Позвоночник человека: строение, функции, отделы, из чего состоит, анатомия

Если взглянуть на основные позвонки человека, то есть шейные, грудные и поясничные, можно заметить следующие характеристики, общие для всех.

• У каждого позвонка есть своеобразная арка, именуемая дугой. Сложенные вместе, эти дуги образуют туннель, через который проходит спинной мозг. Нашему спинному мозгу, содержащему уязвимые нервные волокна, требуется не менее серьезная защита, чем головному мозгу, который надежно огражден от внешней среды черепной коробкой.
• Дуга прикреплена к плоскому округлому структурному элементу, который называется телом позвонка. Основная его функция заключается в том, чтобы соединяться с другими позвонками (первый из которых находится выше, второй — ниже) с помощью межпозвоночных дисков — прочных, но студенистых внутри. Иначе говоря, тела позвонков соединены между собой посредством дисков. Последние выступают в роли мягких прокладок между телами соседних позвонков. На теле позвонка имеется также пограничный ободок, с помощью которого он и соединяется с верхним и нижним позвонками.
• Наконец, у позвонков есть боковые отростки, к которым крепятся ребра и крупные мышцы спины.

Эволюция

Давайте начнем с краткого рассмотрения эволюции позвоночника, только не с момента его появления у живых существ, а начиная уже с приматов.

Когда приматы передвигались на четвереньках, их спина постоянно находилась в горизонтальном положении (как у собак, лошадей, мартышек и т. д.). Позвоночник удерживал вес внутренних органов, в то время как основная нагрузка, создаваемая весом всего тела, приходилась на задние ноги.

Итак, вес внутренних органов вместе с весом спины удерживался мышцами задних конечностей.

Теперь о важном. Если в животное выстрелить дротиком с транквилизатором, то в течение нескольких минут оно падает навзничь, потому что мышцы ног и спины перестают работать.

Хотя позвоночник и состоит из плотно скрепленных между собой позвонков, которые придают всей спине огромную силу и устойчивость, сами по себе, безучастия мышц, они не в состоянии удержать внутренние органы.

Мышцам спины, прикрепленным к позвоночнику приматов в разных отделах, нужно было создавать горизонтальную силу, удерживающую его в таком положении. Эти мышцы выступали в роли стальной проволоки (или натяжных тросов). Подобно тому, как бельевая веревка удерживает на себе тяжесть мокрого белья, мышцы спины удерживали на себе вес внутренних органов (легких, сердца, печени, кишечника и т. д.).

Давайте рассмотрим некоторые функции позвоночника и постараемся понять, как именно отдельные элементы спины способствуют их выполнению.

Люди ходят с вертикально выпрямленной спиной (с момента появления в эволюционной цепочке Homo erectus — человека прямоходящего), поэтому у них позвонки в нижней части спины стали крупнее, чтобы проще было выдерживать дополнительную нагрузку.

Вспомните Эйфелеву башню или росток бамбука: они очень широкие у основания, но сужаются ближе к верхушке. Спинные позвонки тоже расширяются к основанию спины, так как им приходится удерживать дополнительный вес.

Боковые выступы

Наконец, у позвонков есть многочисленные костные выступы, к которым крепятся мышцы и связки. Длинные выступы, имеющиеся позади позвонков (один из них — расположенный позади 7-го позвонка шейного отдела — выступая, образует так называемый «вдовий горб»), удобны для прикрепления крупных и мощных связок, которые буквально фиксируют позвоночный столб.

Существуют и другие выступы, расположенные по обе стороны от позвонков, — их называют поперечными отростками. Они образуют достаточную поверхность для крепления различных мышц спины. Эти выступы связаны между собой мощными связками и мышцами. Поперечные отростки грудного отдела обеспечивают суставное соединение с ребрами.

Роль позвонков

Итак, мы видим, что мать-природа создала наш позвоночный столб таким образом, чтобы максимально облегчить выполнение возложенных на него задач. Каждый элемент позвоночника выполняет определенную функцию. Любая мельчайшая деталь для чего-то предназначена. Так, например, межпозвоночные диски смягчают нагрузку, оказываемую на позвонки, выступая в роли пружин (амортизаторов). Позвоночные каналы защищают спинной мозг и позвоночные артерии. В местах крепления мышц и связок также существуют разнообразные защитные элементы. Список можно продолжать и дальше

Мышцы, выпрямляющие позвоночник

Вокруг позвоночника находится шесть слоев мышц, которые можно разделить на поверхностные и глубокие.

Поверхностный, он же внешний, слой состоит из мышц-разгибателей, которые тянут верхнюю часть туловища назад, чтобы та оставалась прямой. Из-за своей функции эти мышцы и получили используемое в официальной медицине название erector spinae, которое буквально переводится как «выпрямитель спины».

Однако, мышцы, тянущие тело назад, не играют существенной роли в поддержании вертикальной осанки. Внутри этих мощных поверхностных мускулов содержатся совершенно другие мышечные волокна, а вот они-то на самом деле и выпрямляют спину.

Мышцы, которые в медицине принято называть выпрямителями спины, в действительности следовало окрестить сгибателями спины, так как их волокна тянут тело назад, в вертикальное положение, после чего за дело берутся истинные «выпрямители позвоночника».

Основной вес человеческого тела, приходится на его часть, расположенную спереди позвоночника. Этот вес создается сердцем, легкими, печенью, почками, кишечником, маткой, мочевым пузырем и т. д. За позвоночником находятся только мышцы и кожа. Чтобы наше тело не падало вперед, мышцы спины тянут его назад в вертикальное положение, после чего к работе приступают мышцы из другой группы, которые поддерживают прямую осанку. Когда вы несете в руках тяжелый груз, то можете почувствовать, как поясничные и другие мышцы спины тянут вас назад, не давая слишком сильно наклониться вперед.

Даже кривизна поясничного отдела позвоночника может меняться для того, чтобы скорректировать осанку и предотвратить возможную травму.

Нечто подобное может произойти и при наборе значительного избыточного веса. Отложения жира в области живота — так называемое брюхо — заставляют мышцы спины постоянно оставаться напряженными, что в конечном счете приводит к хроническим болям в спине и пояснице.

Сгибание

Мышцы — разгибатели спины отличаются между собой по длине. Некоторые из них, например полуостистые мышцы головы, начинаются у основания черепа и заканчиваются на уровне верхнего грудного позвонка. Сокращаясь, они оттягивают голову назад. Другие мышцы начинаются на уровне верхней части спины и заканчиваются в пояснице, прямо у основания позвоночника. Эти мышцы, известные как крестцово-позвоночные, способны сгибать грудной отдел позвоночника назад. Если полуостистые мышцы работают одновременно с крестцово-позвоночными — как у гимнастов, делающих мостик, — то позвоночник вытягивается, сгибаясь назад.

Природа наградила нас мышцами разной длины, которые могут сжиматься в различной степени для выполнения той или иной функции. Если необходимо лишь слегка наклониться, то сжимаются короткие мышцы спины, но если всему позвоночнику нужно хорошенько согнуться, то сокращается мышца, тянущаяся по всей длине позвоночника.

Различная длина мышц спины позволяет свободно совершать как самые незначительные, так и гораздо более сложные движения позвоночника.

Если мышцы-разгибатели сократятся только с одной стороны тела, то позвоночник наклонится в эту сторону. А если с обеих сторон — позвоночник отклонится назад. Существуют и фронтальные мышцы спины, расположенные не позади, а спереди позвоночника. Их называют мышцами-сгибателями (в противоположность разгибателям). Число этих мышц ограничено по всей длине позвоночника, за исключением шейного и грудного отделов. Это связано с тем, что многие крупные мышцы торса, подобно мышцам брюшного пресса, при сокращении способны сгибать позвоночник назад.

На шее в большом количестве расположены короткие и длинные мышцы-сгибатели (так называемые длинные мышцы шеи и длинные мышцы головы), которые позволяют шее и голове наклоняться вперед. В области груди имеется группа квадратных мышц поясницы, облегчающих выполнение таких движений, как приседания и глубокий наклон вперед, при котором нужно коснуться лбом бедер или коленей.

В шее расположено много различных видов мышц, отличающихся по размеру и направленности. Это объясняется тем, что шея и голова двигаются во все стороны. Так, поворот головы влево или вправо обеспечивается длинной, грудино-ключично-сосцевидной и другими мышцами, расположенными с той или иной стороны. Наклон головы вбок осуществляется за счет передней лестничной мышцы, длинной мышцы головы и т. д. с соответствующей стороны. Работа этих мышц полностью скоординирована для выполнения синхронных движений головой и шеей.

Отличным примером подобных движений является бхаратанатьям — традиционный индийский танец, во время которого человек двигает головой так, что голова смещается влево и вправо, не наклоняясь при этом.

Глубокие мышцы спины

Глубокие мышцы спины, которые часто называют внутренними или околопозвоночными, соединяют между собой позвонки, придавая им дополнительную устойчивость. Эти мышцы относительно короткие и многочисленные (их может быть до шестидесяти), и соединяют они либо соседние позвонки, либо позвонки, расположенные через один.

Сокращаясь в различных комбинациях, они позволяют слегка вытягивать или поворачивать позвоночный столб. Их основная функция заключается в стабилизации позвонков, к которым они прикрепляются, и в легкой корректировке положения отдельных позвонков.

Когда позвоночный столб поворачивается, а затем возвращается в нормальное положение, существует вероятность, что некоторые позвонки не встанут идеально на прежнее место, нарушив тем самым структуру позвоночника. Чтобы поддерживать прямую осанку, позвонки должны располагаться ровно по центру позвоночного столба, поэтому небольшие околопозвоночные мышцы играют важнейшую роль, возвращая их в нормальное положение.

Таким образом, чувствительные глубокие мышцы незаменимы для точного выравнивания позвоночника. А их повреждение из-за травмы или неправильной осанки может стать помехой для нормальной центровки позвонков. Как вы вскоре сами убедитесь, смещение позвонков относительно центра позвоночного столба приводит к избыточному давлению на межпозвоночные диски, из-за чего может образоваться грыжа. Она, в свою очередь, может вызвать защемление нервов, болевые ощущения и такие неврологические симптомы, как покалывание или онемение мягких тканей. Более того, опираясь на свой богатый опыт, хочу сказать, что из-за повреждения этих чувствительных мышц проблемы со спиной возникают чаще, чем при травмах крупных мышц, расположенных ближе к поверхности.

Регулировка осанки — задача, требующая немалой точности, и грубые мышцы спины играют в ней лишь незначительную роль. Расположенные в глубине спины чувствительные мышцы вносят куда больший вклад в появление болей и последующее избавление от этой проблемы. Когда они слабеют, это способствует появлению болей в спине. Но если их укрепить, то можно вылечить или предотвратить подобные неприятности.

Функции, выполняемые мышцами спины

Мышцы спины выполняют множество разнообразных функций, которые можно разделить на две основные категории.

Функции, выполняемые осознанно.

К ним относятся:

• наклоны, повороты и многие другие замысловатые действия;
• подъем груза, удержание груза на спине, толкание и т. д. (при выполнении этих задач мышцы уплотняются, чтобы увеличить свою силу).

Функции, выполняемые бессознательно (непроизвольно).

К ним относятся:

• поддержание мышечного тонуса;
• поддержание прямой осанки;
• поддержание равновесия.

Суть процессов, которые мы контролируем сознательно, понять относительно просто. Мышцы сокращаются, чтобы произвести движение. При этом они уплотняются, благодаря чему оказываются способны выдерживать дополнительную нагрузку.

А вот чтобы понять, как работают мышцы спины, контролируемые организмом бессознательно, следует порассуждать логически. Некоторые факты, касающиеся бессознательного самоконтроля, науке давно известны, тогда как многие по-прежнему остаются загадкой.

Рефлексы

Первым делом следует объяснить, что такое рефлексы. Рефлексом называется реакция тела на некоторые изменения внешней среды.

Давайте на наглядных примерах разберем, как это происходит.

• Когда вы касаетесь горячего предмета, ваша рука автоматически отдергивается, чтобы не дать пальцам обжечься. Нервные окончания, имеющиеся на подушечках пальцев, регистрируют повышенную температуру объекта и через сенсорные нервные волокна посылают электрические импульсы спинному мозгу, а расположенный в нем «аналитический центр» по двигательным нервам мгновенно передает команды мышцам, заставляя их резко отдернуть руку. Процесс передачи сигнала от кончиков пальцев к спинному мозгу, а затем к мышцам и обеспечивает срабатывание рефлекса. Это чем-то напоминает освещение затемненной стены отраженным от зеркала светом.
• Когда вам холодно, организм реагирует вполне определенным образом: вы начинаете дрожать, чтобы выработать дополнительную тепловую энергию; у вас появляется гусиная кожа — она позволяет задержать слой воздуха между бугорками, образовавшимися из волосяных луковиц на коже, и тем самым уменьшить теплоотдачу поверхности тела. Кроме того, организм начинает использовать запасы глюкозы и жира в качестве топлива, производя дополнительное тепло для собственного обогрева.
  Перечисленные реакции возможны благодаря раздражению холодовых рецепторов в нервных окончаниях кожи. Эти рецепторы посылают сигналы в бессознательную часть мозга, которая обрабатывает полученную информацию, после чего передает соответствующие команды автономным (отвечающим за бессознательные функции) нервным центрам, а те послушно исполняют распоряжения: заставляют нас дрожать, поднимают наши волосы дыбом и принимаются активно сжигать запасенную глюкозу.
  Это сложный рефлекс, состоящий из нескольких реакций на один и тот же раздражитель — холод.
• Врач ударяет молоточком по сухожилию, расположенному под коленной чашечкой, и нога практически мгновенно вздрагивает, выпрямляясь.
  Это очень распространенный способ проверки коленного рефлекса, применяемый медиками по всему миру при стандартном обследовании организма. Удар приходится по плотному сухожилию ниже коленной чашечки, из-за чего оно ненадолго растягивается. Сухожилие, в свою очередь, растягивает четырехглавую мышцу (квадрицепс) бедра. Особые рецепторы, расположенные в мышечных волокнах, посылают сигнал спинному мозгу, где он за доли секунды обрабатывается, после чего сразу же пересылается моторным (двигательным) центрам позвоночника, а уже те отдают мышечным волокнам квадрицепса приказ немедленно сократиться, что и выражается в резком движении ноги.
  Такие рефлексы в медицине называют разгибательными.

Разгибательный рефлекс — основной инструмент контроля осанки. Давайте рассмотрим его подробнее, чтобы лучше разобраться в этом явлении.

Внутри мышечного волокна находятся структуры, именуемые нервно-мышечными веретенами. Каждое веретено содержит видоизмененные мышечные волокна, активируемые проприорецепторами — нервными окончаниями, которые реагируют на давление. Как только под внешним воздействием мышца растягивается, каждое веретено распрямляется, раздражая особые рецепторы на концах мышцы. От них сигналы практически мгновенно передаются в спинной мозг, откуда пересылаются назад к мышечным волокнам, окружающим веретено. Едва этот процесс завершается, все мышечные волокна синхронно сокращаются — мы видим рефлекс в действии.

Когда человек наклоняется вперед, веретена, расположенные в мышцах икр, задней поверхности бедра, ягодиц и спины, растягиваются. В результате все перечисленные мышцы дружно сокращаются, и тело оттягивается назад — в вертикальное положение. Аналогично, когда человек отклоняется назад, растягиваются квадрицепсы, мышцы живота и другие передние мышцы. Срабатывает разгибательный рефлекс — мышцы сокращаются, увлекая за собой тело вперед, чтобы поддержать равновесие.

Таким образом, разгибательный рефлекс в зависимости от ситуации тянет туловище вперед или назад для корректировки его положения и сохранения прямой осанки. Наш сознательный мозг никак не участвует в этом процессе. Он потому и называется рефлекторным, что происходит автоматически (непроизвольно).

Впрочем, в поддержании нормальной осанки задействуются и куда более сложные рефлексы. К примеру, чтобы сохранять вертикальное положение тела, необходимо учитывать движения не только вперед и назад, но и вбок.

Для поддержания прямой осанки организм выполняет множество мельчайших движений, тщательно скоординированных между собой, — этот процесс слишком замысловат, чтобы попытаться его смоделировать или осознать целиком. Но даже общее представление о разгибательном рефлексе позволяет нам понять основной принцип, по которому все происходит.

Когда человек спотыкается на улице, срабатывает целая серия рефлексов, предотвращающая его падение на недружелюбный асфальт. Большая часть этих движений осуществляется непроизвольно: в непредвиденных случаях мы успеваем сделать лишь несколько осознанных движений. Самое потрясающее в рефлексах то, что они действуют по ситуации: на открытом пространстве человек машинально пытается восстановить равновесие, а если рядом есть стена или столб, руки непроизвольно тянутся к опоре для дополнительной поддержки.

Всегда, когда мы ходим, бегаем, работаем стоя или занимаемся спортом, различные серии рефлексов (непроизвольных движений) наряду с осознанными движениями способствуют сохранению нашей осанки. Мы меняем позу ежесекундно, и мышцы спины вынуждены постоянно успевать за этими изменениями — они то и дело сокращаются, расслабляются и удлиняются, стремясь поддерживать позвоночник выпрямленным независимо от того, какое положение приняло тело.

Роль рефлексов в осанке

Ранее упоминалось, что мышечные волокна, ответственные за поддержание прямой осанки, вытягиваются вверх, создавая своего рода антигравитационную силу. Ее хватает для того, чтобы не только выдерживать вес тела, но и дополнительно растягивать позвоночник вверх. В горизонтальном положении подобная растяжка также возможна, и мы с коллегами учли данный факт, разрабатывая упражнения по йоге для лечения проблем со спиной. Однако в положении лежа мышцы удлиняются не так сильно, ведь им не приходится противодействовать весу тела. Если мыслить логически, то становится очевидно, что мышечные волокна, несущие весовую нагрузку, активизируются лишь тогда, когда сталкиваются с действием гравитации (из-за ее наличия у нашего тела и есть вес). Эта сила, направленная вниз, к центру Земли, оказывает на мышечные волокна серьезную нагрузку. Кроме того, она запускает рефлекторные механизмы, благодаря которым мышцы вытягиваются вверх, противодействуя тяжести тела собственной антигравитационной силой и снимая с межпозвоночных дисков избыточное давление.

Способность мышц, отвечающих за поддержание прямой осанки (мышцы спины, ног, бедер, голени и т. д.), растягиваться вверх поистине потрясает воображение. Именно благодаря их работе тяжелоатлеты поднимают над головой штанги столь внушительных размеров. Между тем возможности мышечных волокон не безграничны: для каждого спортсмена существует предельный вес, точное значение которого зависит от уровня подготовки. Если превысить этот вес, резко возрастает риск травмы сухожилий, суставов, межпозвоночных дисков и т. д.

Дополнительная нагрузка требует от мышц дополнительного усилия, ведь создаваемая ими антигравитационная сила должна уравновешивать силу тяжести для предотвращения травмы. Вот почему резкий набор лишних килограммов человеком, не привыкшим заниматься физкультурой или тренировать постуральные мышцы другими способами, может привести к проблемам с поясницей, а также с тазовыми и коленными суставами. В данной ситуации мышцы, ответственные за создание антигравитационной силы, вынуждены прилагать дополнительное усилие, причем непрерывно, потому что от лишнего веса быстро не избавишься.

Прыжки

Представьте, что кто-то прыгает вниз с определенной высоты. Вызванный приземлением ударный импульс мгновенно поглощается мышцами спины и ног. В амортизации, конечно, участвуют и согнутые суставы таза, коленей и лодыжек, выступающие в роли своеобразной пружины. Но главную роль играют мышцы, которые активизируются посредством рефлексов.

При значительной высоте падения (в разумных пределах) сила удара может оказаться весьма существенной, однако мышцы и кости все равно гасят его без ощутимых последствий для организма. Это достигается за счет быстрых рефлексов и синхронной работы мышечных волокон, управляемых на бессознательном уровне.

Когда человек прыгает вниз, мышцы спины — те самые, которые поддерживают позвоночник в вертикальном положении, — начинают работать все одновременно, стоит ступням коснуться земли. В ответ они резко вытягиваются вверх, поглощая энергию удара. При этом внезапное проявление антигравитационной силы существенно смягчает удар о землю. Эта сила, противодействующая земному притяжению, — подарок матери-природы, без которого любой прыжок (вследствие значительного веса тела) мог бы запросто обернуться раздробленными суставами, костями и уж точно — межпозвоночными дисками.

Антигравитационная сила защищает от травм и мягкие ткани. Если же падение происходит со слишком большой высоты, или человек слишком тяжелый, или у него слишком слабые мышцы, не способные обеспечить телу достаточную антигравитационную тягу в момент удара, то повреждение костей, суставов и т. п. становится неизбежным.

Только представьте, насколько сильным было бы дополнительное давление на диски, если бы рефлекс срабатывал (как утверждает наука) за счет поверхностных мышц спины, действующих наподобие натяжных канатов. Ни один парашютист не пережил бы своего первого прыжка. И слава богу, что природа придумала кое-что получше!

Стресс

Мы должны принять во внимание еще один фактор, который способствует созданию тяги, направленной вверх, — нашей любимой антигравитационной силы, отвечающей за поддержание прямого позвоночника. Когда мышцы сокращаются, они сжимаются. Иными словами, мышечные волокна входят друг в друга, что приводит к уменьшению длины мышцы. Когда мышцы снова расслабляются, мышечные волокна возвращаются в нормальное состояние.

В напряженном состоянии мышцы короче, чем в расслабленном.

Стресс увеличивает тонус мышечной ткани — напряжение мышечных волокон возрастает. А когда мы успокаиваемся, мышцы удлиняются, так как составляющие их мышечные волокна возвращаются в исходное положение.

Таким образом, в стрессовых ситуациях мышцы спины оказываются напряжены и риск повреждения межпозвоночных дисков повышается. Когда же мы расслаблены, диски не подвергаются лишнему давлению. Это объясняет, почему постоянно напряженные люди часто страдают от болей в спине. Кстати, актеров учат полностью расслабляться во время представления — это позволяет им избежать травм.

Заключение

Если учесть все вышесказанное, то становится очевидно: прямую осанку человека поддерживают волокна мышц спины и ног, отличные от тех, которые контролируют движения или несут на себе весовую нагрузку. Эти мышечные волокна вытягиваются вверх, создавая антигравитационную силу, которая удерживает позвоночник в выпрямленном положении. Более того, они управляются в основном бессознательно. Впрочем, у сознательной части мозга тоже есть контроль над ними, хоть и весьма ограниченный.

Чем больше антигравитационная сила, тем меньше сдавлены межпозвоночные диски и другие элементы организма, несущие весовую нагрузку.

Мышцы спины противодействуют весу внутренних органов (легких, печени, сердца, кишечника и т. д.), постоянно оттягивая позвоночник назад и не давая ему слишком сильно наклониться вперед. Это бессознательный механизм, включающийся каждый раз, когда мы стоим или сидим с прямой спиной.