Kształtowanie się kręgosłupa i pionowej postawy ciała ludzkiego w ontogenezie

Ludzki kręgosłup przechodzi kolejno przez błoniaste, chrzęstne i kostne stadia rozwoju. Jego elementy pojawiają się na wczesnych etapach rozwoju embrionalnego. Początkowo zawiązki trzonów kręgowych znajdują się daleko od siebie, rozdzielone warstwami embrionalnej mezenchymy. Następnie zaczynają rozwijać się łuki kręgowe, tworzą się wyrostki poprzeczne i stawowe, następnie kręgi różnicują się niemal całkowicie, a wyrostki kolczyste są jeszcze nieobecne.

Cięciwa w zarodku jest zredukowana i zachowana jedynie w postaci galaretowatego rdzenia krążków międzykręgowych. Charakterystyczną cechą kręgosłupa we wczesnym stadium rozwoju wewnątrzmacicznego jest podobieństwo trzonów kręgów w ich kształcie. Pod koniec drugiego miesiąca rozwoju wewnątrzmacicznego rozmiary kręgów szyjnych gwałtownie wzrastają. Zwiększenia trzonów kręgów lędźwiowych i krzyżowych nie obserwuje się nawet u noworodków ze względu na brak wewnątrzmacicznych oddziaływań grawitacyjnych.

Więzadło podłużne jest układane w zarodkach na grzbietowej powierzchni trzonów kręgowych. Krążek międzykręgowy w zarodkach powstaje z mezenchymy. Ośrodki kostnienia w kręgosłupie zarodkowym pojawiają się najpierw w dolnych kręgach piersiowych i górnych kręgach lędźwiowych, a następnie są śledzone w innych przekrojach.

Po urodzeniu dziecko natychmiast zaczyna zmagać się z wieloma wpływami zewnętrznymi. A najważniejszym bodźcem, który ukształtuje jego postawę, jest grawitacja. Od momentu narodzin do momentu ukształtowania postawy właściwej dorosłemu człowiekowi, każde dziecko, według A. Potapchuka i M. Didura (2001), przechodzi przez następujące poziomy kształtowania ruchu:

• poziom A - dziecko leżąc na brzuchu podnosi głowę. Jednocześnie dzięki odruchom szyjno-tonicznym kształtuje się poziom zapewniający równowagę ciała i podstawowy próg napięcia mięśni;
• poziom B - kształtowanie się połączeń mięśniowo-stawowych, które warunkują rozwój automatyzmu motorycznego. Okres ten odpowiada etapowi nauki raczkowania i siadania; zaczyna kształtować się mechanizm jednostronnego, a następnie wielostronnego włączania mięśni kończyn, co następnie zapewnia kształtowanie się optymalnego stereotypu chodzenia i stania;
• poziom C – kształtuje się pod koniec pierwszego roku życia i pozwala dziecku na szybkie poruszanie się w przestrzeni, wykorzystując posiadany arsenał zdolności motorycznych;
• Poziom D - powstaje pionowa postawa ciała, w której równowaga mięśniowa w pozycji stojącej jest zapewniona przy minimalnym wysiłku mięśniowym. Wraz ze zmianą poziomów formowania ruchu zmienia się również kształt kręgosłupa. Wiadomo, że kręgosłup noworodka, z wyjątkiem niewielkiej krzywizny krzyżowej, nie ma prawie żadnych krzywizn fizjologicznych. Wysokość głowy w tym okresie jest w przybliżeniu równa długości ciała. Środek ciężkości głowy u niemowląt znajduje się bezpośrednio przed chrząstkozrostem między kością klinową i potyliczną oraz w stosunkowo dużej odległości przed stawem między czaszką a kręgiem szczytowym. Tylne mięśnie szyjne są nadal słabo rozwinięte. Dlatego ciężka, duża (w stosunku do reszty ciała) głowa zwisa do przodu, a noworodek nie jest w stanie jej unieść. Próby uniesienia głowy prowadzą po 6-7 tygodniach do ukształtowania się lordozy szyjnej, która ustala się w kolejnych miesiącach w wyniku wysiłków mających na celu utrzymanie równowagi ciała w pozycji siedzącej. Lordozę szyjną tworzą wszystkie kręgi szyjne i dwa górne kręgi piersiowe. Jej szczyt znajduje się na poziomie od piątego do szóstego kręgu szyjnego.

W 6 miesiącu, gdy dziecko zaczyna siadać, tworzy się krzywizna w odcinku piersiowym z wypukłością do tyłu (kifoza). W pierwszym roku, gdy dziecko zaczyna stać i chodzić, tworzy się krzywizna w odcinku lędźwiowym, skierowana do przodu (lordoza).

Lordoza lędźwiowa obejmuje XI-XII kręg piersiowy i wszystkie kręgi lędźwiowe, a jej wierzchołek odpowiada trzeciemu-czwartemu kręgowi lędźwiowemu. Powstanie lordozy lędźwiowej zmienia położenie miednicy i sprzyja przemieszczeniu ogólnego środka ciężkości (GG) ciała człowieka do tyłu od osi stawu biodrowego, zapobiegając w ten sposób upadkowi ciała w pozycji pionowej. Kształt kręgosłupa u dziecka w wieku 2-3 lat charakteryzuje się niedostatecznie wyrażoną lordozą lędźwiową, która osiąga największy rozwój u osoby dorosłej.

Krzywizna krzyżowo-guziczna pojawia się u zarodków. Jednak zaczyna się rozwijać dopiero przy pierwszych próbach chodzenia w pozycji wyprostowanej i przy pojawieniu się lordozy lędźwiowej. Na powstanie tej krzywizny wpływa siła grawitacji, przekazywana do podstawy kości krzyżowej przez wolny odcinek kręgosłupa i mająca tendencję do klinowania kości krzyżowej między kośćmi biodrowymi, oraz naciąganie więzadeł znajdujących się między kością krzyżową a kością kulszową. Więzadła te mocują dolną część kości krzyżowej do guzka i kolca kości kulszowej. Interakcja tych dwóch sił jest głównym czynnikiem determinującym rozwój krzywizny krzyżowo-guzicznej.

Wraz z kształtowaniem się fizjologicznych krzywizn kręgosłupa zmienia się również kształt krążków międzykręgowych. Jeśli krążki noworodka mają taką samą wysokość zarówno z przodu, jak i z tyłu, to wraz z kształtowaniem się krzywizn zmienia się ich kształt, a chrząstki w odcinku strzałkowym przyjmują nieco klinowatą formę. W obszarze lordozy większa wysokość tego klina jest skierowana do przodu, a mniejsza do tyłu. W obszarze kifozy piersiowej natomiast większa wysokość jest z tyłu, a mniejsza z przodu. W odcinku krzyżowym i guzicznym kręgosłup ma krzywiznę skierowaną do tyłu. Krążki międzykręgowe odcinka krzyżowego mają znaczenie tymczasowe i są zastępowane tkanką kostną w wieku 17-25 lat, w wyniku czego ruchomość kręgów krzyżowych względem siebie staje się niemożliwa.

Wzrost kręgosłupa jest szczególnie intensywny w pierwszych dwóch latach życia. Jego długość osiąga 30-34% ostatecznego rozmiaru. Różne odcinki kręgosłupa rosną nierównomiernie. Najintensywniej rośnie odcinek lędźwiowy, następnie odcinek krzyżowy, szyjny, piersiowy, a najmniej guziczny. Od 1,5 do 3 roku życia wzrost kręgów szyjnych i górnych piersiowych stosunkowo zwalnia. Dalszy wzrost kręgosłupa obserwuje się w wieku 7-9 lat. W wieku 10 lat szybko rosną kręgi lędźwiowe i dolne piersiowe. Wzrost tempa wzrostu kręgosłupa obserwuje się również w okresie dojrzewania.

Do drugiego roku życia łączna długość części kostnej i chrzęstnej kręgosłupa zwiększa się z równą intensywnością, po czym wzrost części chrzęstnej względnie zwalnia.

Kręgi noworodka są stosunkowo szersze i krótsze niż kręgi osoby dorosłej. U dzieci w wieku od 3 do 15 lat rozmiary poszczególnych kręgów, zarówno pod względem wysokości, jak i szerokości, zwiększają się od góry do dołu, od górnego odcinka piersiowego do dolnego odcinka lędźwiowego. Te różnice (przynajmniej te związane ze wzrostem szerokości) zależą od wzrostu obciążenia ciężarem odczuwanego przez kręgi położone poniżej. W wieku 6 lat występują niezależne punkty kostnienia w górnej i dolnej części kręgów, a także na końcach wyrostków kolczystych i poprzecznych.

Całkowity wzrost kręgów średnio od 3 do 6 lat przebiega z taką samą intensywnością pod względem wysokości i szerokości. W wieku 5-7 lat wzrost szerokości kręgów pozostaje nieco w tyle za wzrostem wysokości, a w kolejnych wiekach wzrost kręgów we wszystkich kierunkach wzrasta.

Proces kostnienia kręgosłupa przebiega etapami. W 1-2 roku życia obie połowy łuków łączą się, w 3 roku życia łuki z trzonami kręgowymi. W wieku 6-9 lat na górnych i dolnych powierzchniach trzonów kręgowych, a także na końcach wyrostków kolczystych i poprzecznych tworzą się niezależne ośrodki kostnienia. W wieku 14 lat kostnieją środkowe części trzonów kręgowych. Całkowite kostnienie poszczególnych kręgów kończy się w wieku 21-23 lat.

W miarę kształtowania się krzywizn kręgosłupa zwiększa się rozmiar klatki piersiowej i miednicy, co z kolei pomaga w utrzymaniu wyprostowanej postawy i poprawia sprężystość kręgosłupa podczas chodzenia i skakania.

Zdaniem wielu autorów na kształtowanie się ludzkiego kręgosłupa i jego pionową postawę ciała wpływa wysokość, na której znajduje się ogólny środek ciężkości ciała.

Związane z wiekiem cechy położenia wspólnego środka ciężkości spowodowane są nierównomiernymi zmianami wielkości biopołączeń, zmianami w stosunku mas tych ogniw ciała w okresie wzrostu. Są one również związane z charakterystycznymi cechami nabytymi w każdym okresie wieku, począwszy od momentu, gdy dziecko po raz pierwszy staje, a skończywszy na starości, kiedy w wyniku inwolucji starczej zmiany biomechaniczne zachodzą równocześnie ze zmianami morfologicznymi.

Według G. Kozyriewa (1947) ogólny środek ciężkości noworodków znajduje się na wysokości V-VI kręgów piersiowych (określonych w pozycji maksymalnego możliwego wyprostowania kończyn dolnych przez bandażowanie). To czaszkowe położenie ogólnego środka ciężkości tłumaczy się charakterystycznymi proporcjami ciała noworodków.

W miarę jak dziecko rośnie, ogólny środek ciężkości stopniowo się zmniejsza. Tak więc u 6-miesięcznego dziecka znajduje się on na poziomie 10. kręgu piersiowego. W wieku 9 miesięcy, kiedy większość dzieci potrafi już samodzielnie stać, ogólny środek ciężkości spada na poziom 11.-12. kręgu piersiowego.

W ujęciu biomechanicznym najciekawszym procesem jest przejście do pionowej pozycji ciała. Pierwsze stanie charakteryzuje się nadmiernym napięciem wszystkich mięśni, nie tylko tych, które bezpośrednio utrzymują ciało w pozycji pionowej, ale także tych, które nie odgrywają roli w akcie stania lub mają jedynie pośredni wpływ. Wskazuje to na niewystarczające zróżnicowanie mięśni i brak niezbędnej regulacji napięcia. Ponadto niestabilność jest również spowodowana wysokim położeniem CG i małą powierzchnią podparcia, co utrudnia utrzymanie równowagi.

Dziecko 9-miesięczne ma specyficzną postawę w płaszczyźnie strzałkowej. Charakteryzuje się ona tym, że kończyny dolne dziecka znajdują się w pozycji półzgiętej (kąt zgięcia stawu kolanowego u dziecka 9-miesięcznego sięga 162°, u rocznego – 165°), a ciało jest lekko pochylone do przodu w stosunku do osi pionowej (7-10°). Półzgięte położenie kończyn dolnych wynika nie z przechylenia miednicy lub ograniczenia wyprostu w stawach biodrowych, ale z tego, że dziecko przystosowuje się do utrzymywania ciała w takiej równowadze, że wykluczona jest możliwość jej nieoczekiwanego naruszenia i zapewnione jest bezpieczeństwo upadku. Powstawanie specyficznej postawy w tym wieku jest spowodowane przede wszystkim brakiem utrwalonej umiejętności stania. W miarę nabywania takiej umiejętności niepewność w statycznej stabilności ciała stopniowo zanika.

W wieku dwóch lat dziecko stoi pewniej i znacznie swobodniej przesuwa środek ciężkości w obszarze podparcia. Wysokość ogólnego środka ciężkości ciała znajduje się na wysokości pierwszego kręgu lędźwiowego. Stopniowo zanikają półzgięte kończyny dolne (kąt zgięcia w stawach kolanowych osiąga 170°).

Postawa trzyletniego dziecka w pozycji stojącej charakteryzuje się pionowym ustawieniem ciała i lekkim zgięciem kończyn dolnych (kąt zgięcia w stawie kolanowym wynosi 175°). W obrębie kręgosłupa wyraźnie widoczna jest kifoza piersiowa i wyłaniająca się lordoza lędźwiowa. Płaszczyzna pozioma ogólnego środka ciężkości ciała znajduje się na wysokości drugiego kręgu lędźwiowego. Podłużne osie stóp tworzą kąt około 25-30°, jak u dorosłych.

W postawie dzieci pięcioletnich nie występują już oznaki półzgięcia kończyn dolnych (kąt w stawie kolanowym wynosi 180°). Płaszczyzna pozioma ogólnego środka ciężkości ciała znajduje się na wysokości trzeciego kręgu lędźwiowego. W kolejnych latach zmiany w lokalizacji CG ciała polegają głównie na jego stopniowym zmniejszaniu się i bardziej stabilnej regulacji w płaszczyźnie strzałkowej.

W wyniku starzenia się organizmu w układzie mięśniowo-szkieletowym zachodzą zmiany anatomiczne, fizjologiczne i biomechaniczne.

G. Kozyriew (1947) wyróżnił trzy główne typy postawy charakteryzujące się najbardziej charakterystycznymi cechami morfologicznymi i biomechanicznymi.

Pierwszy typ postawy starczej charakteryzuje się gwałtownym przesunięciem środka ciężkości do przodu - tak bardzo, że płaszczyzna strzałkowa znajduje się przed środkami trzech głównych stawów kończyn dolnych. Podparcie stanowią głównie przednie części stóp, głowa pochylona jest do przodu, lordoza szyjna spłaszczona. W dolnej części odcinka szyjnego i piersiowego występuje ostra kifoza. Kończyny dolne nie są w pełni wyprostowane w stawie kolanowym (kąt zgięcia waha się od 172 do 177°).

Drugi typ postawy starczej charakteryzuje się tylnym przesunięciem środka ciężkości. Jego płaszczyzna strzałkowa przechodzi za środkiem stawu biodrowego i zamyka go biernie, wykorzystując w tym celu napięcie więzadła biodrowo-udowego. Tułów jest odchylony do tyłu, obniżony brzuch jest wypchnięty do przodu. Kręgosłup ma kształt „okrągłych pleców”.

Trzeci typ postawy charakteryzuje się ogólnym zwiotczeniem ciała bez pochylenia tułowia do przodu lub do tyłu. Wydaje się, że grawitacja ściska ciało wzdłuż osi pionowej; w rezultacie szyja wydaje się stać się krótsza z powodu zwiększenia krzywizny szyjnej, tułów stał się krótszy z powodu zwiększenia kifozy piersiowej, a kończyny dolne - z powodu zgięcia w trzech głównych stawach. Płaszczyzna strzałkowa ogólnego środka ciężkości przechodzi ku tyłowi od środka stawu biodrowego, zamykając go biernie od tyłu lub przez środek stawu kolanowego. W rezultacie ostatnie dwa stawy mogą być zamknięte tylko aktywnie.

Przy badaniu osoby starszej lub zniedołężniałej pierwszą rzeczą, na którą zwraca się uwagę, jest jej postawa, która często charakteryzuje się wyraźną lordozą szyjną i lędźwiową oraz kifozą piersiową.

U osób starszych i niedołężnych kifoza kręgosłupa zwiększa się, stopniowo tworzy się okrągły kręgosłup, a także zwiększa się lordoza szyjna i lędźwiowa. Nawet przy normalnym obciążeniu statycznym w ciągu życia następuje pewien wzrost kifozy piersiowej. Przy długotrwałych obciążeniach statycznych (przeciążeniach) po stronie wklęsłości następuje zmiana krążków międzykręgowych i rozwija się stała krzywizna (hiperkifoza związana z wiekiem) ze wszystkimi tego konsekwencjami. Podrushnyak i Ostapchuk (1972) zidentyfikowali pięć typów postawy właściwej dla starości, na podstawie analizy radiogramów fizjologicznych krzywizn kręgosłupa:

1. bez zmian, kąt krzywizny klatki piersiowej większy niż 159°;
2. pochylona, kąt kręgosłupa piersiowego 159-151°;
3. kifoza, kąt krzywizny odcinka piersiowego jest mniejszy niż 151°, lędźwiowego – 155-164°;
4. kifotyczno-lordotyczna – kąt krzywizny odcinka piersiowego wynosi mniej niż 151% kąta krzywizny odcinka lędźwiowego – mniej niż 155°;
5. kifotyczno-spłaszczony, kąt krzywizny odcinka piersiowego wynosi mniej niż 15°, lędźwiowego - więcej niż 164°.

Autorzy stwierdzili, że wraz z wiekiem najbardziej wyraźne zmiany krzywizn występują w płaszczyźnie strzałkowej kręgosłupa piersiowego, dość wyraźnie w kręgosłupie szyjnym i nieco mniej w kręgosłupie lędźwiowym.

Do 60 roku życia skoliozę, kifozę piersiową, lordozę szyjną i lędźwiową częściej wykrywa się u kobiet. Wraz z wiekiem liczba osób z niezmienioną postawą w pozycji wyprostowanej gwałtownie spada, a liczba osób z kifozą wzrasta.

Wśród różnych zmian w strukturze i funkcji kręgosłupa, które rozwijają się w procesie starzenia, przemieszczenia lub skręcenia kręgów zajmują szczególne miejsce, ponieważ częstość ich wykrywania i nasilenie wzrastają wraz z wiekiem.

Według Ostapczuka (1974) skrzywienia skrętne kręgosłupa piersiowego i lędźwiowego występują u ponad połowy praktycznie zdrowych osób obu płci i są wykrywane częściej wraz z wiekiem. U większości osób skręt kręgosłupa łączy się z skrzywieniem w płaszczyźnie czołowej, a jego kierunek jest ściśle związany z postacią skoliozy.

Skręt, który rozwija się wraz z wiekiem, jest ściśle związany z dysfunkcją mięśnia najdłuższego. Jest on zaostrzany przez połączenie skrętu i bocznego skrzywienia kręgosłupa. Skręt i dysfunkcja mięśnia najdłuższego rozwijają się na tle procesów dystroficzno-destrukcyjnych kręgosłupa, zwiększając negatywny wpływ na statykę i dynamikę człowieka wraz ze starzeniem się.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]