Суставы
Для правильного построения методики восстановительного лечения при различных заболеваниях и повреждениях органов движения и выбора наиболее эффективных физических упражнений и приемов массажа большое значение имеют некоторые основные анатомо-биомеханические закономерности функций опорно-двигательного аппарата (ОДА).
Многообразные функции ОДА обеспечивают костные рычаги, посредством которых осуществляется тяга мышц, плоскости, в которых производится движение, а также структура отдельных движений. Для рационального построения движений определенное значение имеет динамическая или статическая деятельность мышц с учетом мест их прикрепления, а также биомеханических особенностей функции верхних конечностей, позвоночника и нижних конечностей в целом (Николаев Л. П., 1950; Каптелин А. Ф., 1996 и др.).
Телу человека свойственны взаимная подвижность отдельных частей и локомоторная подвижность при перемещении (например, при ходьбе, беге).
Подвижность в суставах зависит от костных рычагов и связей и формы сочленений. В организме человека встречаются рычаги первого рода (рычаг равновесия) с расположением точек приложения сил, действующих в одном направлении, по обе стороны от точки опоры. Например, точка опоры черепа — атланто-затылочное сочленение, расположенное между точкой приложения силы тяжести и силы мышц, прикрепляющихся к затылочной кости (рис. 15). При рычагах второго рода (рычаг силы) точки приложения действующей силы (тяги мышц) и силы противодействия расположены по одну сторону от точки опоры сустава и действуют в противоположном направлении. В этом случае в зависимости от точек приложения сил достигается выигрыш в силе или скорости. Например, стопа при поднимании на носки может рассматриваться как рычаг с точкой опоры в области головок плюсневых костей, точкой приложения силы тяжести (вес тела) кпереди от голеностопного сустава и точкой приложения действующей силы (тяги мышц) в области пяточного бугра (см. рис. 13). При подобном расположении точек приложения силы достигается выигрыш в силе тяги трехглавой мышцы голени. Приложение силы двуглавой мышцы в верхней части предплечья при сгибании в локтевом суставе дает выигрыш в скорости движения (см. рис. 13). В рычаге третьего рода, или рычаге скорости, точка приложения силы находится между точкой опоры и точкой сопротивления (например, в локтевом суставе при сгибании предплечья).
Рис. 15.
Для обозначения направления движений при изменении положения частей (сегментов) тела принято использовать ряд плоскостей и осей. Различают а) фронтальную плоскость, которая делит тело на передний и задний отделы, б) сагиттальную плоскость, разделяющую туловище на левую и правую половины, и в) горизонтальную плоскость. Линии, указывающие направление, — вертикальная, переднезадняя и поперечная — являются осями, вокруг которых происходит изменение положения тела и его частей (сегментов) в пространстве. Например, вращение (ротация) туловища происходит вокруг вертикальной оси (в горизонтальной плоскости), сгибание его вперед — вокруг поперечной оси (в сагиттальной плоскости), а боковые наклоны туловища — вокруг переднезадней оси (во фронтальной плоскости).
Соединенные между собой костные рычаги образуют так называемую кинематическую цепь.
При назначении и проведении процедур массажа часто требуется анатомически точно определить форму и направление совершаемого движения. Элементарные движения включают в себя сгибание-разгибание, отведение-приведение, вращение (ротация) и круговое движение. В каждом суставе имеется строго определенное число степеней свободы для совершения движений, зависящее от анатомического строения (формы) сустава.
Элементарные движения аналитического характера чаще используются в специальных упражнениях. Примером может служить движение в локтевом суставе при фиксированном плече. В повседневной жизни чаще совершаются не изолированные движения в одном суставе и в одном определенном направлении, а сложные комплексные движения одновременно в нескольких суставах с участием большого числа мышц.
Размах движений, производимых посторонней силой (пассивных движений), обычно больше размаха активных, что подчеркивает необходимость пассивной гимнастики суставов после проведения процедуры или между приемами массажа.
В процессе упражнений мышцы выполняют неодинаковую функцию, работая в различном режиме: часть из них выполняет статическую функцию, фиксируя (стабилизируя) сустав, при участии других мышц совершается динамическая работа. Так, при работе за компьютером мышцы предплечья и кисти несут динамическую функциональную нагрузку, а дельтовидная мышца, удерживающая руку на весу, выполняет позиционную (статическую) работу.
Анатомо-биомеханические особенности ОДА с учетом функциональных изменений в результате различных травм и заболеваний помогают рациональному использованию физических упражнений и приемов массажа с лечебной целью.
Соединения костей (синдесмология) выполняют несколько функций:
• скрепляют отдельные кости в скелет;
• в соединениях между костями происходит их рост; костная ткань в отличие от других растет только путем аппозиции — наложения нового костного вещества на уже существующее. Естественно, рост скелета происходит по поверхности костей и в местах их соединений друг с другом;
• в соединениях между костями происходят движения;
• соединения костей в виде соединительной ткани или хряща представляют собой пружинящие рессорные приспособления, где «затухают» и амортизируются толчки и сотрясения при движениях тела (при ходьбе, беге, прыжках и т. д.).
В соединениях между костями на первый план выступает то одна, то другая из перечисленных функций, чем определяются анатомические особенности этих соединений.
Непрерывные соединения характеризуются ограниченностью размахов движений и сравнительно небольшой подвижностью. В зависимости от характера ткани, которая соединяет кости, непрерывные соединения делятся на три вида: а) синдесмозы (junctura tibrosa) — соединение костей соединительной тканью; б) синхондрозы (junctura cartilaginea) — соединение костей хрящевой тканью; в) синостозы — соединение костей при помощи костной ткани.
Самым распространенным видом синартроза, где кости соединяются посредством волокнистой соединительной ткани, являются синдесмозы. Так, лучевая и локтевая кости предплечья по всей длине сращены плотной волокнистой межкостной перепонкой, латеральная лодыжка малоберцовой кости приращена к большеберцовой кости посредством крупных пучков коллагеновых соединительнотканных волокон. Дуги тел позвонков соединяются желтыми связками. Это также синдесмозы, но в строении желтых связок главное значение имеют не пучки коллагеновых волокон, а эластическая волокнистая соединительная ткань. Специальной формой синдесмоза являются швы черепа. Края костей соединяются друг с другом в швах тонким слоем плотной волокнистой соединительной ткани. Это очень прочные сращения.
Другой вид синартроза — синхондрозы (хрящевые сращения костей). Примером синхондроза может служить межпозвонковый диск (хрящ); межпозвонковые диски чрезвычайно прочно скрепляют тела позвонков друг с другом. При травмах позвоночника происходит перелом тела позвонка, но почти никогда не бывает их отрыва друг от друга. Несмотря на малую подвижность в сращении каждых двух соседних позвонков, межпозвонковые хрящи превращают позвоночный столб в целом в подвижную синартротическую цепь, чем обеспечивается большая общая подвижность позвоночника. Межпозвонковые хрящи «пружинят» при движениях тела. Они служат своеобразными рессорами, в которых амортизируются, «затухают» толчки при сотрясениях и движениях тела.
Своеобразную форму синартрозов, построенных из гиалиновых хрящей, представляют собой эпифизарные хрящи, которые существуют, пока не закончился рост скелета, между отдельно окостеневающими фрагментами кости.
Сращения между отдельными костями посредством костной ткани называются синостозами. Они появляются только тогда, когда заканчиваются или нарушаются функции движения и роста.
Таким образом, синартрозы — это в общем малоподвижные соединения костей, филогенетически и онтогенетически более примитивные по строению.
Прерывистые соединения, или суставы, являются наиболее сложной формой подвижных соединений костей (диартрозы). Такое соединение называют еще истинными суставами.
Истинные суставы — это такое соединение костей, в которых на первый план выступает функция движения. Суставы — подвижные соединения костей, в которых сводятся к минимуму сопротивления и препятствия движению. Между сочленяющимися костями находится суставная полость, ограниченная суставными поверхностями. Она герметически закрыта со всех сторон переходящей с одной кости на другую соединительнотканной суставной капсулой. В суставной капсуле следует различать внутренний (синовиальный) и наружный (плотный фиброзный) слой (рис. 16).
Суставная поверхность покрыта суставным хрящом, в большинстве случаев гиалиновым. Исключение составляет волокнистый хрящ суставных поверхностей в височно-нижнечелюстном и грудино-ключичном суставах. Суставный хрящ упруг и эластичен. Он менее крепкий, чем кость, зато более упругий. При меняющихся нагрузках суставный хрящ в одних местах становится толще, в других тоньше, деформируясь без изменения объема. Когда человек сидит, в согнутом коленном суставе на вершине мыщелков бедренной кости хрящ имеет толщину 5 мм, суставная поверхность более выпуклая; когда человек встает, тяжесть тела нагружает суставные поверхности разогнутого коленного сустава, и хрящ на мыщелках становится тоньше (до 2 мм). При этом суставная поверхность уплощается, а следовательно, увеличивается поверхность соприкосновения бедренной и большеберцовой костей, возрастают силы сцепления между ними. При движениях особенно легко деформируется хрящ суставных впадин — он более мягкий, чем хрящ суставных головок.
Рис. 16.
Изменения толщины хряща — одно из приспособлений формы и строения суставов к функции движения. Эластичность хряща сглаживает неровности суставных поверхностей и обеспечивает во всех (даже инконгруэнтных) суставах соприкосновение сочленяющихся поверхностей костей. Глубокие слои хряща приспособлены к сопротивлению силам тяжести тела и напряжения (тонуса) мышц, окружающих сустав.
Таким образом, не только толщина и упругие свойства суставного хряща, по и его архитектоника, ориентировка хондронов и пучков коллагеновых волокон, пронизывающих основное вещество хряща, приспособлены к функциям сустава.
Суставная полость наполнена синовиальной жидкостью, или суставной смазкой. Это вязкая, тянущаяся нитями жидкость, которая покрывает суставную поверхность, уменьшает трение при движении и участвует в питании суставного хряща. Синовиальная жидкость выделяется синовиальной оболочкой.
ВНИМАНИЕ!
Суставной хрящ, в отличие от других тканей, не содержит кровеносных сосудов и его питание происходит главным образом посредством синовиальной жидкости.
Суставные капсулы уплотняются, когда в фиброзном слое развиваются дополнительные пучки коллагеновых волокон, образующие так называемые внутрикапсулярные связки. Например, в переднем отделе капсулы тазобедренного сустава определяется мощная внутрикапсулярная подвздошно-бедренная связка. Кроме таких находящихся в толще капсулы связок, суставы укрепляются внекапсулярными связками. Примером может служить малоберцовая коллатеральная связка коленного сустава. Связки могут находиться и внутри сустава. Такое положение в коленном суставе занимают крестообразные связки.
Связки укрепляют суставы, а главное, тормозят и направляют движения. Так, например, подвздошно-бедренные связки задерживают разгибание бедра. Сгибание бедра при выпрямленной в колене ноге возможно до 90°. Если нога согнута в коленном суставе, то бедро касается живота — сгибание продолжается до 120°. При разгибании движение бедренной кости назад задерживается напряжением подвздошно-бедренных связок, поэтому разгибание возможно только на 12–15° (рис. 17).
Связки не только тормозят, но и направляют движения. Например, на скелете в соединении предплечья и плеча возможны сгибание, разгибание и боковые движения. Однако на связочном аппарате локтевого сустава возможны только сгибание и разгибание, боковые движения невозможны потому, что боковые связки локтевого сустава крепко натянуты и направляют движение только как сгибание и разгибание, не допуская приведения и отведения.
Суставы подразделяются на простые и сложные. В простом суставе сочленяются две кости (например, плечевой или тазобедренный сустав). Сложным суставом называется такой, где сочленяются 3 кости и больше (например, локтевой сустав образуется плечевой, лучевой и локтевой костями). Не следует путать сложный сустав как анатомическое понятие с комбинированным суставом как понятием функциональным. Комбинированным суставом называются два анатомически отдельных сустава или больше, которые всегда действуют согласованно. Примером такого сустава являются правый и левый височно-нижнечелюстные суставы, которые находятся на большом расстоянии друг от друга, имеют отдельные суставные капсулы, связки и т. д., но движения в них происходят одновременно и согласованно.
Для понимания особенностей движения в суставах необходимо знать биомеханическую классификацию суставов. С точки зрения движений все суставы можно разделить на две большие группы — конгруэнтные и инконгруэнтные. В конгруэнтных суставах формы сочленовных поверхностей костей соответствуют, а в инконгруэнтных суставах не соответствуют друг другу.
Рис. 17.
Конгруэнтные суставы
Самыми простыми конгруэнтными суставами являются суставы, в которых суставная поверхность служит отрезком самого простого тела вращения. Цилиндр — наиболее простое тело при вращении одной прямой линии (образующей) вокруг другой параллельной ей прямой линии — оси вращения. Цилиндр имеет единственную ось вращения. Соответственно цилиндрические суставы одноосные. Примером цилиндрического сустава могут служить лучелоктевой сустав, сустав зуба, эпистрофея с дугой атланта и др. (рис. 18 а, б).
Существуют и другие формы одноосных суставов — блоковидные суставы. Блок — это цилиндр с направляющей бороздой, перпендикулярной оси цилиндра. Блоковидное устройство имеют сочленовные поверхности суставов между фалангами пальцев.
Следует выделить еще винтовые суставы, или блоковидные с винтовым склонением. Винт — это цилиндр с направляющей бороздой спиральной формы. Например, в плечелоктевом суставе суставная поверхность представляет собой отрезок поверхности винта. Здесь имеется цилиндрическая суставная поверхность с направляющей бороздой, которая не перпендикулярна оси цилиндра, а расположена несколько косо по отношению к ней. Одновременно со сгибанием и разгибанием предплечья происходит его смещение вдоль по оси блока, подобно тому, как винт не только вращается, но и перемещается вдоль своей оси. В локтевом суставе, кроме сгибания и разгибания, также происходит смещение предплечья вдоль оси локтевого сустава. В правильном анатомическом положении разогнутой руки, когда большой палец кисти направлен в латеральную сторону, плечо и предплечье образуют угол примерно 166°, открытый кнаружи. При сгибании в локтевом суставе кисть не ложится на головки плечевой кости, а оказывается под ключицей. Это происходит потому, что в локтевом суставе суставная поверхность винтовая.
Существуют двухосные тела вращения. В теле человека имеются эллипсоидные, или яйцевидные, суставы. Эллипсоидом называется такое тело вращения, которое получается при вращении половины эллипса вокруг одного из двух его диаметров. Эллипсоидные суставы двухосные. В таком суставе, в частности в атлантозатылочном, возможны движения головы вперед и назад вокруг фронтальной оси и боковые движения вокруг косо поставленной сагиттальной оси.
Рис. 18. А.
Б. Схематическое изображение различных типов суставов в области кисти: 1 — блоковидный; 2 — эллипсовидный; 3 — седловидный; 4 — шаровидный
К двухосным относятся и седловидные суставы. Примером такого сустава может служить запястно-пястный сустав большого пальца. Здесь возможны движения по двум осям: отведение и приведение большого пальца; противопоставление его остальным пальцам кисти — оппозиция и обратное движение (реоппозиция).
Другой вид конгруэнтных суставов — шаровидные суставы. Шар — тело, которое получается при вращении половины окружности вокруг одного из диаметров. Диаметров у окружности бесчисленное множество. Соответственно шаровидные суставы являются многоосными и позволяют делать разнообразные движения по трем взаимно перпендикулярным осям: фронтальной (сгибание и разгибание); перпендикулярной к ней сагиттальной оси (отведение и приведение); перпендикулярной обеим первым осям вертикальной или продольной оси (ротация, т. е. вращение кнаружи и внутрь). Кроме этих трех движений, в шаровидном суставе возможны движения по любой другой оси, занимающей промежуточное положение между тремя взаимно перпендикулярными осями движения. Только шаровидным суставам присуще движение, которое носит название циркумдукции, или кругового вращательного движения, при котором каждая точка конечности проходит окружность, а вся конечность в целом описывает конус.
Итак, движения в конгруэнтных суставах определяются прежде всего формой суставных поверхностей.
Инконгруэнтные суставы
Это суставы, в которых форма и величина суставных поверхностей сочлененных костей не соответствуют друг другу. Подобное несоответствие выравнивается различными приспособлениями (например, упругостью суставной капсулы и ее способностью растягиваться, внутрисуставными хрящевыми дисками или менисками, перемещением при движении синовиальной жидкости, играющей роль «жидкого мениска», и т. д.).
В инконгруэнтных суставах очень важна синовиальная жидкость, которая перемещается из одного отдела суставной полости в другой и допускает различные движения, не только те, которые определяются направлением и формой суставных поверхностей. Движения в инконгруэнтных и конгруэнтных суставах зависят в первую очередь от сокращения мышц, деятельность которых контролируется центральной нервной системой.
При движениях тела включаются в действие (одновременно или последовательно) многие суставы. Ряд суставов, в котором последнее звено скелета не сочленено с первым, представляет собой так называемую открытую кинематическую цепь. Совершенно свободное тело может двигаться в пространстве по 6 взаимно перпендикулярным или противоположным направлениям, т. е. имеет 6 степеней свободы. Шаровидный сустав имеет 3 степени свободы, двухосные суставы — две и одноосные — одну степень свободы. В открытой кинематической цепи степени свободы складываются, поэтому кисть по отношению к лопатке имеет 7 степеней свободы, а следовательно, подвижна по отношению к туловищу как совершенно свободное тело, не связанное с ним.
Таким образом, развитие, формообразование и функции костей и их соединений как пассивных двигательных органов определяются в первую очередь взаимоотношениями с активными двигательными органами — мышцами. Мышцы постоянно получают управляющие импульсы нервной системы, которая объединяет жизнедеятельность организма как целого и, в частности, движения тела, непрерывно устанавливая приспособление к меняющейся внешней среде. Сложность взаимоотношений человека с внешней средой объясняет большую индивидуальную изменчивость подвижности суставов. Она меняется с возрастом (у детей больше, чем у людей пожилого и старшего возраста), обусловливается полом (у женщин больше, чем у мужчин), меняется в течение дня (вечером больше, чем утром), под влиянием температуры окружающей среды (в теплом помещении больше, чем в холодном), а главное, зависит от упражнений (массажа), развивающих потенциальные возможности суставов.
