Segmento complesso, di grande importanza funzionale, la colonna vertebrale e costituita da 33 o 34 segmenti ossei (vertebre), 344 superfici articolari, 23 dischi intervertebrali e 365 legamenti con 730 punti di inserzione. Sulla colonna vertebrale agiscono non meno di 730 muscoli con azione diretta. A tutto questo vanno aggiunte le formazioni nervose (somatiche e vegetative), vascolari, ecc.
I segmenti ossei che costituiscono la colonna vertebrale si chiamano vertebre. Le vertebre hanno una parte anteriore chiamata corpo e una parte posteriore chiamata arco. Queste due parti delimitano tra loro il canale vertebrale.
Il corpo vertebrale e la parte piu voluminoso e ha la forma di un cilindro corto, con due facce (superiore e inferiore) e una circonferenza.
L’arco vertebrale ha una forma irregolare. Posteriormente e medialmente presenta un processo spinoso; lateralmente due processi trasversi; superiormente e inferiormente due processi articolari per lato (in totale quattro processi articolari disposti verticalmente). Tra il processo spinoso e i processi articolari si trovano le lamine vertebrali. Le porzioni che collegano l’arco vertebrale al corpo vertebrale si chiamano peduncoli.
La colonna vertebrale si divide in quattro regioni, ognuna composta, normalmente, da un numero fisso di vertebre:
Le vertebre di ciascuna regione hanno caratteristiche morfo-funzionali legate alle due funzioni principali della colonna vertebrale umana: sostenere il peso della testa, del tronco e degli arti superiori e garantire una mobilita sufficiente.
Le superfici di appoggio dei corpi vertebrali aumentano da una vertebra all’altra, e la loro forma e determinata dalle sollecitazioni dinamiche. Nelle regioni cervicale e lombare, il diametro trasversale dei corpi vertebrali e proporzionalmente maggiore di quello antero-posteriore, il che spiega le maggiori possibilita di queste regioni di realizzare movimenti di flessione ed estensione.
Ogni vertebra presenta anche differenziazioni morfo-funzionali, risultate dai meccanismi di adattamento alle sollecitazioni della statica e della dinamica bipede.
Articolazioni
Tra le vertebre si realizzano una serie di linee articolari, che si classificano in:
Articolazioni dei corpi vertebrali
Le loro superfici articolari sono date dalle facce inferiore e superiore (leggermente concave). Tra queste superfici ossee si trovano i dischi intervertebrali, formazioni fibrocartilaginee costituite da una porzione periferica fibrosa, l’anello fibroso, e da una porzione centrale, il nucleo polposo.
Il nucleo polposo non ha una posizione fissa: si sposta durante i movimenti. I suoi spostamenti sono possibili perche e elastico, deformabile ed espansibile, qualita legate al contenuto d’acqua. Il nucleo e quindi in pressione continua, e si comprende facilmente perche qualsiasi difetto dell’anello fibroso che lo circonda consenta la sua erniazione.
Il limite inferiore del disco e formato da lamine cartilaginee che proteggono il nucleo polposo da pressioni eccessive. Per quanto riguarda la vascolarizzazione, nell’adulto la presenza di vasi sanguigni si osserva solo in condizioni patologiche. La nutrizione della cartilagine avviene per imbibizione attraverso le lamine terminali delle superfici articolari vertebrali.
Si comprende dunque perche, in condizioni di sollecitazioni permanenti delle articolazioni intervertebrali, il disco non abbia la possibilita di una nutrizione adeguata, favorendo cosi una degenerazione precoce (attraverso la riduzione o persino la perdita delle proprieta fisico-chimiche). Quando il disco e caricato, diminuisce in altezza e si allarga.
Va osservato che il nucleo polposo ha una grande forza di imbibizione: in riposo aumenta di volume e, sommando l’aumento di volume di tutti i dischi, puo determinare un allungamento fino a 3 cm della colonna vertebrale nel soggetto giovane e sano.
Il nucleo polposo non e innervato. L’anello fibroso e innervato da rami nervosi provenienti dai nervi sinuvertebrali, che innervano anche il legamento longitudinale posteriore (questo spiega anche la natura del dolore nell’ernia o nel cedimento del disco intervertebrale).
Il ruolo dei dischi intervertebrali e multiplo:
a) contribuiscono, grazie alla loro resistenza, al mantenimento delle curvature della colonna;
b) favoriscono, grazie alla loro elasticita, il ritorno allo stato di equilibrio dopo la fine del movimento;
c) trasmettono il peso del corpo in tutte le direzioni ai diversi segmenti della colonna;
d) ammortizzano urti o pressioni cui ogni segmento e sottoposto, soprattutto durante movimenti o sforzi.
Di conseguenza, preservare i dischi intervertebrali dalle sollecitazioni e un dovere verso il nostro corpo, e va perseguito anche nelle posizioni piu banali, come stare seduti. Quando lo schienale e inclinato all’indietro, la normale lordosi lombare scompare, l’articolazione coxo-femorale si estende e lo stress sui dischi intervertebrali aumenta. La posizione corretta e quella che mantiene la lordosi lombare, favorendo un migliore equilibrio della colonna.
La tecnica di un esercizio fisico e tanto piu corretta quanto piu rispetta le leggi biomeccaniche di protezione dalle sollecitazioni sui dischi intervertebrali.
Articolazioni delle lamine vertebrali
Tra le lamine vertebrali non esistono vere e proprie articolazioni. Tuttavia, sono unite da legamenti speciali detti legamenti gialli, costituiti da fasci di fibre elastiche che, per la loro struttura, permettono l’avvicinamento e l’allontanamento delle lamine.
Articolazioni dei processi spinosi
Come le lamine, i processi spinosi sono uniti tra loro da due tipi di legamenti: legamenti interspinosi e legamento sopraspinoso. I primi si trovano tra due processi spinosi, il secondo e un cordone che si estende lungo tutta la colonna. Nella regione cervicale, il legamento sopraspinoso e particolarmente sviluppato e, con la sua estremita prossimale, si inserisce sulla protuberanza occipitale esterna; e chiamato legamento cervicale posteriore e ha il ruolo di sostenere passivamente testa e collo, impedendo la flessione in avanti.
Articolazioni dei processi trasversi
I processi trasversi sono uniti da legamenti intertrasversari.
Articolazioni dei processi articolari
Sono articolazioni piane e permettono solo un semplice scivolamento delle superfici articolari l’una sull’altra.
Articolazione occipito-atlantoidea
E una diartrosi bicondilare. Le superfici articolari dell’occipitale sono rappresentate dai due condili occipitali, orientati in basso, in avanti e lateralmente, e con forma convessa in tutte le direzioni.
Le superfici articolari dell’atlante sono rappresentate dalle due cavita glenoidee, orientate in alto, in avanti e medialmente, con forma concava in tutte le direzioni. Tutte e quattro le superfici sono rivestite di cartilagine ialina. Le superfici articolari sono unite da una capsula sottile, rinforzata da due legamenti, uno anteriore e uno posteriore.
L’apparato legamentoso principale della colonna vertebrale e costituito da due legamenti (legamento longitudinale posteriore e legamento longitudinale anteriore), che formano due bande estese per tutta la lunghezza della colonna.
Segmento motorio
Alla base della mobilita della colonna vertebrale si trova il segmento motorio, costituito dal disco intervertebrale e dai suoi legamenti, dai forami di coniugazione, dalle articolazioni interapofisarie e dai processi spinosi con i loro legamenti.
Il segmento motorio puo essere diviso in un pilastro anteriore e uno posteriore. Il pilastro anteriore e meno mobile, piu solido, presenta relativamente poche inserzioni muscolari e costituisce l’elemento principale di sostegno meccanico passivo della colonna. Il pilastro posteriore presenta numerose inserzioni muscolari e rappresenta l’elemento principale motore della colonna.
Vascolarizzazione del midollo spinale
L’irrorazione del midollo spinale avviene in modo del tutto particolare e conoscerla e indispensabile per comprendere le sindromi ischemiche (deficit o assenza di circolazione sanguigna) con i loro gravi deficit neurologici che possono comparire in seguito a diverse patologie.
Il midollo cervicale e irrorato da piu arterie importanti, provenienti dalle arterie spinali anteriori e posteriori (rami dell’arteria vertebrale e dell’arteria cerebellare posteriore). Il midollo lombare e irrorato da arterie provenienti dalle arterie sacrali laterali, mentre il midollo dorsale e irrorato dalle arterie cervicali e lombari. La zona vascolare piu critica si trova a livello di D4, al limite tra i due territori vascolari.
Muscoli della colonna vertebrale
I movimenti della colonna vertebrale sono prodotti da un gran numero di muscoli che si inseriscono direttamente sulla colonna o anche a distanza, come alcuni muscoli del collo e i muscoli addominali.
Muscoli del collo: sternocleidomastoideo; scaleni; retto anteriore della testa; piccolo retto anteriore della testa; lungo del collo; (platisma del collo; splenio del collo e della testa; fascio superiore del trapezio).
Muscoli dell’addome: grande retto dell’addome; grande obliquo; piccolo obliquo; trasverso dell’addome; muscoli lombo-iliaci (quadrato dei lombi, ileo-psoas).
Muscoli posteriori del tronco: trapezio; grande dorsale; romboide; elevatore della scapola; piccolo dentato postero-superiore; piccolo dentato postero-inferiore; muscoli della nuca (splenio, grande complesso, piccolo complesso, trasverso del collo, grande e piccolo retto posteriore del collo, grande e piccolo obliquo posteriore del collo); muscoli spinali nei solchi vertebrali formati dai processi spinosi e dalle coste (muscoli sacrospinali/paravertebrali), in numero di tre: iliocostale, lunghissimo e spino-trasversario; intertrasversari e interspinosi.
Statica della colonna vertebrale
La colonna vertebrale si puo paragonare a un albero maestro, la cui posizione corretta dipende dalla tensione delle sartie. Un difetto delle sartie puo causare deviazione o rottura dell’albero.
CURVATURE DELLA COLONNA
In ortostatismo e a riposo, la colonna vertebrale ha una direzione verticale e una forma leggermente sinuosa, soprattutto nel piano sagittale. Le curvature attenuano gli urti e favoriscono il mantenimento dell’equilibrio della colonna sul bacino, alleggerendo lo sforzo della cintura muscolare della colonna.
Questa postura e questa forma si mantengono grazie al gioco della tonicita muscolare, dell’elasticita dei legamenti e dei dischi, e grazie all’incastro anatomico dei 24 segmenti ossei che compongono la colonna, segmenti che adattano tra loro le diverse superfici articolari.
L’atteggiamento della colonna vertebrale dipende da eta, sesso, professione, stanchezza, stato psichico, stato di salute, ecc.
Per mantenere l’equilibrio nella stazione bipede, all’inizio del secondo anno di vita si instaura la curvatura lombare con convessita anteriore (lordosi compensatoria).
Equilibrio intrinseco
Nell’adulto in stazione eretta, la linea di gravita passa per il trago (quindi davanti all’articolazione atlanto-occipitale), per la parte anteriore della spalla, leggermente posteriormente rispetto a una linea che unirebbe le due teste femorali, attraverso il centro della faccia laterale del grande trocantere, anteriormente all’asse trasverso dell’articolazione del ginocchio e un po’ posteriormente a quello tibio-tarsico.
A causa delle curvature, la proiezione dei centri di gravita dei vari segmenti non si trova sulla linea di proiezione del centro di gravita generale del corpo. Per questo l’azione della gravita determina, da una vertebra all’altra, sollecitazioni rotatorie che tendono ad accentuare le curvature e che devono essere neutralizzate, altrimenti la colonna collasserebbe.
Gli elementi che si oppongono alle sollecitazioni rotatorie sono i legamenti. Nella colonna dorsale, la proiezione del centro di gravita passa anteriormente alla colonna: essa collasserebbe in avanti se non intervenissero la forza del legamento longitudinale posteriore, dei legamenti interspinosi e dei legamenti gialli. La situazione e inversa nella colonna lombare e cervicale: la proiezione del centro di gravita passa posteriormente, e le forze che si oppongono al collasso sono rappresentate dalla resistenza del legamento longitudinale anteriore. I legamenti vertebrali hanno quindi il ruolo di assorbire una buona parte delle sollecitazioni.
Altri elementi che assorbono le sollecitazioni sono i dischi intervertebrali. Essi non lavorano in tensione come i legamenti, ma in pressione. Tra queste due categorie di elementi anatomici, legamenti da un lato e dischi dall’altro, sottoposti a forze contrarie, si stabilisce uno stato di equilibrio chiamato equilibrio intrinseco.
Oltre all’equilibrio intrinseco, la colonna dispone (come detto) di numerosi gruppi muscolari che, con la loro tonicita, assicurano anche un equilibrio estrinseco: il corsetto muscolare.
Tipi di postura
L’equilibrio della colonna vertebrale non si realizza allo stesso modo in tutti gli individui normali. Per questo la postura della colonna varia da individuo a individuo e va messa in relazione con l’accentuazione o la diminuzione delle curvature nel piano antero-posteriore, conseguenza del grado di inclinazione anteriore del bacino.
Si distinguono cosi cinque tipi generali di postura:
La colonna va considerata un’unita funzionale: ogni tipo di postura e un adattamento spontaneo a particolari condizioni di statica e dinamica.
Va inoltre considerato il ruolo speciale del bacino nel determinare l’atteggiamento della colonna: il bacino e il supporto funzionale della colonna, partecipa attivamente alla sua statica e dinamica. Qualsiasi disfunzione a questo livello (sofferenza, asimmetria funzionale o statica) ha ripercussioni severe sull’insieme funzionale-biomeccanico della colonna.
Il bacino, insieme agli arti inferiori, costituisce il supporto della biomeccanica della colonna vertebrale.
Biomeccanica dell’organo assiale (colonna vertebrale)
I movimenti della colonna, qualunque sia la loro ampiezza, sono movimenti complessi che coinvolgono piu segmenti vertebrali. Si realizzano tramite la somma dei piccoli spostamenti dei corpi vertebrali a livello dei dischi intervertebrali e delle altre articolazioni. Questi movimenti sono limitati dalla resistenza dei legamenti, dalla forma delle articolazioni intervertebrali e dal grado di comprimibilita del tessuto fibrocartilagineo del disco.
I piccoli spostamenti intervertebrali sono possibili grazie al nucleo polposo, che deve avere consistenza, forma e posizione normali. I movimenti vertebrali si eseguono sul nucleo come su un asse: il nucleo svolge il ruolo di una vera “sfera meccanica” (cuscinetto). Su un supporto simile tutti i movimenti sono possibili, ma vengono limitati o guidati dalle conformazioni e posizioni dei processi articolari, dai legamenti e dal corsetto muscolare.
Per la tensione del liquido tra i suoi componenti, il nucleo polposo e elastico. Grazie a questa proprieta sono possibili i movimenti della colonna e si riducono gli effetti dannosi di pressioni eccessive o urti subiti dal rachide. Nella flessione forzata, i corpi vertebrali si avvicinano anteriormente per compressione parziale del disco nella sua meta anteriore, con lieve spinta posteriore del nucleo; in estensione avviene l’opposto. Se il nucleo polposo e il “rullino” su cui si eseguono i movimenti, l’anello fibroso resta l’elemento piu importante del disco, resistente alle forze di compressione e decompressione.
Dal punto di vista della goniometria normale, la colonna vertebrale presenta movimenti complessi risultanti dalla somma delle micro-movimentazioni di tutte le articolazioni intervertebrali: flessione-estensione, inclinazione laterale, rotazione e, come risultante di queste, la circonduzione.
La flessione ventrale del tronco sugli arti inferiori avviene con la partecipazione non solo della colonna, ma anche delle anche.
A sacro fissato, il resto della colonna puo eseguire una flessione complessiva, ma non tutti i segmenti partecipano allo stesso modo. L’ampiezza maggiore in flessione si realizza nelle regioni cervicale e lombare. La flessione ha la massima ampiezza a livello delle ultime due vertebre dorsali e delle vertebre lombari.
L’arco a concavita anteriore formato dalla colonna nel suo insieme non e un arco di cerchio, ma una linea curva composta da tre segmenti: uno a raggio minore (cervicale), uno a raggio maggiore (dorsale) e uno a raggio minore (lombare).
Nella flessione, la porzione anteriore dei dischi si comprime, mentre il legamento longitudinale posteriore, i legamenti gialli, i legamenti interspinosi, il legamento sopraspinoso e i muscoli del dorso vanno in tensione.
In stazione eretta, i muscoli che iniziano la flessione sono quelli della parete addominale, soprattutto il retto dell’addome e i due obliqui, l’ileo-psoas, e i muscoli sottoioidei e sternocleidomastoidei. Una volta iniziato il movimento, il gruppo antagonista degli estensori entra in azione e modula la flessione del tronco, vincendo le forze gravitazionali.
Per l’estensione in stazione eretta, avviene l’opposto: gli estensori (muscoli dei solchi vertebrali) iniziano il movimento, poi il gruppo anteriore controlla. Se l’estensione si esegue in decubito ventrale, gli estensori continuano a sostenere il movimento.
Nell’estensione, le porzioni posteriori dei dischi si comprimono, mentre il legamento longitudinale anteriore va in tensione. L’estensione e bloccata nella fase finale dal contatto dei processi articolari e, in ultima istanza, dei processi spinosi.
L’inclinazione laterale ha la massima ampiezza nel tratto dorsale. Quando e presente anche un certo grado di torsione, il tronco si inclina ancora di piu lateralmente.
La rotazione e massima nella regione cervicale. La colonna dorsale ruota poco e solo se si inclina lateralmente; nella colonna lombare la torsione si esegue quando la colonna e in estensione, soprattutto nel segmento dorso-lombare. Quando la colonna e flessa, la torsione lombare non e possibile perche i condili vertebrali sono disposti verticalmente nelle articolazioni e bloccano il movimento; per la stessa ragione, in flessione non si puo eseguire nemmeno l’inclinazione laterale del segmento lombare.
Biomeccanica dell’articolazione atlanto-assiale (tra atlante e asse)
I movimenti tra atlante e asse hanno particolarita, perche tra queste due vertebre non esiste alcuna articolazione tra i corpi vertebrali, dato che l’atlante non ha corpo vertebrale. L’atlante non presenta veri processi articolari inferiori, ridotti a semplici superfici articolari sulle facce inferiori delle masse laterali. Insieme a esse, i processi superiori dell’asse formano le articolazioni atlanto-assiali laterali, articolazioni piane come quelle tra i processi articolari delle altre vertebre.
Esiste inoltre un’articolazione atlanto-assiale mediana: dal lato dell’asse e data dal processo odontoideo; dal lato dell’atlante da un anello osteofibroso in cui penetra il processo odontoideo.
Nell’articolazione atlanto-assiale si compie solo la rotazione della testa. Durante questa rotazione, il processo odontoideo resta fermo come un perno, mentre l’anello dell’atlante ruota attorno ad esso. Per rendere possibile la rotazione dell’atlante, esso scivola sulle superfici articolari laterali dell’asse. L’ampiezza di rotazione consentita dal complesso atlanto-assiale e di circa 30 gradi per lato (sinistra e destra). Rotazioni di ampiezza maggiore avvengono con la partecipazione delle articolazioni vertebrali sottostanti.
Biomeccanica dell’articolazione occipito-atlantoidea
Questa articolazione permette movimenti di flessione ed estensione e movimenti di inclinazione laterale della testa, ma non consente rotazioni.
La flessione-estensione avviene attorno a un asse trasversale che passa per la parte superiore delle cavita glenoidee dell’atlante; la testa agisce sulla colonna come una leva di primo genere: la forza e data dai muscoli della nuca, la resistenza e data dal peso della testa che tende a cadere in avanti, e il punto d’appoggio e sulla colonna.
L’ampiezza di flessione della testa consentita dall’articolazione occipito-atlantoidea e di circa 20 gradi, e quella di estensione di circa 30 gradi. Questa ampiezza e sufficiente solo per i movimenti con cui si “annuisce”. L’aumento dell’ampiezza di flessione-estensione e possibile solo con la partecipazione delle vertebre sottostanti.
L’inclinazione laterale e limitata a circa 15 gradi nell’articolazione occipito-atlantoidea e avviene attorno a un asse sagittale che passa per ciascun condilo occipitale.