norma di circa 50.
Le funzioni meccaniche che deve svolgere nella sua funzione di elemento strutturale sono classicamente tre: protezione dell asse nervoso inserito nella sua cavità assiale; sostegno robusto del peso corporeo e dei carichi che ad esso sono trasferiti nell'uso quotidiano degli arti superiori; conseguimento di una certa mobilità flessio-torsionale del tronco. Tali requisiti sono indubbiamente di difficile conciliazione ma devono essere soddisfatti contemporaneamente. L azione di sostegno richiederebbe un sistema d'appoggio il più robusto e rigido possibile (similmente alla soluzione seguita negli arti inferiori) e questo sarebbe compatibile con la funzione di protezione ma non con quella di mobilità, che per essere espletata necessita di discontinuità strutturali.
E' appunto la funzione di mobilità che, essendo preminente, condiziona fatalmente il progetto biomeccanico della colonna vertebrale e impone compromessi alla qualità delle funzioni di sostegno e di protezione. Si deve anche notare che lo svolgimento della funzione di sostegno, portando necessariamente tutti i carichi esistenti a gravare sulla struttura rachidea, che deve contemporaneamente svolgere anche funzione protettiva, diventa potenzialmente pericolosa per l asse nervoso ed i nervi spinali, specie in certe localizzazioni e situazioni di carico particolari.
Pertanto i nostri interessi biomeccanici, che portano a concentrare l attenzione primaria dello studio sugli aspetti peculiari della qualità del sostegno e della mobilità (nonché del suo controllo), debbono anche tenere in conto la genesi dei fenomeni meccanici potenzialmente pericolosi per il rachide ed il sistema nervoso contenuto. Nell'ultimo dei vari stadi evolutivi, quello dei primati e dell'homo erectus, vi è stata la verticalizzazione del rachide (prima parziale, come nelle grandi scimmie, e poi totale, come negli ominidi) ed un conseguente sconvolgimento della sua strategia antigravitaria.
Il passaggio del posizionamento delle vertebre, da un assetto con asse sostanzialmente orizzontale ad una nuova situazione ad asse verticale, ha dato un'intensificazione della sollecitazione di compressione principalmente alle strutture della parte anteriore (rappresentate dal corpo vertebrale e dal disco intervertebrale), mentre ha comportato per gli elementi della parte posteriore della vertebra con il contatto tra le faccette articolari dei peduncoli la funzione prevalentemente di guida cinematica del movimento. A questi elementi di natura strutturale, si associa, una necessità di gestione cinematica del tronco estremizzata in termini di versatilità e precisione del controllo della deformabilità rachidea (controllo posturale).
In conclusione la soddisfazione contemporanea delle funzioni di sostegno, mobilità e controllo coinvolge tutte le componenti rachidee e che, secondo la loro natura anatomica, sono raggruppabili in: ossee (corpi vertebrali, lamine, peduncoli, apofisi, archi e processi); cartilaginee (superfici articolari); legamentose (anelli fibrosi, capsule, legamenti lunghi e segmentari) muscolari (muscoli del collo, del cingolo scapolo-omerale, del dorso, del bacino e dell addome). All'interno del canale vertebrale è contenuto, avvolto dalle meningi, il midollo spinale.
Dalle due metà della colona, destra e sinistra, hanno poi origine e fuoriescono ad intervalli regolari le radici spinali, una anteriore ed una posteriore. Ciascuna radice anteriore si unisce successivamente alla rispettiva radice posteriore per costituire il nervo spinale. I nervi spinali abbandonano il canale vertebrale attraversando i rispettivi forami di coniugazione. Poiché la lunghezza del midollo spinale è inferiore a quella della colonna vertebrale, soltanto i primi nervi spinali hanno decorso orizzontale; tutti gli altri si inclinano verso il basso.
L'obliquità aumenta procedendo in direzione cranio-caudale. Pertanto, mentre il midollo spinale termina sotto forma di cono in corrispondenza dello spazio discale delimitato dalla 12 a vertebra toracica e dalla 1 a lombare, o in corrispondenza del corpo della 1 a vertebra lombare, il canale vertebrale sottostante viene occupato da un voluminoso fascio di nervi denominato cauda equina. A livello lombare e sacrale il nervo spinale, fuoriuscito dal forame di coniugazione, si divide, a sua volta, in un ramo anteriore ed in un ramo posteriore. Il ramo anteriore contribuisce alla formazione del plesso lombo-sacrale, dal quale hanno origine il nervo femorale (costituito in gran parte dalle radici L3 ed L4) ed il nervo sciatico od ischiatico (costituito in gran parte dalle radici L5 ed S1). Entrambi i nervi hanno una duplice funzione, sensitiva e motoria, a livello degli arti inferiori.
Precisiamo, per chiarezza, che col termine di radice nervosa, ad esempio L4, si intende il ramo anteriore del nervo spinale, in questo caso L4. La radice L4 controlla la sensibilità cutanea della superficie anteriore della coscia, della superficie antero-mediale della gamba, e del margine interno del piede. Controlla il muscolo quadricipite ed in parte il muscolo tibiale anteriore (TA), ed inoltre il riflesso rotuleo. La radice L5 controlla la sensibilità cutanea della superficie laterale della coscia, antero-laterale della gamba, e del dorso del piede, inclusi il primo ed il secondo dito. Controlla inoltre i muscoli estensore proprio dell'alluce (EPA), estensore comune delle dita (ECD), peronieri, il medio e piccolo gluteo, ed in parte il tibiale anteriore (TA).
La radice S1 controlla la sensibilità della superficie posteriore della coscia, posteriore della gamba, del margine esterno e della pianta del piede. Controlla i muscoli flessori delle dita del piede, flessore del piede (tricipite della sura), grande gluteo, ed inoltre il riflesso achilleo e medio-plantare. Il ramo posteriore del nervo spinale si divide, a sua volta, in due branche: una branca mediale, sensitiva, che innerva l'articolazione interapofisaria ed i legamenti interspinosi, e, mediante un ramo sensitivo che fa rientro nel canale vertebrale (denominato nervo seno-vertebrale di Luschka) il legamento longitudinale posteriore; una branca laterale, sensitiva e motoria, che innerva i muscoli paravertebrali posteriori e la cute della regione posteriore del tronco.