Механическая стабильность поясничного отдела позвоночника in vivo: значение для травм и хронической боли в пояснице

Одной из важных механических функций поясничного отдела позвоночника является поддержка верхней части тела за счёт передачи сжимающих и сдвигающих сил нижней части тела при выполнении повседневных действий. Для надёжной передачи этих сил необходимо обеспечить механическую стабильность позвоночного комплекса. Целью настоящего исследования была разработка метода количественной оценки механической стабильности поясничного отдела позвоночника in vivo при различных трёхмерных динамических нагрузках. Для оценки стабильности использовали модель поясничного отдела позвоночника, учитывающую различные способы участия мышц и связок в движениях человека; индекс стабильности рассчитывали три раза в секунду на протяжении каждого теста. Анатомически модель включала жёсткие таз и грудную клетку, пять позвонков, 90 мышечных пучков, а также межпозвонковые диски, связки и фасеточные суставы, представленные сосредоточенными параметрами. Метод состоял из трёх подмоделей: мышечной модели распределения и моментов связей поперечных мостиков для оценки силы и жёсткости мышц по электромиограмме; модели тела в виде системы жёстко соединённых сегментов для оценки внешних сил и моментов, действующих на поясничные позвонки; и модели поясничного отдела позвоночника с 18 степенями свободы для оценки моментов, создаваемых 90 мышечными пучками и объединёнными пассивными тканями. Для расчёта относительного индекса стабильности поясничного отдела позвоночника у трёх испытуемых использовали силы отдельных мышц и соответствующую им жёсткость, оценённые с помощью алгоритма оптимизации с учётом электромиографии, а также внешние силы. По-видимому, при выполнении задач, требующих значительных мышечных усилий, запас механической стабильности достаточно велик. Однако при меньших нагрузках возникает потенциальная опасность потери устойчивости позвоночника с его изгибом, особенно при снижении пассивной жёсткости суставов. В контексте стабильности поясничного отдела позвоночника представлены несколько гипотез о механизмах травмирования при небольших нагрузках и этиологии хронической боли в спине.