Биомеханические показатели нестабильности позвоночно-двигательного сегмента в поясничном отделе позвоночника: систематический обзор

Цель исследования. Определить наиболее валидные биомеханические показатели стабильности позвоночно-двигательных сегментов в поясничном отделе позвоночника, их значения в норме, воспроизводимость для применения в клинической практике хирургического лечения дегенеративных заболеваний.

Материал и методы. Для выявления наиболее значимых и чувствительных критериев оценки биомеханики позвоночно-двигательных сегментов в поясничном отделе позвоночника с использованием поисковых систем Pubmed и eLibrary отобраны 4784 публикации, из которых после оценки по установленным критериям включения и исключения выделено 16 статей, послуживших основой для дальнейшего анализа.

Результат. Все показатели сегментарной стабильности разделены на 3 группы: клинические, рентгенологические и экспериментальные. Отмечен достаточно субъективный характер клинических критериев, включающих в основном оценку боли при пальпации либо оценку двигательной активности. При этом боль не показала достоверной связи с наличием нестабильности и также может быть связана с корешковым синдромом. Рентгенологические критерии нестабильности (статическая, функциональная рентгенография, КТ) имеют погрешности на фоне выраженного болевого синдрома за счет рефлекторного спазма мышц или за счет ограничений самих исследований. По данным предоперационного обследования достаточно сложно спрогнозировать возможную величину нестабильности после декомпрессии во время операции. К биомеханическим показателям, которые устанавливаются в  условиях эксперимента, относят объем углового движения, упругость позвоночно-двигательного сегмента, величину нейтральной зоны и внутридисковое давление.

Заключение. Несомненным ограничением является отсутствие в настоящий момент технической возможности для интраоперационного измерения экспериментальных показателей нагрузки in vivo. Развитие технологий в указанном направлении с накоплением данных и анализом специфичности и воспроизводимости критериев позволит усовершенствовать протоколы диагностики, планирования объема и опций оперативного лечения.

1. Мушкин, А.Ю., Ульрих Э.В., Зуев И.В. Биомеханика позвоночника в норме и при патологических состояниях: основные аспекты исследований // Хирургия позвоночника. 2009. № 4. С. 53–61. [Mushkin AYu, Ulrikh EV, Zuev IV. Normal and pathological biomechanics of the spine: major aspects of investigation. Russian Journal of Spine Surgery (Khirurgiya Pozvonochnika). 2009;(4):53–61]. DOI: 10.14531/ss2009.4.53-61

2. Liberati A, Altman DG, Tetzlaff J, Mulrow C, Gøtzsche PC, Ioannidis JP, Clarke M, Devereaux PJ, Kleijnen J, Moher D. The PRISMA statement for reporting systematic reviews and meta-analyses of studies that evaluate health care interventions: explanation and elaboration. Ann Intern Med. 2009;151:W65–W94. DOI: 10.7326/0003-4819-151-4-200908180-00136

3. White AA 3rd, Johnson RM, Panjabi MM, Southwick WO. Biomechanical analysis of clinical stability in the cervical spine. Clin Orthop Relat Res. 1975;(109):85–96. DOI: 10.1097/00003086-197506000-00011

4. White AA 3rd, Panjabi MM. The basic kinematics of the human spine. A review of past and current knowledge. Spine. 1978;3:12–20. DOI: 10.1097/00007632-197803000-00003

5. Kirkaldy-Willis WH. Presidential symposium on instability of the lumbar spine. Introduction. Spine. 1985;10:254.

6. Panjabi MM. Clinical spinal instability and low back pain. J Electromyogr Kinesiol. 2003;13:371–379. DOI: 10.1016/s1050-6411(03)00044-0

7. Simmonds AM, Rampersaud YR, Dvorak MF, Dea N, Melnyk AD, Fisher CG. Defining the inherent stability of degenerative spondylolisthesis: a systematic review. J Neurosurg Spine. 2015;23:178–189. DOI: 10.3171/2014.11.SPINE1426

8. Pearcy M, Portek I, Shepherd J. Three-dimensional x-ray analysis of normal movement in the lumbar spine. Spine. 1984;9:294–297. DOI: 10.1097/00007632-198404000-00013

9. Panjabi MM, Oxland T, Takata K, Goel V, Duranceau J, Krag M. Articular facets of the human spine. Quantitative three-dimensional anatomy. Spine. 1993;18:1298–1310. DOI: 10.1097/00007632-199308000-00009

10. Chazal J, Tanguy A, Bourges M, Gaurel G, Escande G, Guillot M, Vanneuville G. Biomechanical properties of spinal ligaments and a histological study of the supraspinal ligament in traction. J Biomech. 1985;18:167–176. DOI: 10.1016/0021-9290(85)90202-7

11. White AA 3rd, Panjabi MM, eds. Clinical Biomechanics of the Spine. 2nd ed. Philadelphia: J.B. Lippincott, 1990.

12. Elmose SF, Andersen GO, Carreon LY, Sigmundsson FG, Andersen MO. Radiological definitions of sagittal plane segmental instability in the degenerative lumbar spine – a systematic review. Global Spine J. 2023;13:523–533. DOI: 10.1177/21925682221099854

13. Boden SD, Wiesel SW. Lumbosacral segmental motion in normal individuals. Have we been measuring instability properly? Spine. 1990;15:571–576. DOI: 10.1097/00007632-199006000-00026

14. Berkson MH, Nachemson AL, Schultz AB. Mechanical properties of human lumbar spine motion segments – Part II: Responses in compression and shear; influence of gross morphology. J Biomech Eng. 1979;101:52–57. DOI: 10.1115/1.3426225

15. McGlashen KM, Miller JA, Schultz AB, Andersson GB. Load displacement behavior of the human lumbosacral joint. J Orthop Res. 1987;5:488–496. DOI: 10.1002/jor.1100050404

16. Moroney SP, Schultz AB, Miller JA, Andersson GB. Load-displacement properties of lower cervical spine motion segments. J Biomech. 1988;21:769–779. DOI: 10.1016/0021-9290(88)90285-0

17. Panjabi MM, Brand RA Jr, White AA 3rd. Mechanical properties of the human thoracic spine as shown by three-dimensional load-displacement curves. J Bone Joint Surg Am. 1976;58:642–652. DOI: 10.2106/00004623-197658050-00011

18. Schultz AB, Warwick DN, Berkson MH, Nachemson AL. Mechanical properties of human lumbar spine motion segments. Part I: Responses in flexion, extension, lateral bending and torsion. J Biomech Eng. 1979;101:46–52. DOI: 10.1115/1.3426223

19. Panjabi MM. The stabilizing system of the spine. Part II. Neutral zone and instability hypothesis. J Spinal Disord. 1992;5:390–396; discussion 397. DOI: 10.1097/00002517-199212000-00002

20. Panjabi M, Dvorak J, Duranceau J, Yamamoto I, Gerber M, Rauschning W, Bueff HU. Three dimensional movements of the upper cervical spine. Spine. 1988;13:726–730. DOI: 10.1097/00007632-198807000-00003

21. Yamamoto I, Panjabi MM, Crisco T, Oxland T. Three-dimensional movements of the whole lumbar spine and lumbosacral joint. Spine. 1989;14:1256–1260. DOI: 10.1097/00007632-198911000-00020

22. Busscher I, van der Veen AJ, van Dieën JH, Kingma I, Verkerke GJ, Veldhuizen AG. In vitro biomechanical characteristics of the spine: a comparison between human and porcine spinal segments. Spine. 2010;35:E35–E42. DOI: 10.1097/BRS.0b013e3181b21885

23. Crisco JJ 3rd. The Biomechanical Stability of the Human Spine: Experimental and Theoretical Investigations. PhD thesis. Yale University, New Haven, CT, 1989.

24. Nachemson A, Morris JM. In vivo measurements of the intradiscal pressure: discovery, a method for the determination of pressure in the lower lumbar discs, J Bone Joint Surg Am. 1964;46:1077–1092. DOI: 10.2106/00004623-196446050-00012

25. Panjabi M, Abumi K, Duranceau J, Oxland T. Spinal stability and intersegmental muscle forces. A biomechanical model. Spine. 1989;14:194–200. DOI: 10.1097/00007632-198902000-00008

26. Cannella M, Arthur A, Allen S, Keane M, Joshi A, Vresilovic E, Marcolongo M. The role of the nucleus pulposus in neutral zone human lumbar intervertebral disc mechanics. J Biomech. 2008;41:2104–2111. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2008.04.037

27. Di Pauli von Treuheim T, Torre OM, Mosley GE, Nasser P, Iatridis JC. Measuring the neutral zone of spinal motion segments: Comparison of multiple analysis methods to quantify spinal instability. JOR Spine. 2020;3:e1088. DOI: 10.1002/jsp2.1088

28. McNally DS, Adams MA. Internal intervertebral disc mechanics as revealed by stress profilometry. Spine. 1992;17:66–73. DOI: 10.1097/00007632-199201000-00011

29. McNally DS, Shackleford IM, Goodship AE, Mulholland RC. In vivo stress measurement can predict pain on discography. Spine. 1996;21:2580–2587. DOI: 10.1097/00007632-199611150-00007

30. Brown MD, Holmes DC, Heiner AD, Wehman KF. Intraoperative measurement of lumbar spine motion segment stiffness. Spine. 2002;27:954–958. DOI: 10.1097/00007632-200205010-00014

31. Cornaz F, Haupt S, Farshad M, Widmer J. Real-time assessment of anteroposterior stability of spinal segments. Eur Spine J. 2022;31:2368–2376. DOI: 10.1007/s00586-022-07286-9

32. McAfee PC, Eisermann L, Mullinix K. Robot for ligament tensioning and assessment of spinal stability. Global Spine J. 2021;12(2 Suppl):53S–58S. DOI: 10.1177/21925682211059178

33. Крутько А.В., Байков Е.С., Коновалов Н.А., Назаренко А.Г. Сегментарная нестабильность позвоночника: нерешенные вопросы // Хирургия позвоночника. 2017. Т. 14, № 3. С. 74–83. [Krutko AV, Baikov ES, Konovalov NA, Nazarenko AG. Segmental spinal instability: unsolved problems. Russian Journal of Spine Surgery (Khirurgiya Pozvonochnika). 2017;14(3):74-83.]. DOI: 10.14531/ss2017.3.74-83