В межпозвоночном диске выделяют центральную часть, или студенистое ядро (1), приблизительно на 80 % состоящее из воды, и периферическую часть, или фиброзное кольцо (2), образованное концентрическими слоями волокнистой соединительной ткани наподобие луковицы.

• Распределение нагрузки (вместе с дугоотростчатыми суставами) по всей длине позвоночника.

• Позвонки могут смещаться по отношению друг к другу, позволяя совершить движение.

• Кроме того, диски служат в качестве амортизаторов для защиты позвоночника от воздействия, вызываемого при определенном движении, как, например, во время бега или прыжка. Нагрузка на позвоночник снижается благодаря эластичности дисков (амортизирующий эффект) и напряжению связок и мышц.

Функциональная единица, образованная двумя позвонками и межпозвоночным диском, действует при сгибании/разгибании или при продольном сжатии наподобие механизма пинцета или зажима.

• При сгибании позвонки сближаются спереди, провоцируя напряжение растяжения задних волокон дисков (1) и компрессионное напряжение передних волокон (2). Пространство между телами позвонков (высота диска) в передней части меньше, чем в задней части. Это служит причиной разницы давления (больше в передней части), под действием которого ядро смещается кзади, увеличивается напряжение задних волокон диска (давлением на ядро), и все это суммируется к изначальному напряжению растяжения.

• Задние суставные поверхности немного отделяются и, таким образом, не нагружаются. Давление передается на межпозвоночный диск.

• Периметр соединительных отверстий увеличивается.

• Задние связки натягиваются и ограничивают движение.

• При разгибании все происходит с точностью наоборот: позвонки сближаются сзади, а ядро смещается вперед вследствие сокращения высоты диска в задней части (3).

• Часть нагрузки передается на дугоотростчатые суставные поверхности, которые плотно соединены (наподобие торцевых ограничителей движения), таким образом, чем больше разгибание, тем больше давление на поверхности.

• Периметр соединительных отверстий сокращается.

• Передняя позвоночная связка натягивается и вместе с дугоотростчатыми суставами ограничивает движение.

• Ядро смещается в сторону, противоположную движению. Например, при наклоне вправо ядро сместится влево.

• В дугоотростчатых суставах на стороне, куда направлено движение, увеличивается давление, а на противоположной стороне давление снижается.

• Диаметр соединительных отверстий, расположенных на стороне по направлению движения, сокращается, а диаметр соединительных отверстий на противоположной стороне увеличивается.

• Межпоперечные связки на стороне, противоположной направлению движения, натягиваются.

Если рассмотреть фиброзное кольцо через микроскоп, можно увидеть, что оно состоит из слоев и пластин, образованных перекрещивающимися волокнами. Один слой волокон направлен в одну сторону, другой слой направлен в противоположную сторону, как это показано на рисунке. При повороте позвоночника волокна смещаются горизонтально, производя натяжение и принуждая позвонки приблизиться друг к другу. Иными словами, во время движения диски сжимаются таким образом, что высота позвоночника уменьшается.

Группа исследователей во главе со скандинавским ученым Нахемсоном провела многочисленные испытания функционирования межпозвоночных дисков при различных положениях тел а. В течение 20 лет 100 добровольцам измеряли нагрузку на межпозвоночные диски с помощью зонда, чувствительного к давлению («Disc Pressure Measurements», Spine, 1981).

С другой стороны Вилке и его команда получили схожие результаты, хотя исследование проводилось на одном человеке (также с помощью зонда, вводимого в диск на уровне позвонков L4 и L5). Вдобавок ученые рассмотрели новые положения тела, чтобы определить, способствуют ли они повреждению дисков, и оценить болезненные процессы. Межпозпозвоночные диски испытуемого, мужчины 45 лет, весом 70 кг, были в пределах нормы.

(ноги вытянуты)

В положении лежа на спине происходит значительное снижение давления на межпозвоночные диски, так как отсутствует вертикальная нагрузка на позвоночник. Силы мышечного напряжения и внутридисковая жидкость дают давление 1,02 кг/см².

(ноги согнуты)

Если в положении лежа ноги согнуты в бедрах, давление снижается до 0,816 кг/см² вследствие отсутствия давления натяжения пояснично-подвздошных мышц над поясничными позвонками (смотри с. 274 и 275).

В этом положении также отсутствует давление сгибающих мышц бедра на диски, несмотря на то что нагрузка немного выше, чем в положении лежа на спине (1,22 кг/см²). Возможно, это объясняется легким изгибом позвоночника, растянутого как мост от надплечья к тазу. Как указывает автор данного исследования, это ставит под вопрос то, является ли на самом деле положение лежа на спине наилучшим положением для сна (смотри с. 274).

(с опорой)

Во время расслабленного сидения с опорой на спину и таз давление на диски увеличивается втрое по сравнению с положением лежа на спине (3,37 кг/см²).

Если откинуться на спинку стула, давление на диски сокращается приблизительно на 20 % вследствие мышечного расслабления и переноса части веса тела на спинку стула (2,75 кг/см²).

(без опоры)

В положении сидя без опоры на спину тонус мышц увеличивается. Мышечное напряжение и давление на позвоночник веса верхней части тела провоцируют увеличение нагрузки на межпозвоночные диски (4,49 кг/см²).

(спина согнута)

Если согнуть позвоночник в положении сидя, как когда мы застегиваем обувь, значительно увеличивается давление на нижние диски (8,46 кг/см²). Для того чтобы сохранить диски, рекомендуется избегать этого положения (смотри с. 285).

Давление, оказываемое на диски в положении стоя (5,1 кг/см²), выше, чем в положении сидя без опоры, возможно, из-за веса рук (при сидении руки лежат на коленях) и увеличения тонуса, необходимого для поддержания равновесия.

Следует отметить значительное увеличение давления на диски при сгибании позвоночника из положения стоя (16,3 кг/см²). Согласно испытаниям, проведенным Нахемсоном, сгибание всего лишь на 20° увеличивает компрессию дисков в 2,5 раза. Частое повторение такого движения может с легкостью привести к износу дисков.

Исследования Вилке показали опасное увеличение давления на диски при поднятии веса в 20 кг из положения стоя с согнутым позвоночником (26,5 кг/см²). Это разрушает диски и способствует возникновению люмбалгии (смотри с. 189 и 280). Если поднятие веса выполняется из положения сидя на корточках и при этом спина прямая, давление снижается на 35 % (17,3 кг/ см²).

Большинство тканей организма получают питательные вещества и кислород, необходимые для осуществления метаболической деятельности, из кровеносных сосудов. В случае с межпозвоночными дисками питание происходит только за счет диффузии. В течение дня диски подвергаются нагрузке и теряют в высоте. Это происходит потому, что жидкость ядра через поры переходит в прилегающие тела позвонков. Оказавшись там, жидкость обогащается питательными веществами и кислородом благодаря развитой сети сосудов тел позвонков.

Во время сна нагрузка на диски значительно снижается, и регенерированная жидкость вновь возвращается в них. В течение дня диски теряют от 10 до 25 % жидкости и к вечеру уменьшаются на 1–2 см. То есть высота диска утром больше, чем вечером. Уменьшение размера происходит уже после первых четырех часов, которые человек проводит «на ногах».

Физическая активность способствует питанию дисков, в особенности физические упражнения, снижающие компрессию дисков и чистую потерю жидкости в течение дня.

С возрастом происходит дегенерация межпозвоночного диска (потеря влаги и эластичности), высота диска уменьшается. Сам диск становится более хрупким и чувствительным к повреждениям (смотри с. 226). Потеря в высоте диска, усиление изгибов позвоночника в пожилом возрасте и остеопоротические изменения приводят к уменьшению роста человека.