НЕЙТРАЛЬНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПОЗВОНОЧНИКА

 

  

Сергей Струков.

Сегодня мне хотелось бы расставить точки над «i» в набирающей популярность теме: нейтральное положение позвоночника и его контроль в тренировочном процессе. 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ 

В литературе удалось найти определение Panjabi для «нейтральной зоны». Нейтральная зона (10, 11) – положение в пределах размаха движений позвоночного сегмента, при котором нагрузка на пассивные, костно-связочные структуры минимальна. Для позвоночника в целом нейтральная зона в норме относительно мала. В нейтральной зоне нагрузка на межпозвонковые диски, мышцы и связочный аппарат распределяется равномерно, что повышает их устойчивость к механическим нагрузкам.

Отсюда, нейтральное положение позвоночника (НПП) – состояние опорно-двигательного аппарата, при котором сохраняется нейтральная зона во всех сегментах позвоночника. Теоретически в нейтральном положении обеспечивается наиболее безопасное положение для суставов позвоночника, особенно для межпозвонковых дисков. Обычно под НПП в литературе подразумевают положение «нормальной осанки» стоя.

ЗНАЧЕНИЕ НЕЙТРАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ПОЗВОНОЧНИКА 

Нейтральное положение позвоночника у взрослого человека неразрывно связано с нормальной кривизной его изгибов (рисунок 1). В норме у взрослого человека 4 изгиба с сагиттальной плоскости: 2 лордоза (шейный и поясничный) и 2 кифоза (грудной и крестцово-копчиковый). Изгибы существенно повышают устойчивость позвоночника к осевым нагрузкам. Согласно Капанджи, по сравнению с прямым столбом, для которого устойчивость к осевой нагрузке условно принимается за 1, резистентность столба с двумя изгибами равна 5, с тремя – 10 (14, С.-26). У позвоночника 3 подвижных изгиба и, в зависимости от места приложения усилия, способность позвоночника противостоять внешним усилиям повышается в 5 – 10 раз. Тем не менее, картина будет неполной без упоминания нормальной величины изгибов. Например, индекс Дельмаса или соотношение между длиной позвоночника и его высотой (обе величины измеряются от основания верхней поверхности крестца до атланта) в норме составляет 94 – 96% (14, С.-26).

Рис 1. Нормальные изгибы разных отделов позвоночного столба в сагиттальной плоскости. Изгибы определяются как нейтральное положение для каждого отдела, которые обычно считаются «идеальной» осанкой в положении стоя (Подробнее вопрос рассматривается в источниках 3, 5, 7).

Основную нагрузку в нейтральном положении испытывают межпозвонковые диски (80%, 1). По сути, вся концепция сохранения НПП при движениях и в состоянии покоя основана на оптимальной нагрузке на межпозвонковые диски. Кратко рассмотрю влияния различных движений/положений на состояние диска (14, С - 46):

• В условно нейтральном положении осевая компрессионная нагрузка приводит к уплощению диска, внутреннее давление от пульпозного ядра увеличивается и передаётся на волокна фиброзного кольца относительно равномерно.
• При разгибании тело верхнего позвонка движется назад, ядро диска направляется вперёд и давит на передние волокна фиброзного кольца.
• Во время сгибания верхний позвонок движется вперёд, пульпозное ядро смещается назад и давит на задние волокна кольца.
• При наклоне вбок тело вышележащего позвонка движется в одноимённую сторону, ядро перемещается в противоположную сторону.
• При осевом вращении косые волокна кольца, идущие противоположно движению, растягиваются, тогда как промежуточные волокна идущие по ходу движения, расслабляются. Максимальное натяжение достигается в центральных, наиболее косо расположенных волокнах кольца. Ядро сильно сдавливается, внутреннее давление в диске повышается пропорционально углу поворота.

Таким образом, теоретически, нейтральное положение позвоночника обеспечивает оптимальное положение межпозвонкового диска, при котором осевая нагрузка распределяется равномерно от ядра на все волокна кольца. При этом сдвигающие силы нужно будет компенсировать за счёт напряжения соответствующих положению/движению мышц. 

Нагрузка на дугоотросчатые суставы в норме значительно меньше по сравнению с межпозвонковыми суставами (<20%, 1). Иногда в позвоночнике выделяют передний и задние «поддерживающие столбы». Передний составляют тела позвонков и межпозвонковые диски, задние – дугоотросчатые суставы. Наглядное представление о распределении нагрузок даёт рисунок 2.

Рис 2. Функциональная связь между передним и задними столбами позвоночника: 1) дугоотросчатые суставы, представлены как точка вращения; 2) межпозвонковый диск, поглощающий осевую компрессию; 3) околопозвоночные мышцы, активно и пассивно поглощающие нагрузки Источник: 14, С.– 30, 31.

При существенных внешних нагрузках и/или большой амплитуде движения предпочтительно активное поглощение нагрузки путём сокращения мышц. Пассивное поглощение нагрузки, особенно связочным аппаратом и волокнами фиброзного кольца, позволяет уменьшить энергозатраты и облегчает контроль при движении, но нежелательно с точки зрения здоровья позвоночника и организма в целом.

В вертикальном положении без дополнительной внешней нагрузки, стабильность и прочность позвоночного столба обеспечивается за счёт самого строения, при котором компрессионная нагрузка частично перераспределяется за счёт растягивания и напряжения связочного аппарата и мышц с выпуклой стороны каждого изгиба. Это создаёт некоторую «самонагрузку» позвоночника, не требующую в статике значительной компрессионной силы и мышечной активности для стабилизации системы. 

Многочисленные связки и мышцы обеспечивают статическую и динамическую стабильность позвоночника. Роль связок отлично иллюстрируется на примере зависимости нагрузка-растяжение жёлтой связки (рисунок 3). Обратите внимание на относительно небольшое напряжение связки в нейтральном положении.

 Рис 3. Показана зависимость нагрузка-растяжение жёлтой связки в диапазоне от

полного разгибания позвоночника до точки разрыва тканей за пределами нормальной амплитуды сгибания. Источник: Nachemson A, Evans J: Some mechanical properties of the third lumbar interlaminar ligament, J Biomech 1:211, 1968.

Связки позвоночника являются пассивными ограничителями движения и их вклад возрастает по мере приближения к крайним точкам амплитуды движений, особенно при недостаточном участии активных ограничителей движения (скелетных мышц).

Выше мы рассматривали преимущественно стабильность позвоночника в основном в вертикальном или близком к вертикальному положению. Теперь обсудим классические представления о нагрузке на позвоночник в других положениях (рисунок 4).

Рис 4. На рисунке сравниваются данные двух исследований, оценивающих давление в межпозвонковых дисках. В каждом исследовании измеряли давление внутри пульпозного ядра поясничного отдела позвоночника in vivo у человека массой 70 кг.

Источник: Wilke H-J, Neef P, Caimi M, et al: New in vivo measurements of pressures in the intervertebral disc in daily life, Spine 24:755, 1999.

Исходя из результатов, мы лишь можем заключить, что нагрузка на диск возрастает по мере отклонения от вертикального положения, если при этом не создаются условия, компенсирующие влияние сдвигающего усилия, например, спинка стула или положение лёжа. К сожалению, нейтральное положение позвоночника не контролировалось.

Попытка сравнить силы, воздействующие на диск предпринята в исследовании McGill (1997) (Рисунок 5).

Рис 5. При полностью согнутой спине в поясничном и грудном отделе спине (А) не отмечалась электрическая активность разгибателей поясницы, мышцы и соединительные ткани пассивно растягивались, при высокой сдвигающей силе. Положение спины, более близкое к нейтральному (Б) рекрутировало разгибатели поясницы и таким образом снижало общую сдвигающую силу в данном случае до ~200 Н.

На рисунке В показана активность и сила мышц в зависимости от варианта выполнения тяги. На рисунке Г изображены компрессионная (КС) и сдвигающая (СС) сила при разных вариантах тяги.

 Источник: Journal of Biomechanics, 30(5), S.M. McGill, "lnvited paper: Biomechanics of low back injury: Implications on current practice and the clinic," 465-475, 1997.

Несмотря на существенные отличия заявленного автором исследования «близкого к нейтральному» положения от действительного НПП, сдвигающую силу (наиболее опасную для позвоночника) удалось значительно уменьшить путём мышечного напряжения. Таким образом, можно ожидать дополнительное уменьшение сдвигающих сил при строгом соблюдении нейтрального положения позвоночника.

Возможность мышц поддерживать позвоночник также зависит от положения позвоночника. В исследовании McGill, Hughson & Parks (2000), в частности, показали, что только в нейтральном положении у глубоких мышц спины есть возможность поддержать позвоночник, особенно при высоких нагрузках (рисунок 6).

Рис 6. Осанка определяет способность подвздошно-рёберной и длиннейшей мышцы защищать позвоночник от высокого сдвигающего усилия. При нейтральном положении угол расположения волокон этих мышц составляет около 45 градусов (А). Значит, около 70% мышечного усилия компенсирует сдвигающую силу. Согнутая поясница приводит к уменьшению угла до 10 градусов, при котором сдвигающему усилию противодействовать не получится (В). Авторы заключили, что способность позвоночника противостоять нагрузкам зависит о положения, а для большинства спортсменов необходимо сохранять нейтральное положение.

Источник: Clinical. Biomechanics, McGill, S.M., Hughson, R.L., and Parks, K., 15 (1): 777-780, 2000.

И вновь отмечу, что показанное на рисунке положение можно считать лишь близким к истинному НПП, хотя для пояснично-крестцового отдела ситуация оптимальна.

В литературе можно встретить справедливую критику недостаточного научного подтверждения концепции «нейтральной зоны» и связанного с ней нейтрального положения позвоночника (подробнее - 6). На сегодняшний день мне известно лишь одно достаточно продолжительное исследование (13), оценивающее влияние нейтрального положения на боли в нижней части спины и самооценку способности выполнять работу. Опишу его подробнее.

Рандомизированное контролируемое исследование проводилось в течение 12 месяцев. Авторы предлагали в качестве меры вторичной профилактики болей в нижней части спины и нетрудоспособности улучшение контроля нейтральной зоны поясницы и увеличение мышечной активации для стабилизации поясничного отдела позвоночника. В исследовании приняли участие 106 рабочих-мужчин среднего возраста (52 в тренировочной группе; 54 в контрольной группе, без тренировок). Тренировка проводилась два раза в неделю, один раз под руководством специалиста и один раз самостоятельно. В результате после 12 месяцев тренировок существенно уменьшились боли в пояснице (на 38% по сравнению с контрольной группой), в обеих группах уменьшилось количество людей с негативной оценкой способности работать в будущем, с большей долей в тренировавшейся группе. Авторы пришли к выводу, что контроль нейтральной зоны – специфический вид тренировок и ежедневного самообслуживания, способствующий предотвращению рецидивов (вторичная профилактика) неспецифических болей в нижней части спины и потери работоспособности среди рабочих-мужчин среднего возраста (13). В контексте нашего обсуждения важно обратить внимание на контроль нейтральной зоны в исследовании. Авторами представлена иллюстрация упражнений, применявшихся для нервно-мышечной тренировки (рисунок 7).

Рис 7. Упражнения для контроля нейтральной зоны (пояснения в тексте).

НПП пытались контролировать при помощи палки лишь в упражнениях 4 и 8. Хочу обратить внимание, что предложенный способ не позволяет в полной мере осуществить контроль, особенно за ключевым местом – пояснично-крестцовым соединением. Тем не менее, даже такие меры привели к улучшению ситуации. Ниже я предложу свой вариант контроля (см. Практические рекомендации). Рассмотрение нейтрального положения позвоночника невозможно без упоминания пояснично-тазового ритма и объяснения его значения.

ПОЯСНИЧНО-ТАЗОВЫЙ РИТМ 

Пояснично-тазовым ритмом называют взаимосвязанные движения в сагиттальной плоскости поясничного отдела позвоночника и тазобедренных суставов (таза) (подробнее о пояснично-тазовом ритме - источники 2, 9, 12). На рисунке 8 показан пояснично-тазовый ритм и его нарушения при наклоне вперёд.

Рис 8. Три варианта пРис 8. Три варианта пояснично-тазового ритма со сгибание туловища вперёд и наклона к полу при выпрямленных коленях: А) Нормальная кинематическая стратегия с использованием сгибания туловища из положения стоя, включающая 40 градусов сгибания поясницы и 70 градусов сгибания бедра; В) При ограничении сгибания бедра (например, из-за укорочения мышц задней поверхности (обозначены Hamstring)), требуется большее сгибание поясницы и основания грудного отдела позвоночника; С) При ограничении подвижности поясницы, требуется большее сгибание в тазобедренных суставах. Красные заштрихованные круги и стрелки на рисунках В и С показывают области ограничения. (4, С.- 353)

Рис 9. Пояснично-тазовый ритм при разгибании туловища. Показаны три фазы типичного пояснично-тазового ритма при выпрямлении из наклона вперёд. В каждой из фаз ось вращения туловища произвольно проведена через тело третьего поясничного позвонка. А) В начальной фазе разгибание туловища происходит преимущественно вследствие разгибания таза, со значительной активацией мышц разгибателей бедра (большой ягодичной и задней поверхности бедра). В) В средней фазе разгибание туловища производится преимущественно мышцами-разгибателями поясничного отдела позвоночника, с существенным повышением их активности. С) Выпрямление завершается и активность мышц прекращается после того, как проекция веса тела смещается за тазобедренные суставы. Плечо вращающего момента, созданного весом тела, показано сплошной чёрной линией. Большая интенсивность окрашивания красных стрелок означает большую мышечную активность (4, С. - 354).

На рисунке 9 показана стратегия выпрямления после наклона вперёд. Сначала преимущественно используются мышцы-разгибатели тазобедренных суставов, а затем, когда плечо силы, созданной массой тела по отношению к пояснице уменьшается, к выпрямлению подключаются мышцы, разгибающие поясницу. Ещё одним вариантом объяснения ситуации может быть экономизация функции, когда те же действия требуют меньших затрат энергии, по сравнению с более безопасным для суставов и здоровья в целом вариантом, где ноги сгибаются для предотвращения наклона вперёд, а позвоночник поддерживается в нейтральном положении.

Стюарт МакГилл в книге Low Back Disorders, 2007 (8, C.-74) отмечает, что движение происходит совместно в пояснице и тазобедренных суставах. Последовательного включения (разгибатели поясницы, потом разгибатели таза или наоборот) не обнаруживается ни у пациентов с болями в нижней части спины, ни у практически здоровых людей. Более того, у тяжелоатлетов наблюдается стремление зафиксировать позвоночник близко к нейтральному положению и выпрямляться путём разгибания тазобедренных суставов. Фактически, принимая во внимание нагрузку на связки и фиброзные кольца дисков при сгибании поясницы, терапевтическое и профилактическое средство для большинства пациентов – не допускать полного сгибания поясницы (8).

Кроме однонаправленного ритма в литературе описан «разнонаправленный» пояснично-тазовый ритм, при котором таз и поясничный отдел движутся в противоположных направлениях (рисунок 10). «Разнонаправленный» ритм можно наблюдать при ходьбе.

Рис 10. Два вида пояснично-тазовых ритма, при которых таз вращается вокруг закреплённых бедренных костей. А) «Однонаправленный» ритм - поясничный отдел позвоночника вращается в одном направлении с тазом, таким образом усиливается общее движение туловища. В) «Разнонаправленный» ритм – поясничный отдел и таз вращаются в противоположных направлениях. (Источник: 4, С.- 479).

ВЫВОДЫ

Согласно теоретическим предположениям и немногочисленным научным данным, применение НПП позволит (срочно и долговременно) уменьшить риски повреждения межпозвонковых дисков и связок позвоночника, особенно при тренировке с отягощениями. Целесообразно обучиться наклоняться и поднимать (опускать) предметы с «разнонаправленным» пояснично-тазовым ритмом. Предпочтительна стратегия поднимания грузов с повышенными затратами энергии, при которой больше используется сила нижних конечностей, а позвоночник, наоборот, располагается ближе к вертикальному и нейтральному положению.

   ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

В ходе обсуждения я неоднократно подчёркивал необходимость правильного контроля и более строгого соблюдения нейтрального положения. На что же нужно обращать внимание прежде всего?

Состояние осанки можно контролировать при помощи гимнастической палки (рисунок 11). В норме палка касается тела в трёх точках вдоль средней линии тела: 1) граница теменной и затылочной кости черепа; 2) верхушка грудного кифоза, над остистыми отростками; 3) крестец, именно «точечное» касание, а не прижатие вдоль поверхности крестца. Третья точка контроля – наиболее важная, так как именно в этом месте совершается большинство ошибок контроля и происходят наиболее опасные отклонения от НПП. Уменьшить вероятность ошибки можно при захвате палки как можно ниже, чтобы сохранять тесный контакт обратной стороны ладони и/или пальцев руки с местом перехода поясничного отдела в крестцовый. При выполнении упражнений с палкой, контакт кисти с пояснично-крестцовым переходом зачастую позволяет почувствовать движения до того, как они отмечаются посторонним наблюдателем.

Рис 11. Нейтральное положение. На рисунке слева изменения формы межпозвонкового диска поясничного отдела в зависимости от положения тела. Движения в позвонках намеренно преувеличены для наглядности. Справа показаны точки контроля нейтрального положения позвоночника и способ удержания гимнастической палки. Источник: 15.

К сожалению, применение гимнастической палки не позволяет определить норму применительно к величине изгибов позвоночника, можно только предположить при касании в трёх точках в положении стоя без дополнительного напряжения мышц, что изгибы достаточно компенсируют друг друга.

Для относительно безопасного выполнения упражнений со значительной осевой и сдвигающей нагрузкой на позвоночник следует поддерживать нейтральное положение, не допуская значительных, визуально заметных отклонений в местах контроля.

При работе с гимнастической палкой тренер контролирует:

• Касание палкой трёх точек (Рисунок 11), в случае нарушения осанки – касание в двух точках крестец и вершина грудного отдела позвоночника, а также расстояние до третьей точки.
• Изменение величины изгибов позвоночника – шейного и поясничного лордоза.
• Правильное изменение взаимного положения отделов позвоночника и головы. Наклон головы назад/вперёд происходит вместе с разгибанием/сгибанием шеи, соответственно, и начинается из нейтрального положения. Также разгибание/сгибание поясничного отдела происходит совместно с наклоном таза вперёд/назад и сгибанием/разгибанием крестца, соответственно.

Гимнастическая палка предлагается как инструмент оценки и коррекции статической и динамической (технической) осанки. Рекомендуется применять палку не только тренеру, но и клиенту для самостоятельных занятий. Даже специалисту высокой квалификации гимнастическая палка существенно облегчает работу: делает наглядней нарушения осанки у клиента, упрощает объяснение ошибок, мероприятия по коррекции, обучение технике, а также контроль выполнения упражнений.

При самостоятельной коррекции гимнастическая палка удерживается двумя руками: одна вверху, на уровне изгиба шейного отдела позвоночника; другая внизу, на уровне изгиба поясничного отдела позвоночника. Взаимное расположение рук необходимо менять от подхода к подходу, выполняя упражнение с различным положением в каждом подходе. Приседания и становые тяги на одной ноге лучше первоначально выполнять с захватом вверху противоположной рукой.

При использовании асимметричного отягощения палка удерживается одной рукой в наиболее важном месте удержания – снизу.

Приседания и наклоны (становые тяги) с гимнастической палкой, касающейся в трёх точках, показывают допустимую амплитуду наиболее безопасного (при прочих равных) движения для позвоночника. Кроме того, палку можно применять для контроля НПП в других упражнениях, например, в вертикальных и горизонтальных тягах, жимах стоя и т. д.

ВНИМАНИЕ! 

• Применение палки уменьшает вероятность получения травмы позвоночника, но не исключает их полностью.
• Чем больше отягощение, тем больше вероятность травмы при отклонении от нейтрального положения и в общем.
• Обучение нейтральному положению проходит быстрее и вероятность успеха выше, если вы отрабатываете НПП чаще.
• После освоения нейтрального положения в приседаниях и тягах на одной и двух ногах навык нужно периодически «освежать», в том числе включением в разминку упражнений с палкой.
• Избегайте скручиваний позвоночника, особенно под нагрузкой и в сочетании с другими движениями.

Видео с объяснением контроля нейтрального положения.

ИСТОЧНИКИ:

1.    Adams MA, Hutton WC, Stott JR: The resistance to flexion of the lumbar intervertebral joint, Spine 5:245-253, 1980.

2.    Esola MA, McClure PW, Fitzgerald GK, Siegler S: Analysis of lumbar spine and hip motion during forward bending in subjects with and without a history of low back pain, Spine 21:71-78, 1996.

3.    Harrison DD, Janik TJ, Troyanovich SJ, Holland B: Comparisons of lordotic cervical spine curvatures to a theoretical ideal model of the static sagittal cervical spine, Spine 21:667-675, 1996.

4.    Kinesiology of the musculoskeletal system: foundations for rehabilitation / Donald A. Neumann; artwork by Elisabeth R. Kelly, Craig Kiefer, Jeanne Robertson.—2nd ed. 2012.

5.    Korovessis PG, Stamatakis MV, Baikousis AG: Reciprocal angulation of vertebral bodies in the sagittal plane in an asymptomatic Greek population, Spine 23:700-704, 1998.

6.    Lederman Eyal. The fall of the postural–structural–biomechanical model in manual and physical therapies: Exemplified by lower back pain.  CPDO Online Journal (2010), March, p1-14. www.cpdo.net

7.    Mannion AF, Knecht K, Balaban G, et al: A new skin-surface device for measuring the curvature and global and segmental ranges of motion of the spine: reliability of measurements and comparison with data reviewed from the literature, Eur Spine J 13:122-136, 2004.

8.    McGill S. Low Back Disorders, - 2nd edition, Human Kinetics, 2007. – 243 p

9.    Milosavljevic S, Pal P, Bain D, Johnson G: Kinematic and temporal interactions of the lumbar spine and hip during trunk extension in healthy male subjects, Eur Spine J 17:122-128, 2008.

10. Panjabi MM: The stabilizing system of the spine. Part I. Function, dysfunction, adaption, and enhancement. J Spinal Disord 5:383–389, 1992.

11. Panjabi MM: The stabilizing system of the spine. Part II. Neutral zone and instability hypothesis. J Spinal Disord 5:390–396, 1992.

12. Thomas JS, Gibson GE: Coordination and timing of spine and hip joints during full body reaching tasks, Hum Mov Sci 26:124-140, 2007.

13. Suni J, Rinne M, Natri A et al. 2006. Control of the lumbar neutral zone decreases low back pain and improves self-evaluated work ability: a 12-month randomized controlled study. Spine, 31(18): E611–E620.

14. Капанджи А. И. В 3-х томах. Физиология суставов/Позвоночник (Т. 3), - 2009.

15. Струков Сергей. Основы фитнес тренировки 2.0., К., ООО «Креалайн», 2015, 503 с.