Coloană vertebrală

Coloana vertebrală, cunoscută și sub numele de șira spinării este partea centrală a scheletului axial la animalele vertebrate. Coloana vertebrală este caracteristica definitorie a endoscheletului de vertebrate în care notocorda (o tijă flexibilă de glicoproteină învelită în colagen) găsită în toate cordatele a fost înlocuită cu o serie segmentată de oase neregulate mineralizate (sau uneori, cartilaje) numite vertebre, separate de discurile intervertebrale. Porțiunea dorsală a coloanei vertebrale găzduiește canalul spinal, o cavitate formată prin alinierea arcadelor neurale care închide și protejează măduva spinării.

Există aproximativ 50.000 de specii de animale care au o coloană vertebrală. Coloana vertebrală umană este unul dintre exemplele cele mai studiate, deoarece structura generală a vertebrelor umane este destul de tipică (omologă) cu cea găsită la alte mamifere, reptile și păsări. Cu toate acestea, forma corpului vertebral variază oarecum între diferitele grupuri de specii vii.

Vertebrele individuale sunt denumite în funcție de regiunea corporală corespunzătoare (gât, torace, abdomen, pelvis sau coadă). În medicina clinică, caracteristicile de pe vertebre (în special procesul spinos) pot fi utilizate ca repere de suprafață pentru a ghida proceduri medicale, cum ar fi puncția lombară și anestezia spinală. Există, de asemenea, multe boli ale coloanei vertebrale la oameni care pot afecta atât vertebrele osoase, cât și discurile intervertebrale, cu cifoza/scolioza, spondilita anchilozantă, discurile degenerative și spina bifida fiind exemple recunoscute.

Structura

Ordinea de numerotare a vertebrelor coloanei vertebrale umane

Numărul de vertebre dintr-o regiune poate varia, dar în general numărul rămâne același. Într-o coloană vertebrală umană, există în mod normal 33 de vertebre. Cele 24 de vertebre pre-sacrale superioare sunt articulate și separate una de cealaltă prin discuri intervertebrale, iar cele nouă inferioare sunt fuzionate la adulți, cinci în sacrum și patru în coccis. Vertebrele articulare sunt denumite în funcție de regiunea lor a coloanei vertebrale. Există 7 vertebre cervicale, 12 vertebre toracice și 5 vertebre lombare. Numărul celor din regiunea cervicală, totuși, se modifică doar rar, în timp ce cel din regiunea coccigiană variază cel mai mult. Excluzând abaterile rare, numărul total de vertebre variază de la 32 la 35. La aproximativ 10% dintre oameni, atât numărul total de vertebre pre-sacrale, cât și numărul de vertebre din părți individuale ale coloanei vertebrale pot varia. Cele mai frecvente abateri sunt: 11 (rar 13) vertebre toracice, 4 sau 6 vertebre lombare, 3 sau 5 vertebre coccigiene (rar până la 7).

Există ligamente care se extind pe lungimea coloanei în față și în spate, iar între vertebrele care unesc apofizele spinoase, procesele transversale și laminele vertebrale.

Vertebrele

Vertebrele din coloana vertebrală umană sunt împărțite în diferite regiuni, care corespund cu curbele coloanei vertebrale. Vertebrele articulare sunt denumite în funcție de regiunea lor a coloanei vertebrale. Vertebrele din aceste regiuni sunt în esență asemănătoare, cu variații minore. Aceste regiuni sunt numite coloana cervicală, coloana toracală, coloana lombară, sacrul și coccis. Există șapte vertebre cervicale, douăsprezece vertebre toracice și cinci vertebre lombare.

Numărul de vertebre dintr-o regiune poate varia, dar în general numărul rămâne același. Numărul celor din regiunea cervicală, totuși, se modifică doar rar. Vertebrele coloanelor cervicale, toracice și lombare sunt oase independente și, în general, destul de asemănătoare. Vertebrele sacrului și coccisul sunt de obicei fuzionate și nu se pot mișca independent. Două vertebre speciale sunt atlasul și axa, pe care se sprijină capul.

O vertebră tipică este formată din două părți: corpul vertebral și arcul vertebral. Arcul vertebral este posterior, adică este orientat spre spatele unei persoane. Împreună, acestea înglobează foramenul vertebral, care conține măduva spinării. Deoarece măduva spinării se termină în coloana lombară, iar sacrul și coccisul sunt fuzionate, acestea nu conțin un foramen central. Arcul vertebral este format dintr-o pereche de pediculi și o pereche de lamine și susține șapte procese, patru articulare, două transversale și una spinoasă, aceasta din urmă fiind cunoscută și sub denumirea de coloană neură. Două procese transversale și una spinoasă sunt posterioare (în spatele) corpului vertebral. Procesul spinos iese pe spate, un proces transversal iese pe stânga și unul pe dreapta. Procesele spinoase ale regiunilor cervicale și lombare pot fi simțite prin piele.

Deasupra și dedesubtul fiecărei vertebre sunt articulații numite fațete. Acestea restrâng intervalul posibil de mișcare și sunt unite printr-o porțiune subțire a arcului neural numită pars interarticularis. Între fiecare pereche de vertebre sunt două găuri mici numite foramine intervertebrale. Nervii spinali părăsesc măduva spinării prin aceste găuri.

Vertebrele individuale sunt denumite în funcție de regiunea și poziția lor. De sus în jos, vertebrele sunt:

• Coloana cervicală: 7 vertebre (C1–C7)
• Coloana vertebrală toracică: 12 vertebre (T1-T12)
• Coloana lombară: 5 vertebre (L1-L5)
• Sacru: 5 vertebre (fusionate) (S1–S5)
• Coccis: 4 (3–5) vertebre (contopite) (coccis)

Regiunea combinată a vertebrelor toracice și lombare este cunoscută sub numele de diviziune sau regiune toraco-lombară.

Formă

Coloana vertebrală este curbată în mai multe locuri, rezultat al evoluției bipede umane. Aceste curbe măresc rezistența coloanei vertebrale, flexibilitatea și capacitatea de a absorbi șocurile, stabilizând corpul în poziție verticală. Când sarcina asupra coloanei vertebrale este crescută, curburele cresc în adâncime (devin mai curbate) pentru a se adapta greutății suplimentare. Apoi, ele se întorc când greutatea este îndepărtată.

Coloana cervicală superioară are o curbă, convexă în față, care începe la axul (a doua vertebră cervicală) la vârful procesului odontoid sau gropi și se termină la mijlocul celei de-a doua vertebre toracice; este cea mai puțin marcată dintre toate curbele. Această curbă spre interior este cunoscută ca o curbă lordotică.

Curba toracică, concavă înainte, începe la mijlocul celei de-a doua și se termină la mijlocul celei de-a douăsprezecea vertebre toracice. Punctul său cel mai proeminent din spate corespunde procesului spinos al celei de-a șaptea vertebre toracice. Această curbă este cunoscută ca o curbă cifotică.

Curba lombară este mai marcată la femeie decât la bărbat; începe la mijlocul ultimei vertebre toracice și se termină la unghiul sacrovertebral. Este convexă anterior, convexitatea celor trei vertebre inferioare fiind mult mai mare decât cea a celor două vertebre superioare. Această curbă este descrisă ca o curbă lordotică.

Curba sacră începe la articulația sacrovertebrală și se termină în punctul coccisului; concavitatea sa este îndreptată în jos și înainte ca o curbă cifotică.

Curbele cifotice toracice și sacrale sunt denumite curbe primare, deoarece sunt prezente la făt. Curbele cervicale și lombare sunt compensatorii, sau secundare, și se dezvoltă după naștere. Curba cervicală se formează atunci când sugarul este capabil să își țină capul ridicat (la trei sau patru luni) și să stea în poziție verticală (la nouă luni). Curba lombară se formează mai târziu de la douăsprezece până la optsprezece luni, când copilul începe să meargă.

Suprafețe

Suprafața anterioară

Privit din față, se vede că lățimea corpurilor vertebrelor crește de la al doilea cervical la primul toracic; se produce apoi o uşoară diminuare în următoarele trei vertebre. Sub aceasta, există din nou o creștere treptată și progresivă a lățimii până la unghiul sacrovertebral. Din acest punct are loc o diminuare rapidă, până la vârful coccisului.

Suprafața posterioară

Din spate, coloana vertebrală prezintă în linia mediană apofizele spinoase. În regiunea cervicală (cu excepția celei de-a doua și a șaptea vertebre), acestea sunt scurte, orizontale și bifide. În partea superioară a regiunii toracice sunt îndreptate oblic în jos; în mijloc sunt aproape verticale, iar în partea inferioară sunt aproape orizontale. În regiunea lombară sunt aproape orizontale. Apofizele spinoase sunt separate prin intervale considerabile în regiunea lombară, prin intervale mai înguste la nivelul gâtului și sunt aproape apropiate în mijlocul regiunii toracice. Ocazional, unul dintre aceste procese se abate puțin de la linia mediană - ceea ce uneori poate indica o fractură sau o deplasare a coloanei vertebrale. 

Pe ambele părți ale apofizelor spinoase se află șanțul vertebral format de laminele din regiunile cervicale și lombare, unde este superficial, și de laminele și procesele transversale din regiunea toracică, unde este adânc și lat; aceste șanțuri adăpostesc mușchii adânci ai spatelui. Lateral de apofizele spinoase sunt procesele articulare, și mai mult lateral procesele transversale. În regiunea toracică, procesele transversale stau înapoi, într-un plan considerabil în spatele celui al acelorași procese în regiunile cervicale și lombare. În regiunea cervicală, procesele transversale sunt plasate în fața proceselor articulare, lateral de pediculi și între foramenele intervertebrale. În regiunea toracică sunt posterioare pediculilor, foramenelor intervertebrale și proceselor articulare. În regiunea lombară sunt în fața proceselor articulare, dar în spatele foramenelor intervertebrale.

Suprafețe laterale

Laturile coloanei vertebrale sunt separate de suprafața posterioară prin procesele articulare din regiunile cervicale și toracice și prin procesele transversale din regiunea lombară. În regiunea toracică, părțile laterale ale corpurilor vertebrelor sunt marcate în spate de fațete pentru articularea cu capetele coastelor. Mai posterior sunt foramenele intervertebrale, formate prin juxtapunerea crestăturilor vertebrale, de formă ovală, mai mici în partea cervicală și superioară a regiunilor toracice și crescând treptat în dimensiune până la ultimul lombar. Ei transmit nervii spinali speciali si sunt situati intre procesele transversale din regiunea cervicala si in fata lor, in regiunile toracice si lombare.

Anatomia unei vertebre

Ligamente

Există diferite ligamente implicate în menținerea împreună a vertebrelor în coloană și în mișcarea coloanei. Ligamentele longitudinale anterioare și posterioare se extind pe lungimea coloanei vertebrale de-a lungul față și spate a corpurilor vertebrale. Ligamentele interspinoase conectează procesele spinoase adiacente ale vertebrelor. Ligamentul supraspinos extinde lungimea coloanei vertebrale care trece de-a lungul spatelui proceselor spinoase, de la sacrum până la a șaptea vertebră cervicală. De acolo se continuă cu ligamentul nucal.

Dezvoltare

Diagrama care arată curbura normală a vertebrelor de la copilărie până la adolescență

Modelul segmentat uimitor al coloanei vertebrale se stabilește în timpul embriogenezei când somiții sunt adăugați ritmic la partea posterioară a embrionului. Formarea somitelor începe în jurul a treia săptămână când embrionul începe gastrulația și continuă până când se formează toți somiții. Numărul lor variază între specii: există 42 până la 44 de somiți în embrionul uman și în jur de 52 în embrionul de pui. Somiții sunt sfere, formate din mezodermul paraxial care se află pe părțile laterale ale tubului neural și conțin precursorii osului coloanei vertebrale, coastele vertebrelor și o parte din craniu, precum și mușchi, ligamente și piele. 

La scurt timp după formarea lor, sclerotomii, care dau naștere la o parte din osul craniului, vertebrele și coastele, migrează, lăsând în urmă restul somitului numit acum dermamiotom. Aceasta se împarte apoi pentru a da miotomii care vor forma mușchii și dermatomii care vor forma pielea spatelui. Sclerotomele se împart într-un compartiment anterior și unul posterior. Această subdiviziune joacă un rol cheie în modelarea definitivă a vertebrelor care se formează atunci când partea posterioară a unui somit se contopește cu partea anterioară a somitului consecutiv în timpul unui proces numit resegmentare. Întreruperea procesului de somitogeneză la om are ca rezultat boli precum scolioza congenitală. 

Pe măsură ce sclerotomul se dezvoltă, se condensează în continuare, dezvoltându-se în cele din urmă în corpul vertebral. Dezvoltarea formelor adecvate ale corpurilor vertebrale este reglată de genele HOX.

Țesutul mai puțin dens care separă segmentele sclerotomului se dezvoltă în discurile intervertebrale.

Curbele primare (curburi toracice și sacrale) se formează în timpul dezvoltării fetale. Curbele secundare se dezvoltă după naștere. Curbura cervicală se formează ca urmare a ridicării capului, iar curbura lombară se formează ca urmare a mersului.

Funcție

Măduva spinării din coloana vertebrală.

Măduva spinării

Coloana vertebrală înconjoară măduva spinării care călătorește în canalul spinal, format dintr-un orificiu central în interiorul fiecărei vertebre. Măduva spinării face parte din sistemul nervos central care furnizează nervi și primește informații de la sistemul nervos periferic din organism. Măduva spinării este formată din substanță cenușie și albă și o cavitate centrală, canalul central. Adiacent fiecărei vertebre apar nervii spinali. Nervii spinali furnizează aport nervos simpatic organismului, nervii care apar formând trunchiul simpatic și nervii splanhnici.

Canalul rahidian urmează diferitele curbe ale coloanei; este mare și triunghiulară în acele părți ale coloanei care se bucură de cea mai mare libertate de mișcare, cum ar fi regiunile cervicale și lombare, și este mică și rotunjită în regiunea toracică, unde mișcarea este mai limitată. Măduva spinării se termină în conul medular și cauda equina (din latină coada calului, un mănunchi de nervi spinali și rădăcini ale nervilor spinali).

Semnificație clinică

Boala

Spina bifidă este o afecțiune congenitală în care există o închidere defectuoasă a arcului vertebral. Uneori, meningele spinării și, de asemenea, măduva spinării pot ieși prin aceasta, iar aceasta se numește spina bifida cistică. Acolo unde afecțiunea nu implică această proeminență este cunoscută ca spina bifida oculta. Uneori, toate arcadele vertebrale pot rămâne incomplete.

O altă boală congenitală, deși rară, este sindromul Klippel-Feil, care este fuziunea a două dintre vertebrele cervicale.

Spondilolisteza este deplasarea înainte a unei vertebre, iar retrolisteza este o deplasare posterioară a unui corp vertebral în raport cu vertebrea adiacentă într-un grad mai mic decât o luxație.

Spondiloliza, cunoscută și sub denumirea de defect al parsului, este un defect sau o fractură la nivelul părții interarticulare a arcului vertebral.

Hernia de disc a coloanei vertebrale, denumită mai frecvent „disc alunecat”, este rezultatul unei rupturi în inelul exterior (anus fibros) al discului intervertebral, care lasă o parte din materialul moale, asemănător unui gel, nucleul pulpos, să iasă în aer. 

Stenoza spinării este o îngustare a canalului spinal care poate apărea în orice regiune a coloanei vertebrale, deși mai rar în regiunea toracică. Stenoza poate constrânge canalul rahidian dând naștere unui deficit neurologic.

Durerea la nivelul coccisului (coccis) este cunoscută sub numele de coccidinie.

Leziunea măduvei spinării este afectarea măduvei spinării care provoacă modificări ale funcției sale, fie temporare, fie permanente. Leziunile măduvei spinării pot fi împărțite în categorii: secțiuni complete, hemizecții, leziuni ale măduvei spinării centrale, leziuni ale măduvei spinării posterioare și leziuni ale măduvei spinării anterioare.

Vertebrele festone reprezintă creșterea concavității corpului vertebral posterior. Poate fi văzut pe radiografiile laterale și sagitale ale scanărilor CT și RMN. Concavitatea sa se datorează presiunii crescute care se exercită asupra vertebrelor din cauza unei mase. Masa internă a coloanei vertebrale, cum ar fi astrocitomul coloanei vertebrale, ependimomul, schwannomul, neurofibromul și acondroplazia provoacă festonarea vertebrelor.

Curbură

Curbura excesivă sau anormală a coloanei vertebrale este clasificată ca o boală a coloanei vertebrale sau dorsopatie și include următoarele curburi anormale:

• Cifoza este o curbură cifotică (convexă) exagerată a regiunii toracice în plan sagital, numită și hipercifoză. Aceasta produce așa-numita „cocoașă” sau „cocoașa văduvei”, o afecțiune care rezultă în mod obișnuit din osteoporoză.
• Lordoza este o curbură lordotică (concavă) exagerată a regiunii lombare în plan sagital, este cunoscută sub numele de hiperlordoză lombară și, de asemenea, ca „swayback”. Lordoza temporară este frecventă în timpul sarcinii.
• Scolioza, curbura laterală, este cea mai frecventă curbură anormală, care apare la 0,5% din populație. Este mai frecventă în rândul femelelor și poate rezulta din creșterea inegală a celor două părți ale uneia sau mai multor vertebre, astfel încât acestea să nu se contopească corect. Poate fi cauzată și de atelectazie pulmonară (deflația parțială sau completă a unuia sau mai multor lobi ai plămânilor), așa cum se observă în astm sau pneumotorax.
• Cifoscolioza, o combinație de cifoză și scolioză.

Repere anatomice

Vertebrele individuale ale coloanei vertebrale umane pot fi simțite și utilizate ca anatomie de suprafață, cu puncte de referință luate din mijlocul corpului vertebral. Aceasta oferă repere anatomice care pot fi folosite pentru a ghida proceduri precum puncția lombară și, de asemenea, ca puncte de referință verticale pentru a descrie locațiile altor părți ale anatomiei umane, cum ar fi pozițiile organelor.