Вы здесь

Анатомические, функциональные и онтогенетические аспекты

Когда заходит речь о суставах, то, как правило, о мышцах, обеспечивающих движение в суставах, говорят меньше всего. В то же время характер расположения мышц, степень их активности и развития определяют существование сустава, его форму, функциональную зрелость и устойчивость при повышенных нагрузках.

Суставы порождены мышцами. Мышцы определяют направленность движения частей тела, характер и амплитуду движения. Более того, сами мышцы в филогенезе формируются в связи с направленностью движения тела животного, его частей. Эти движения совершаются благодаря смещению одной части тела по отношению к другой. Ввиду того, что целенаправленное движение возможно только при наличии точки опоры, в местах прикрепления мышц, как правило, возникают плотные ткани, обеспечивающие опору мышцам во время их сокращения. Целенаправленные смещения, регулируемые по скорости и объему, нельзя осуществлять одной мышцей или группой однотипных мышц.

Для этого необходимы, по крайней мере, две противоположно действующие мышцы или группы мышц, одна из которых производит целенаправленное смещение звена тела, а вторая противодействует ей в уступающем режиме, тем самым регулируя скорость и объем движения. Такие мышцы или группы мышц именуются антагонистами. Если движения всегда однонаправлены, то антагонисты, как правило, представлены одной мышцей или группой однородных мышц. Если же движения изменчивы по направлению, то выделяют еще условные мышцы — агонисты и антагонисты.



Системные свойства элементов суставного аппарата человека

Способность мышц сокращаться и расслабляться делает их высоко пластичными. Этого нельзя сказать о скелете.

Костный скелет отличается высокой инерционностью процессов и ограниченной пластичностью. Инерционность процессов в костях с возрастом увеличивается. Поэтому форма суставных поверхностей закладывается в раннем детстве, мало меняется с возрастом и на определенном отрезке времени может лимитировать выполнение разнообразных движений или, наоборот, допускать свободу вариативности движения. Именно в последнем случае условные мышцы (агонисты и антагонисты) играют роль укрепляющего аппарата, обеспечивающего строго направленные движения.

Систематические, целенаправленные упражнения могут со временем изменить объем движения и даже его характер. При этом изменяется и форма суставных поверхностей, как это показано в наших исследованиях. Однако новые мышцы, как правило, не возникают. Организму достаточно расширения сферы деятельности имеющихся мышц — за счет увеличения их массы, расширения зон их прикрепления на точках опоры, а порой и перемещения зон прикрепления. И все же первыми изменяются мышцы — как активный аппарат, обеспечивающий движение. Даже при пассивных движениях мышцы напрягаются — и не только антагонисты, но также их синергисты. Это убедительно показано в работах автора и его коллег.

Об участии мышц в движениях, их состоянии можно судить по напряжению мышц во время движения, биоэлектрической активности, активности морфо-энзиматической (на биопсийном материале), по поглощению кислорода (полярографический метод).

Суставные поверхности формируются в соответствии с общими законами роста и адаптационных свойств костей. Многочисленные работы отечественных и зарубежных ученых, атакже исследования автора свидетельствуют о том, что первоначально кости растут и развиваются в результате развертывания организмом наследственной программы, а затем подключается действие функции (в данном случае — физическая нагрузка). Эти две причины не только способствуют росту, но и моделируют кость. Все другие факторы (кровоснабжение, иннервация, качество пищи, витамины, действие эндокринных желез и т.д.) регулируют интенсивность или полноценность роста. Эти факторы можно назвать дополнительными, или вторичными.

Механическая нагрузка может изменяться по величине (большая, малая), по характеру (в зависимости отускорения, частоты периодов, однонаправленности и разнообразия движений и т.д.). Изменение величины и характера действия механической нагрузки на скелет приводит к деформации костей, что стимулирует деятельность костных клеток (остеобластов и остеокластов). В связи с этим активизируются два процесса.

Во-первых, усиленная деятельность клеток приводит к пластической перестройке кости: остеокласты выделяют вещества, разрушающие кость; остеобласты продуцируют вещества, строящие кость.

Во-вторых, продукты обмена — как результат активизированной деятельности костных клеток — являются возбудителями для сосудистой, эндокринной и нервной систем. Обеспечение активно работающих клеток необходимыми веществами (энергетическим и пластическим материалом) способствует активизации деятельности этих систем, а также удалению из кости продуктов обмена, которые нередко являются токсическими, тормозящими процессы жизнедеятельности. Как правило, реакция обеспечивающих и регулирующих систем запаздывает и продолжается некоторое время после действия нагрузки на кость. Если приостановить действие нагрузки до наступления истощения клеток, то реакция последействия обеспечивающих и регулирующих систем не только восстановит израсходованный энергетический материал, но и обеспечит некоторый его запас. Образование структур клеток активизируется. Таким образом, структуры кости будут укрепляться, а кость в целом в следующий раз сможет выдержать еще большую нагрузку.

В тех случаях, когда механическая нагрузка превышает энергетические возможности клеток и продолжается на протяжении длительных отрезков времени (или повторяется с очень малыми перерывами), обеспечивающие и регулирующие системы не в состоянии снабдить всем необходимым функционально перенапряженные костные клетки. Это приводит к постепенному ослаблению кости, ее разрушению.

Описанные закономерности хорошо иллюстрируются реакцией хрящевых клеток в зоне эпифизарного и суставного хряща.

Длительная, монотонная нагрузка на суставной хрящ приводит к нарушению клеточной ориентации; хрящ истончается, рост кости на этом участке замедляется. Наоборот, если нагрузка переменная и умеренная, то клетки суставного хряща проявляют все признаки высокой функциональной активности; суставной хрящ достигает наибольшей толщины, кость растет и моделируется интенсивно.



Известно, что суставные головки бедренной и плечевой костей покрыты суставным хрящом на участках соприкосновения суставных поверхностей и в пределах размаха возможных движений. Тщательное исследование этого вопроса убедило нас в том, что суставной хрящ покрывает только ту зону, которая участвует в активном движении. За пределами активного, регулярно повторяющегося движения суставного хряща нет. При этом на периферии головки суставной хрящ в 2—3 раза тоньше, чем в центре (например, 1—2 мм на периферии головки бедренной кости и 2—3 мм — в центре).

Совсем другие соотношения толщины суставного хряща в суставных впадинах. В центре суставной впадины лопатки хрящ тоньше, чем на периферии, в 2—3 раза. Более того, суставная ямка заканчивается толстой хрящевой суставной губой. Суставной хрящ ямки тазобедренного сустава имеет еще более выраженные различия в толщине. В центре ямки вообще нет суставного хряща. К периферии он постоянно утолщается и заканчивается еще более широкой, чем на лопатке, хрящевой суставной губой. Анализ разнообразных движений в плечевом и тазобедренном суставах показал, что во всех фазах движений имеет место не только соприкосновение суставных поверхностей костей, но и давление одной кости на другую. В одних случаях это давление — результат веса тела или его частей; в других — следствие напряжения мышц. Какое бы движение в тазобедренном или плечевом суставе ни совершалось, основная механическая нагрузка приходится на периферию суставных головок плечевой или бедренной кости. В области лопатки или таза это давление концентрируется в центре суставной поверхности (исключая место прикрепления круглой связки) и уменьшается к периферии. О том, что это именно так, красноречиво свидетельствует форма края вертлужной ямки. Он имеет три костных выступа: передний — соответствует опоре на ногу при максимальном ее разгибании; задний — соответствует опоре на ногу, вынесенную вперед; средний — развивается под действием давления тела в вертикальном положении при опоре на обе ноги.

Подобным образом с учетом фило- и онтогенеза можно объясн ить любую форму суставной поверхности .Более того, длительные физические упражнения (с превалированием статической или динамической нагрузки) могут использоваться для создания нужной формы суставной поверхности или для исправления нетипичной.

Интенсивность и характер функции не только влияют на рост хряща, но и могут изменить его структуру. В большинстве суставов хрящ гиалиновый, однако есть суставы (например, ключично-грудинный, нижнечелюстной, плечелучевой и др.), в которых суставная поверхность покрыта волокнистым хрящом.

Известно, что гиалиновый хряш развивается там, где преобладает давление, в то время как волокнистый хрящ больше приспособлен для сопротивления растягивающей силе. Хрящевые суставные губы также состоят из волокнистого хряща. Волокнистый хрящ составляет основу дисков и менисков суставных полостей. Создается такое впечатление, что волокнистый хрящ на суставной поверхности, хрящевые губы, диски и мениски возникают в тех суставах и на тех участках суставов, где имеет место сочетание больших сдавливающих и растягивающих сил. При анализе движений эта мысль подтверждается полностью. Во всех выше перечисленных (и им подобных) суставах одновременно могут происходить движение вокруг какой-то оси и скольжение суставных поверхностей относительно друг друга. При этом второе движение совершается, как правило, уже в нагруженном суставе, т.е. в условиях значительного давления костей друг на друга. Так, сгибание и разгибание нижней конечности в коленном суставе осуществляется между менисками коленного сустава и суставной поверхностью бедренной кости, а вращение голени в коленном суставе (например, при ходьбе) осуществляется между нижней поверхностью менисков и суставной поверхностью большеберцовой кости.

Примерно так же осуществляется движение в нижнечелюстном суставе. Все это помогает понять роль и назначение дисков и менисков в суставах. Несмотря на то что существует обширная литература о строении менисков коленного сустава и их функции, полной ясности в этом вопросе до сих пор нет. В последнее время можно встретить указания на то, что мениски коленного сустава выравнивают неконгруентные поверхности костей, служат подушками, смягчающими толчки и сотрясения, способствуют напряжению суставных связок, что облегчает ходьбу. По мнению П.Ф. Лесгафта, мениски и синовиальная жидкость смягчают толчки и увеличивают конгруентность суставов. Однако имеются работы, в которых менискам коленного сустава приписывается другое назначение. Кпримеру, П.М. Мажуга на большом сравнительно-анатомическом материале показал, что у отдельных животных (слон, летучая мышь) мениски отсутствуют. Автор связывает этот факт с отсутствием вращательных движений в коленном суставе.

Следовательно, как суставной хрящ, так и диски или мениски формируются под действием сложных биомеханических причин, возникающих во время движения при нагруженном суставе. Об этом же красноречиво свидетельствуют активно функционирующие клетки указанных образований, которые располагаются на поверхности хряща.



Для того чтобы понять роль капсулы сустава и ее производных, а также закономерности их формирования, необходимо первоначально рассмотреть основные принципы гене-за разных типов соединения костей.

Как было отмечено ранее, кости выполняют функцию опоры для всего тела или служат опорой для мыщц во время их сокращения. Это основная функция костей.

Наличие костей само по себе может служить защитой для некоторых органов или вместилищем целого ряда ценных макро- и микроэлементов.

В тех случаях, когда кость возникает только как опора для мышц, она обычно остается изолированной от других костей скелета (подъязычная кость или изолированные кости некоторых животных).

Но если кости формируются под действием не только мышц, но и тяжести тела, то они составляют комплекс связанных между собой костей (скелет). Наше тело и его части постоянно находятся в движении. Характер движения, вес частей тела определяют собой степень контакта соседних костей, характер и прочность их соединения.

В раннем периоде развития зародыша костей еще не существует. Первоначально образуется соединительнотканный скелет, в недрах которого и формируются кости. Кость возникает в виде неправильной формы островков костной ткани. В последующем эти островки оформляются в кость более или менее правильной формы. Будущая кость возникает в соединительнотканном окружении и остается в нем после окончательной дифференцировки, а также во взрослом состоянии. Надкостница, окружающая кость, соединительная ткань, хрящи, элементы суставов, как и сами кости, являются производными первичной, более молодой соединительной ткани — так называемой мезенхимальной ткани.

Если сочленяющиеся между собой кости не только смещаются относительно друг друга, но и расходятся в разные стороны, удаляясь друг от друга, то дифференцировка окружающей кость соединительной ткани идет по линии ее уплотнения. Так формируются разного рода синдесмозы, т.е. оболочечные сращения. К оболочечным сращениям можно отнести межкостные мембраны, разного рода связки (суставные и не относящиеся к суставу), швы (гармоничный, зубчатый, чешуйчатый, вколоченный — для зубов и др.). Элементом оболочечных сращений можно считать фиброзный слой капсулы суставов, ибо он представляет собой не что иное, как продолжение и усиление волокнистых структур надкостницы. Может быть, поэтому фиброзный слой капсулы начинается не от края суставного хряща (подобно синовиальному слою капсулы), а от края надкостницы. Наиболее типичной формой оболочечных сращений костей являются связки.