Механическая прочность грудных и поясничных позвонков волка на сжатие
Механическая прочность грудных и поясничных позвонков волка на сжатие. Для лучшего понимания биомеханики позвоночника мы изучили общую прочность (Р) и предел прочности (о) грудных и поясничных позвонков волка. Под общей прочностью мы понимаем сопротивление целого позвонка действию максимальной нагрузки (при которой он разрушается) . Предел прочности — это показатель общей прочности (Р), отнесенный к единице площади поперечного сечения тела позвонка в среднем участке (S). Данные этих исследований представлены в табл. 22. Из данных таблицы видно, что общая прочность позвонков по длине позвоночного столба колеблется в пределах от 300 до 900 кг в грудном отделе и от 952 до 1230 кг — в поясничном. Характерно то, что общая прочность по длине грудного отдела в целом снижается от 1-го до 7-го грудного позвонка, а затем возрастает, и прочность каудальных позвонков выше краниальных в два раза. Самой большой прочностью наделен последний (13-й) грудной позвонок — 900 кг. Более низкая общая прочность краниальных грудных позвонков волка по сравнению с каудальны-ными и поясничными объясняется наличием грудной клетки, которая посредством ребер распределяет часть нагрузки, испытываемой грудным участком позвоночника. Самой большой общей прочностью у волка обладает 4-й(поясничный позвонок.
Данные о пределе прочности позвонков краниального участка грудного отдела приблизительно одинаковы. Очевидно, эти позвонки в статике и динамике животного испытывают одинаковое действие сжимающей силы и изгибающего момента. И только 12-й и 13-й грудные и 2, 3 и 4-й поясничные позвонки обладают самым высоким пределом прочности.
В целом установлено, что в краниальном грудного и каудальном участке поясничного отдела прочность позвонков ниже, чем в центральном участке позвоночного столба. Это проливает свет на роль каждого из этих участков в поглощении кинетической энергии и о различной уязвимости их к механическим повреждениям.
Грудная клетка волка — это прочная эластично-упругая коробка, состоящая из костей, хрящей, мышц и мембран и сочетающая в себе жесткость и эластическую подвижность. Ее форма в первом приближении представляет собой усеченный конус, основанием обращенный кау-дально. Все стенки этого конуса дугообразно выгибаются наружу. Передний вход — apertura thoracis cranialis билатерально сжат и обрамлен сверху позвоночником, по бокам — первой парой ребер и снизу — рукояткой грудины. По мере удаления в каудальную сторону стенки конуса постепенно закругляются. Основание конуса также усечено косой плоскостью в силу того, что самой длинной является дорсальная стенка, образованная 13 позвонками и 13 парами ребер, а самой короткой — вентральная, образованная грудиной и 9 парами истинных ребер. Запирает конус со стороны скошенного основания диафрагма.
Все стенки грудной клетки волка по-разному подвижны: более всего — диафрагма, несколько меньше — реберная и меньше всего — позвоночная. Респираторный объем полости изменяется примерно в два раза.
Мы не обнаружили в грудной клетке волка переднего статического и заднего респираторного отделов, выделенных Ш. Джакашевым [1949] у собаки и других животных. Все ребра при респирации смещаются одновременно, только каждое по-иному: передние 2 пары — только вперед-назад, примерно па 6—7 см, а последующие, кроме того, еще и вокруг своей продольной оси. В связи с этим выделение стернального и астернального отделов грудной клетки [Мухамедгалиев, 1949] и наделение их независимыми функциями нам кажется необоснованным. Респираторный акт следует рассматривать как интегральную функцию всех компонентов грудной клетки: позвоночного столба, ребер, межреберных мышц, грудной кости и диафрагмы, объединяемых суставами, связками, хрящами, фасциями воедино. Все стернальные ребра принимают участие в подвешивании туловища к грудным конечностям, однако доля такого участия постепенно снижается в каудальном направлении.
Тела грудных позвонков и межпозвонковые диски волка составляют наименее деформируемую стенку грудины — стержень, к которому крепятся ребра, а через них и грудная кость.
Ребер у волка 13 пар: 9 стернальных и 4 астернальных. Реберные хрящи составляют в среднем 30% общей длины ребер. Дистальная и средняя трети ребер уплощены, расширены, а проксимальная сужена, но утолщена. Проксимальные концы ребер круто изгибаются внутрь и вперед, и поэтому суставы головки и бугорка оказываются почти в одной парасагиттальной плоскости. Шейка ребер самая длинная и рельефная на 4—10 ребрах. Также довольно крутой изгиб вниз — внутрь и вперед делают хрящи истинных ребер.
Длина ребер неодинаковая: 1-е ребро — 14,5, 2-е — 17,0, 3-е — 21,0, 4-е - 25,5, 5-е - 30,0, 6-е - 33,0, 7-е - 35,0, 8-е - 38,0, 9-е - 41,0, 10-е-38,5, 11-е-35,0, 12-е - 30,0 13-е - 17,5 см. Все ребра, кроме последнего, сочленяются с позвоночником суставами головки и бугорка. М. Ф. Волкобой [1940] и Ш. Джакашев [1949] показали, что движения ребер осуществляются вокруг оси, проходящей через центры головки и бугорка. Однако следует добавить, что оси движений каждого ребра в по-звоночно-реберных соединениях, будучи расположенными в одной пара-сагиттальной плоскости, имеют каждая иное передне-заднее наклонение: в 1-м ребре ось вертикальная, а чем дальше назад, тем больше она отклоняется нижним концом краниовентрально и на последних двух ребрах приближается к горизонтальному положению . Благодаря этому,каждое ребро имеет свою траекторию смещения в позвоночно-ребер-ном соединении.
Позвоночно-реберные суставы, за исключением двух последних, довольно тугие. Это обусловлено краткостью связок бугорка, головки и шейки, а начиная со 2-го и до 11-го ребра, еще и весьма прочной связкой, проходящей горизонтально в канале между телами смежных позвонков и соединяющей головки одноименных ребер — ligamentum conjugalia costarum . Главная функция этих связок — возвращение ребер после вдоха в исходное положение. Эта связка отсутствует между теми ребрами, которые не вращаются вокруг продольной оси при вдохе (1-, 2-, 12 и 13-я пары). Вместо них здесь имеются самостоятельные правая и левая внутрисуставные связки, укрепляющие головки к телам позвонков и межпозвонковым дискам.
Соединения костных и хрящевых отделов всех ребер — синхондрозы. Первые 9 ребер сочленяются с грудной костью, сгибаясь перед этим в крутую дугу. Хрящи первой пары ребер сочленяются с рукояткой, 8-й и 9-й пар — с грудной костью общим суставом, а хрящи 2—7-го ребер — каждый своим суставом. В грудинно-реберных сочленениях ребра формируют суставные выпуклости, а грудина — вогнутости различной формы, но в общем реберные хрящи — вертикально-овальные головки, а грудина — соответствующие ямки. Суставные углубления для 2—8 реберных хрящей формируются каждое двумя смежными стернебрами.
Подобно позвоночно-реберным соединениям, соединения ребер и грудины характеризуются неодинаковым наклоном осей движения, благодаря чему смещения ребер, связанные со вдохом, встречают нарастающее сопротивление деформирующихся реберных хрящей, а движения выдоха — свободные.