Manuale di Ortopedia e Traumatologia

La colonna vertebrale è composta da 33 vertebre suddivise in 5 segmenti: 7 vertebre cervicali, 12 vertebre toraciche (o dorsali), 5 vertebre lombari, 5 vertebre sacrali e 4 vertebre coccigee. Essa costituisce la struttura portante dello scheletro assile; ha la funzione fondamentale di fornire sostegno al capo e al tronco e di proteggere il midollo spinale con le radici nervose che decorrono al suo interno.

Le vertebre sono ossa corte composte da elementi costanti che presentano, tuttavia, delle variazioni anatomiche a seconda del segmento in cui sono localizzate. Tali elementi sono costituiti dal corpo (delimitato superiormente e inferiormente dai piatti vertebrali superiore e inferiore) e dall’arco posteriore, le cui strutture delimitano il foro vertebrale. La sovrapposizione dei fori vertebrali di più vertebre contigue costituisce così il canale vertebrale, al cui interno decorrono il midollo spinale fino al cono midollare (solitamente localizzato tra L1 e L2) per poi proseguire formando la cauda equina. L’arco posteriore è costituito a sua volta da diversi elementi: due peduncoli, due processi trasversi, due coppie di processi articolari (due superiori e due inferiori), e due lamine, che si fondono in corrispondenza della linea mediana a formare il processo spinoso. Ogni peduncolo presenta due incisure, una superiore e una inferiore che, insieme ai peduncoli contigui, delimitano i cosiddetti forami intervertebrali, che offrono passaggio alle radici nervose.

Tra i corpi vertebrali di due vertebre contigue è localizzato il disco intervertebrale. Quest’ultimo è l’organo avascolare più voluminoso del corpo umano ed ha una funzione biomeccanica fondamentale nella trasmissione e ammortizzazione dei carichi a cui è sottoposto il rachide. Ogni disco intervertebrale è costituito da due tessuti: il nucleo polposo, di consistenza gelatinosa, localizzato al centro del disco; l’anello fibroso, costituito da lamelle concentriche disposte perifericamente al nucleo. Le vertebre sacrali e coccigee sono solitamente fuse e costituiscono, rispettivamente, l’osso sacro e il coccige.

La colonna vertebrale è inoltre caratterizzata dalla presenza di numerosi legamenti: il legamento longitudinale anteriore, che decorre lungo la superficie anteriore dei corpi vertebrali dal contorno anteriore del grande forame occipitale fino al sacro; il legamento longitudinale posteriore, che decorre nello stesso tratto lungo la superficie posteriore dei corpi vertebrali; i legamenti gialli, tesi tra le lamine di vertebre contigue; i legamenti interspinosi, localizzati tra i processi spinosi di vertebre contigue; il legamento sovraspinoso, che decorre sulla superficie dei processi spinosi dalla protuberanza occipitale esterna fino al sacro (nella porzione tra l’osso occipitale e il processo spinoso di C7 prende il nome di legamento nucale).

Il rachide cervicale (C1-C7) ha la funzione di supportare e consentire il movimento del capo e di fornire passaggio alle strutture neurovascolari. Sul piano sagittale presenta fisiologicamente una lordosi di circa 20°-40° e presenta diverse peculiarità anatomiche. Le vertebre cervicali hanno generalmente un diametro trasversale maggiore di quello antero-posteriore; i processi trasversi sono interrotti dal forame trasversario, che offre passaggio all’arteria vertebrale, e la superficie laterale del corpo vertebrale presenta due apofisi dirette verso l’alto e articolate con il corpo vertebrale della vertebra superiore: i processi uncinati. I processi spinosi sono solitamente bifidi fino a C5 e quello di C7 è il più voluminoso (vertebra prominente). Tutte queste proprietà caratterizzano principalmente il rachide subassiale (C3-C7), in quanto le prime due vertebre cervicali presentano caratteristiche anatomiche uniche.

L’atlante (C1) manca di corpo vertebrale: è costituito da un arco anteriore ed un arco posteriore che si riuniscono un due masse laterali dotate di superfici articolari per i condili occipitali cranialmente e per le faccette articolari di C2 caudalmente. Tra i contorni anteriore e posteriore del forame occipitale e la superficie superiore dell’arco anteriore e posteriore dell’atlante sono tese, rispettivamente, la membrana atlanto-occipitale anteriore e posteriore.

L’epistrofeo (o asse, C2) presenta anteriormente un processo diretto verso l’alto che prende il nome di dente. Quest’ultimo è dotato di due superfici articolari: quella anteriore si articola con la superficie posteriore dell’arco anteriore dell’atlante; quella posteriore si articola con il legamento trasverso dell’atlante. I rapporti anatomici tra atlante ed epistrofeo sono mantenuti da un complesso di legamenti che hanno l’obiettivo di stabilizzare il dente e limitare l’escursione dell’articolazione atlanto-assiale. Questi sono: il legamento apicale, che unisce l’apice del dente al clivo occipitale; il legamento trasverso, teso tra le superfici interne delle masse laterali dell’atlante e rinforzato da due fascicoli longitudinali che si inseriscono rispettivamente al forame occipitale e al corpo di C2, costituendo complessivamente il legamento crociato dell’atlante; i legamenti alari, che dall’apice del dente si inseriscono ai due condili occipitali.

Il rachide dorsale (D1-D12) ha la peculiarità unica di fornire ancoraggio alle coste ed è pertanto un segmento piuttosto rigido. Sul piano sagittale presenta fisiologicamente una cifosi di circa 20°-40°. In questo segmento, il canale vertebrale presenta il minor diametro ed i corpi vertebrali sono forniti di una superficie articolare per le coste. Più specificamente, ogni vertebra presenta tre superfici articolari costali: una faccetta costale superiore, localizzata nella porzione posterosuperiore del corpo; una faccetta costale inferiore, localizzata nella porzione posteroinferiore del corpo; e una superficie articolare localizzata sul processo trasverso. Le articolazioni costovertebrali sono rinforzate dal legamento raggiato e dai legamenti costotrasversari.

Il rachide lombare (L1-L5) ha la funzione di supportare il carico del tronco ed è dotato di una discreta mobilità. Sul piano sagittale presenta una lordosi di circa 40°-60°. I corpi vertebrali hanno una forma cilindrica e sono voluminosi; il canale vertebrale ha una forma triangolare e, a livello L1-L2 è occupato dalla cauda equina, parte finale del midollo spinale da cui si sfioccano le radicale che vanno poi a formare, fuoriuscendo da sacco durale, le radici nervose ad ogni livello

L’osso sacro (S1-S5) è composto da 5 vertebre fuse e ha la funzione di trasmettere il carico dal tronco agli arti inferiori attraverso il bacino. Ha una forma di piramide quadrangolare con base superiore e apice inferiore, concava anteriormente e convessa posteriormente. La base del sacro si articola con il piatto vertebrale inferiore di L5 superiormente, le ossa iliache lateralmente, e il coccige caudalmente. La superficie posteriore è attraversata dalle creste sacrali mediana, intermedia e laterale, derivanti dalla fusione dei processi spinosi e dei processi articolari delle vertebre sacrali. Superiormente, sono presenti due faccette articolari che si rapportano con i processi articolari inferiori di L5; inferiormente, sulla linea mediana, la cresta sacrale mediana termina con lo hiatus sacrale, che costituisce lo sbocco del canale vertebrale. La superficie anteriore presenta quattro linee trasversali formate dalla fusione dei corpi vertebrali delle vertebre sacrali. Sia la superficie anteriore che quella posteriore sono attraversate da quattro paia di fori sacrali, che offrono passaggio, rispettivamente, ai rami ventrali e ai rami dorsali dei nervi sacrali. La stabilità dell’osso sacro rispetto alle ossa circostanti è garantita da diversi legamenti. I legamenti sacroiliaci stabilizzano l’omonima articolazione e sono costituiti da fasci interossei, anteriori e posteriori (questi ultimi sono considerati i legamenti più robusti del corpo umano); i legamenti sacrotuberosi, tesi tra il sacro e la tuberosità ischiatica; i legamenti sacrospinosi, tesi tra il sacro la spina ischiatica; il legamento sacrococcigeo, che chiude lo hiatus sacrale.

Unità funzionale del rachide

L’unità funzionale spinale comprende due vertebre adiacenti e i tessuti molli intermedi e rappresenta il segmento spinale più piccolo che presenta le caratteristiche meccaniche tipiche dell’intera colonna vertebrale. Con l’eccezione dei livelli C1 e C2, ogni segmento di movimento è costituito da una struttura anteriore e da un complesso insieme di strutture posteriori e laterali. Le vertebre C1 (atlante) e C2 (asse), invece, hanno una geometria altamente specializzata che consente una gamma di movimenti estremamente ampia. L’arco neurale, costituito dai peduncoli e dalle lamine, insieme alla parete posteriore del corpo vertebrale forma il canale spinale, una struttura protettiva attorno al midollo spinale. I processi trasversi e spinosi forniscono punti di inserzione per i muscoli, mentre i processi articolari superiori e inferiori delle faccette articolari formano vincoli cinematici naturali per la guida del movimento intersegmentale della colonna vertebrale.

Il corpo vertebrale

La principale funzione biomeccanica del corpo vertebrale è quella di sostenere i carichi compressivi della colonna vertebrale dovuti al peso corporeo e alle forze muscolari. Di conseguenza, le dimensioni del corpo vertebrale aumentano dalla regione cervicale a quella lombare. L’architettura del corpo vertebrale comprende un osso trabecolare altamente poroso, ma anche una corticale abbastanza densa e solida. L’osso trabecolare sopporta la maggior parte dei carichi verticali di compressione, mentre la corticale forma una struttura rinforzata che resiste anche alla torsione e al taglio. L’orientamento predominante delle trabecole è verticale, in linea con la direzione di carico principale, mentre le trabecole orizzontali adiacenti stabilizzano le colonne trabecolari verticali.

Il piatto vertebrale (endplate) costituisce un confine strutturale tra il disco intervertebrale e la spongiosa del corpo vertebrale. Composto da un sottile strato di osso subcondrale semiporoso, spesso circa 0,5 mm, le funzioni principali dell’endplate sono quelle di impedire l’estrusione del disco nel corpo vertebrale poroso e di distribuire uniformemente il carico sul corpo vertebrale. Con il suo denso strato di cartilagine, l’endplate funge anche da membrana semipermeabile, che consente il trasferimento di acqua e soluti, ma impedisce la perdita di proteoglicani.

Il disco intervertebrale

Il disco intervertebrale è la più grande struttura avascolare del corpo. Il disco trasferisce e distribuisce il carico attraverso la colonna anteriore e limita il movimento dell’articolazione intervertebrale. Il disco deve sopportare carichi compressivi significativi dovuti al peso corporeo e all’attività muscolare, nonché forze di flessione e torsione generate durante il movimento. Il disco è una struttura specializzata con una morfologia eterogenea costituita da un nucleo polposo interno gelatinoso e da un anulus esterno fibroso. Il nucleo polposo è costituito da un gel idrofilo ricco di proteoglicani. L’anulus fibrosus è una struttura lamellare, costituita da strati concentrici distinti di fibrocartilagine con una struttura a fibre incrociate.

Il disco intervertebrale viene caricato in una complessa combinazione di compressione, flessione e torsione. Nel disco sano, i carichi assiali sono sostenuti dalla pressurizzazione idrostatica del nucleo polposo, contrastata da sollecitazioni circonferenziali nell’anulus fibrosus, analogamente alla funzione di uno pneumatico. Il contenuto di proteoglicani e l’idratazione del disco diminuiscono con l’età a causa dei processi degenerativi. La disidratazione del disco porta a una minore elasticità e viscoelasticità. I carichi sono distribuiti in modo meno uniforme e la capacità del disco di immagazzinare e dissipare energia diminuisce. Pertanto, i cambiamenti strutturali del nucleo polposo, dell’anulus e dell’endplate con la degenerazione possono portare a un trasferimento del carico dal nucleo all’anulus posteriore, che può causare dolore e anche la rottura dell’anulus.

Le faccette articolari

Gli elementi posteriori guidano il movimento dei segmenti spinali e limitano l’entità della torsione e della traslazione antero-posteriore. L’orientamento delle articolazioni delle faccette è di fondamentale importanza per la cinematica vertebrale. L’orientamento tridimensionale delle faccette cambia lungo la colonna vertebrale, dalla cervicale alla sacrale.

L’orientamento delle faccette (articolazioni zigoapofisarie) determina il grado e il piano di movimento. A livello della colonna vertebrale cervicale (C3-7) le faccette articolari sono orientate di 0° sul piano coronale e 45° sul piano sagittale permettendo la flesso-estensione, la flessione laterale e la rotazione. A livello della colonna vertebrale toracica le faccette sono orientate di 20° sul piano coronale e 55° sul piano sagittale permettando una certa rotazione, una minima flessione-estensione (limitata anche dalle coste), impedendo la flessione su cuore e polmoni.

A livello del rachide lombare le faccette articolari sono orientate di 50° sul piano coronale e di 90° sul piano sagittale permettendo la flesso-estensione ma con una rotazione minima.

In iperestensione, circa il 30% del carico viene trasmesso attraverso le faccette. In posizione eretta, il 10-20% e a più del 50% in posizione flessa in avanti. La pressione sulla faccetta articolare è influenzata anche dall’altezza del disco: una diminuzione di 1 mm dell’altezza del disco comporta un aumento del 36% della pressione della faccetta. A causa dell’innervazione delle capsule delle faccette articolari, la degenerazione del disco può quindi causare dolore da sovraccarico delle faccette articolari.

I legamenti

I legamenti che circondano la colonna vertebrale guidano il movimento dei segmenti e contribuiscono alla stabilità intrinseca della colonna limitando il movimento eccessivo. Nella colonna vertebrale esistono due sistemi di legamenti principali, il sistema intrasegmentale e quello intersegmentale. Il sistema intrasegmentale tiene insieme le singole vertebre ed è costituito dal legamento flavum, dalla capsula delle faccette articolari e dai legamenti interspinosi e intertrasversali. Il sistema intersegmentale tiene insieme molte vertebre e comprende i legamenti longitudinali anteriori e posteriori e i legamenti sopraspinosi. Tutti i legamenti, tranne il ligamentum flavum, hanno un elevato contenuto di collagene. Il ligamentum flavum, che collega due archi neurali adiacenti, ha un elevato contenuto di elastina.

Durante la flessione, il ligamentum flavum, i legamenti capsulari e i legamenti interspinosi sono fortemente sollecitati. Durante l’estensione, viene caricato il legamento longitudinale anteriore. Durante la flessione laterale, i legamenti trasversali controlaterali, il legamento flavum e i legamenti capsulari sono in tensione, mentre la rotazione è contrastata dai legamenti capsulari.

Parole chiave: colonna vertebrale, anatomia, biomeccanica, vertebre, disco intervertebrale