Оказывается, что с точки зрения механики предел прочности позвоночника определяется системой его искривлений и формой позвонков. Если горизонтально разрезать позвоночник стоящего на ногах человека, то он будет напоминать букву Т, то есть известный в технике своей прочностью профиль тавровой балки. Проведенные исследования показали, что если удалить один из взаимно перпендикулярных элементов, скажем, остистый отросток, то предел прочности позвоночника снизится в шесть раз! Повышение прочности позвоночника к вертикальным нагрузкам обеспечивают существующие в нормальном позвоночнике физиологические искривления в виде шейного лордоза, грудного кифоза и поясничного лордоза. Если позвоночник стоящего на ногах человека разрезать в сагиттальной плоскости, то он будет иметь форму латинской буквы S. А из механики известно, что S-образная балка прочнее прямой в семнадцать раз!
Средний предел прочности позвоночника взрослого человека равен примерно 350 кг. Он различен для разных его отделов: шейного – примерно 113 кг, грудного – 210 кг, поясничного – 400 кг. Если учесть, что нормальная нагрузка на позвоночник, обусловленная тяжестью вышележащей части туловища, составляет для шейного отдела 50 кг, для грудного – около 75 кг и для поясничного – 125 кг, то запас прочности позвоночника человека почти втрое превышает нормальную нагрузку!
Межпозвонковые диски, особенно поясничные, испытывают на себе действие сил тяжести, а также мышечного тонуса, который действует на диски в качестве дополнительной силы сжатия. Наибольшие нагрузки приходятся на поясничные межпозвонковые диски в положении сидя. Так, у сидящего человека с массой тела 70 кг четвертый поясничный диск испытывает нагрузку, равную 142 кг, в положении стоя – 99 кг, в положении лежа – 20 кг. При нагрузке возрастает внутридисковое давление, следовательно, растет риск разрыва фиброзного кольца и формирования грыжи диска. Отсюда понятна ошибочность утверждений, что проблемы поясничного отдела связаны с вертикальным расположением позвоночника современного человека, скорее проблемы возникают как следствие постоянных сверхнагрузок на этот отдел, связанных с постоянно сидячим положением! Кстати, еще в XIX в. наиболее физиологичной позой для письменной работы считалась стоячая, делалась даже специальная мебель – конторки.
Силы давления, действующие на позвоночник, значительно возрастают, если руки человека используются в виде рычага. Подсчитано, что если вытянутой рукой человек поднимает груз в 45 кг, то его поясничный межпозвонковый диск испытывает нагрузку более чем в 750 кг, а если масса груза равна 90 кг, то нагрузка на пятый поясничный диск составляет около 1000 кг! Таковы некоторые прочностные характеристики позвоночника современного человека.
К сожалению, позвоночник, как и все другие органы (а может быть, и несколько больше), подвержен изменениям. Он не может оставаться одинаковым на протяжении всей жизни человека.
Необходимо всегда отчетливо различать биологический и календарный возраст человека. Разные люди в силу разнообразных причин стареют с различной скоростью. Здесь и генетические, и экологические, и физические причины. Нужно отметить только, что для любого человека возрастные изменения, коль скоро они имеют место, обязательно сказываются на состоянии позвоночника.
Несмотря на то что у некоторых людей календарный возраст не соответствует биологическому, все же в их организме происходят инволютивные (возрастные) изменения. Они не обходят и костную ткань позвоночника, особенно тел позвонков. С возрастом костная ткань позвоночника человека подвергается определенным закономерным изменениям.
Тщательно рассмотрим некоторые процессы, происходящие в позвоночнике в течение жизни.