Вы здесь

Суставы, их строение и функция

Происхождение, строение, функция суставов

Суставы возникли в организме после того, как твердые ткани (кость, хрящ) оформились в орган опоры и стали выполнять эту функцию как в самом теле, так и в условиях окружающей среды (на земле, в воде, в воздухе). Однако не все кости или хрящи соединены друг с другом с помощью суставов. В одних случаях при отсутствии диастаза две кости соединяются между собой плотной соединительной тканью, подобной межкостной перепонке. В других случаях между соседними костями формируется непрерывное хрящевое соединение. Иногда первоначально самостоятельные кости срастаются в единую костную массу. Следовательно, для формирования суставов необходимы какие-то особые условия.

Чтобы определить, что это за условия, сначала проанализируем более простые формы соединения костей. Так, в условиях, когда кость постоянно смещается относительно другой кости, образуются соединительнотканные сращения — в виде мембранного соединения или различного рода швов. Эти виды соединения позволяют костям смещаться относительно друг друга и в то же время достаточно прочно удерживают их на определенном расстоянии. В тех случаях, когда диапазон смещения костей (например, с возрастом) постепенно уменьшается, связочный аппарат становится плотнее и короче. И, наконец, наступает такой момент, когда две разные кости срастаются. Границы между ними определить не удается.

В первом случае, т.е. при связочном соединении, кости смещаются относительно друг друга в большом диапазоне, а также в момент смещения удаляются друг от друга. Во втором случае происходит не только уменьшение диапазона смещения, но и сближение костей, что неминуемо приводит к усилению давления одной кости на другую.

Совсем иная картина наблюдается в случае сохранения значительных смещений костей и наличия давления одной кости на другую. Именно при этих условиях и образуются суставы со всеми свойственными им элементами. О том, что это именно так, свидетельствуют разные виды суставов и те компоненты, которые являются непременными атрибутами каждого сустава.

Для успешного управления функцией необходимо хотя бы в самых общих чертах знать биомеханику и особенности строения суставов (Как наиболее наглядный пример дается общий анализ крупных суставов.).

Плечевой сустав (articulatio humeri). Образован головкой плеча и суставной впадиной лопатки. Имеет шаровидную форму и является самым подвижным суставом человека; окружен тонкой и свободно провисающей сумкой. Связочный аппарат представлен только клюво-плечевой связкой.

Можно выделить три взаимно перпендикулярные основные оси вращения. Вокруг поперечной оси осуществляются сгибание (движение вперед) и разгибание; вокруг передне-задней оси — отведение и приведение; вокруг вертикальной оси — пронация (поворот внутрь) и супинация (поворот кнаружи); кроме того, возможно конусовидное вращение (циркумдукция).

Движения, локализованные строго в плечевом суставе, совершаются только в пределах относительно небольшого размаха. Во всех остальных случаях к ним присоединяются содружественные движения всего пояса верхних конечностей (лопатки, ключицы) и позвоночного столба.

Основную роль в сохранении контакта сочленяющихся костей играют мышцы, но и они зачастую с ней не справляются. При значительном утомлении и рефлекторном расслаблении мышц головка может отделяться от ямки, а после прекращения нагрузки возвращаться на свое место. С этим феноменом сталкиваются те, кто регулярно носит довольно большие тяжести. Совпадение суставных поверхностей нарушается и при выполнении движений предельного размаха — особенно сгибания и отведения. Этим, в частности, объясняется повышенная вероятность травматизма плечевого сустава, которую можно снизить лишь с помошью регулярной силовой тренировки окружающих его мышц.

Предельное сгибание и отведение в плечевом суставе ограничивается упором плечевой кости в плечевой отросток лопатки (акромион). Некоторое дальнейшее движение в этом направлении возможно и после соприкосновения костей — за счет нарушения контакта головки и ямки. В отдельных случаях провисающая сумка сустава может оказаться между костными упорами; происходит ее ущемление, которое ликвидируется далеко не сразу. Пассивное разгибание тормозится сильным растягиванием мышц, связки сустава и в гораздо меньшей степени — натяжением его сумки.

Амплитуда разгибания и отведения (особенно при активном выполнении) зависит от поворота руки внутрь или кнаружи. Супинация увеличивает разгибание на 15—20°. При пронации руки ее отведение увеличивается на 20—40°.

Локтевой сустав (articulatio cubiti). Является комбинацией плечелоктевого и лучелоктевого проксимального суставов, имеющих общую сумку и суставную полость.

Главную нагрузку при выполнении большинства движений несет плечелоктевой сустав. Он относится к типу блоковидных и имеет лишь одну — поперечную — ось вращения, вокруг которой происходят сгибание и разгибание. Плечелучевои сустав имеет шаровидную форму, лучелоктевой проксимальный — цилиндрическую. Благодаря этим суставам и лучелоктевому дис-тальному осуществляются пронация и супинация предплечья вокруг продольной оси сустава. Эта ось проходит через центр головчатого возвышения плечевой кости и центр головки локтевой кости. Имеется также передне-задняя ось вращения, перпендикулярная первым двум. Однако незначительные движения вокруг этой оси возможны лишь в том случае, если предплечье согнуто по отношению к плечу под углом 90°.

Дуга блока плечевой кости достигает 320°, а блоковая вырезка локтевой кости — 180°. Такое соотношение позволяет производить движение с размахом около 140°.

Локтевой и венечный отростки локтевой кости, упираясь в дно соответствующих ямок плечевой кости, служат ограничителями сгибания и разгибания.

Боковые (коллатеральные) связки — локтевая и лучевая — укрепляют сустав при пассивном отведении и приведении предплечья, а также при значительной пронации и супинации. Вспомогательную роль при этих движениях играет кольцевая связка лучевой кости.

У абсолютного большинства людей сгибание и разгибание производится в полном объеме и не требует дополнительной тренировки для увеличения подвижности. Природной пронации-супинации в обыденной жизни тоже вполне достаточно. Особые потребности могут возникнуть при занятиях некоторыми видами спорта: баскетболом, настольным теннисом, спортивной и художественной гимнастикой и т.д. Специальными упражнениями (пассивными вращениями выпрямленного и согнутого под углом 90° предплечья) можно увеличить амплитуду пронации-супинации от 130—140° до 160—180° (во всех случаях величина этих движений измеряется по амплитуде вращения кисти).

При согнутом предплечье пассивно, под действием внешней силы, может быть выполнено его незначительное отведение и приведение. Это происходит, например, во всех метательных движениях «хлыстообразного», баллистического характера. Следует подчеркнуть, что строением локтевых суставов эти движения «не предусмотрены». Во время их выполнения лучевая и локтевая боковые связки перенапрягаются и, если нагрузка достаточно высока, травмируются.

Таким образом, при тренировке локтевого сустава обычно ставится единственная задача — его укрепление. Развивать подвижность нет необходимости — достаточно поддерживать ее на необходимом для выполнения поставленных двигательных задач уровне. Наоборот, может возникнуть потребность в ограничении чрезмерной подвижности — например, врожденного переразгибания в локтевом суставе. Это довольно распространенное явление — в основном, наследственного происхождения — усугубляется слабостью мышц плеча и предплечья. В отдельных случаях переразгибание достигает 30° (в этом случае оно всегда сопровождается заметным отведением предплечья). Создается впечатление противоестественности, хрупкости, уязвимости.

Ликвидировать чрезмерную подвижность можно мощными силовыми напряжениями рук (отжимания, подтягивания, поднимание тяжестей) при ограниченной (до положения продолжения плеча) амплитуде движений предплечья. Благотворное влияние оказывают также занятия лыжным спортом и греблей.

Лучезапястный сустав (articulatio radiocarpea). Образован суставной поверхностью лучевой кости и эллипсовидной поверхностью костей проксимального ряда запястья (ладьевидной, полулунной и трехгранной). Локтевая кость, оснащенная с нижнего конца хрящевидным фиброзным диском, также принимает участие в образовании сустава, способствуя (особенно при опоре на кисть) распределению давления на большую площадь.

В лучезапястном суставе осуществляются сгибание, разгибание, приведение и отведение кисти. Ее пронация и супинация происходят вместе с ротацией дистальных концов костей предплечья. Незначительная истинная ротация кисти возможна только под действием внешней силы, за счет эластичности хрящей и некоторого взаимного удаления суставных поверхностей. Амплитуда сгибания и разгибания увеличивается за счет мобилизации небольшой подвижности в среднезапястном и межзапястных суставах, образующих сложную кинематическую цепь.

Связочный аппарат лучезапястного сустава весьма сложен. Идущие в самых различных направлениях, связки густо оплетают его со всех сторон. Расположены они и между костями. Главными являются локтевая и лучевая боковые (коллатеральные) связки запястья.

Отведение и приведение кисти ограничиваются соприкосновением соответствующих костей запястья и шиловидных отростков, имеющихся на концах локтевой и лучевой костей. Соударение этих ограничителей движения — одна из наиболее частых причин травмирования лучезапястного сустава. К этим отросткам прикрепляются и две основные связки сустава — боковая локтевая и боковая лучевая.

Спорт и суставы

Тазобедренный сустав (articulatio coxae). Образован вертлужной впадиной тазовой кости и головкой бедренной кости. Имеет прочную толстую капсулу, усиленную подвздош-нобедренной, седалищнобедренной и лобковобедренной связками. Эти связки сильно напрягаются при разгибании и ротации ноги из положения основной стойки и остаются пассивными при сгибании. Находящаяся внутри суставной сумки связка головки бедра натягивается лишь при крайнем приведении бедра. Во всех остальных случаях она, как подушка, амортизирует соударения суставных поверхностей.

Тазобедренный сустав имеет шаровидную форму с тремя основными осями вращения, вокруг которых производятся сгибание и разгибание, отведение и приведение, пронация и супинация. Он обладает меньшей, чем плечевой сустав, подвижностью. Это объясняется большей конгруентностью (совпадением) суставных поверхностей, более мощным связочным аппаратом и окружением массивных мышц. Зафиксировать изолированные движения бедра в тазобедренном суставе без специальных приспособлений практически невозможно, поскольку к ним всегда присоединяются содружественные движения таза и позвоночника. (Этим и объясняются значительные расхождения данных различных авторов о предельном размахе движений бедра.)

Постоянное натяжение мышц и связок наблюдается уже в обычном положении стоя. Вследствие этого бедро постепенно фиксируется в некотором привычном среднем положении, а его подвижность ограничивается. Таким образом, специальная гимнастика для сустава, направленная прежде всего на сохранение природной амплитуды движений и соответствующую тренировку всех его элементов, становится необходимой.

Рационально построенная тренировка в течение нескольких месяцев может увеличить амплитуду предельного сгибания бедра на 30—40° и более.

Разгибание в тазобедренном суставе тормозится натяжением мощной подвздошнобедренной связки. Собственно, она натянута уже в положении основной стойки и дальнейшее разгибание может быть крайне незначительным.

Отведение бедра ограничивает соприкосновение костей — большого вертела с верхним краем вертлужной впадины. Поэтому всякое отведение (особенно резкое или махового характера) нужно выполнять осторожно. Увеличение же подвижности бедра в этом направлении требует многолетней систематической тренировки. Следует помнить, что супинированное (повернутое кнаружи) бедро может быть отведено гораздо дальше, чем не супинированное, поскольку при этом большой вертел выходит из плоскости движения и уже не ограничивает его.

Величина пронации и особенно супинации с возрастом быстро уменьшается. Систематические упражнения позволяют не только сохранить, но и значительно увеличить амплитуду этих движений, воздействуя в основном на мышцы, окружающие сустав, и на хрящевые края суставной ямки.



Коленный сустав (articulatio genus). Комбинирует свойства блоковидного и шаровидного суставов. Из разогнутого положения в нем возможно только сгибание. По мере сгибания, благодаря уменьшению радиуса кривизны мыщелков бедренной кости, малоберцовая и болыиеберцовая боковые связки расслабляются. Сустав получает еще одну степень свободы; становятся возможными ограниченная пронация и супинация голени. Ось этих движений проходит вертикально — приблизительно по центру медиального мыщелка бедра.

Максимальная амплитуда указанных движений достигается при сгибании голени на 90°. Эти движения выполняют сравнительно слабые мышцы, находящиеся к тому же в невыгодных биомеханических условиях, что увеличи вает опасность травмирования сустава, когда пронация и супинация производятся за счет значительной внешней силы. (Подобные травмы типичны, например, для горнолыжников, которым приходится управлять довольно длинными лыжами за счет интенсивного скручивания коленного сустава то в одну, то в другую сторону.)

Конгруентность суставных поверхностей увеличивают фибрознохрящевые вогнутые прокладки — мениски. Они же способствуют смягчению толчков и сотрясений и распределению давления мыщелков на большую опорную поверхность.

Расположенные в полости сустава между мыщелками бедренной кости передняя и задняя крестообразные связки укрепляют сустав — особенно при движениях большого размаха и движениях, связанных с ротацией.

Надколенная чашка является сесамовидной костью. Она увеличивает плечо силы четырехглавой мышцы бедра.

У подавляющего большинства людей наблюдается полное, до соприкосновения с задней поверхностью бедра, сгибание голени. Оптимальное разгибание — до такого положения, когда голень является продолжением бедренной кости и составляет с ней одну прямую линию, — осуществляется беспрепятственно. Это исключает необходимость какой-либо тренировки этих движений — кроме тренировки для укрепления сустава.

Встречающееся переразгибание блокируется повышением прочности боковых связок и сумки (особенно в ее задней части), а также упругости мышц голени и бедра, перекидывающихся через сустав. Особым образом моделированной нагрузкой можно повысить прочность прикрепления к суставной поверхности голени менисков, которые могут повреждаться при сильных ударных нагрузках, направленных сверху вниз, и отрываться от мест прикрепления в результате переразгибания и чрезмерной ротации.

Нужно и можно укреплять и крестообразные связки, предупреждающие соскальзывание бедренной кости вперед и назад и сильно напрягающиеся при вращении голени. Укрепление осуществляется применением умеренной, контролируемой и регулярной нагрузки.

При сильном сгибании под нагрузкой возникает, как говорят штангисты, «мертвое положение», когда мощные усилия мышц бедра лишь в малой степени задействованы в разгибании ноги. Большая их часть тратится на деформацию коленного сустава: его чашка вдавливается между мыщелками бедренной кости; перенапрягаются все элементы сустава — хрящ, связки, мениски, многочисленные синовиальные сумки. Перегружается также место прикрепления сухожилия четырехглавой мышцы бедра на большеберцовой кости.

Специфическое строение коленного сустава служит причиной формирования Х-образных и О-образных отклонений, которые зависят от разной относительной величины наружного и внутреннего мыщелков бедренной кости. При составлении тренировочного режима это обстоятельство необходимо учитывать. Значительные отклонения от нормы могут стать препятствием для успешных занятий некоторыми видами спорта. Усиленная тренировка в сочетании с ортопедическими мероприятиями может оказать лишь частичное нормализующее действие.

Если при О-образных отклонениях измерить длину ноги от вертельной точки до опоры и расстояние между внутренними надмыщелками бедренных костей, а затем это расстояние умножить на 100 и разделить на длину конечности, то мы получим индекс О-образности. При Х-образности расстояние между внутренними лодыжками, умноженное на 100, делится на длину ноги. Вычисляется соответствующий индекс коленного сустава. Отклонения с индексом до 3,0 следует считать незначительными; от 3,5 до 5,0 — заметными; свыше 5,0 — большими.

Голеностопный сустав (articulatio talocruralis). Образован костями голени и таранной костью. Имеет блоковидную форму и одну, поперечную, ось вращения. Поскольку блок таранной кости сзади несколько уже, чем спереди, по мере сгибания в суставе обнаруживается ограниченная способность к пассивным боковым и вращательным движениям. Однако эти движения выделить довольно трудно, поскольку они маскируются подвижностью дистально расположенных суставов предплюсны (подтаранного, тараннопяточноладье-видного и др.), с которыми голеностопный сустав образует кинематическую цепь.

Связки голеностопного сустава сконцентрированы на наружной и внутренней его сторонах. Они избирательно напрягаются на пределе сгибания и разгибания. В то же время при отведении стопы резко и сильно натягиваются все связки, расположенные на внутренней стороне сустава; в момент приведения — все связки наружного веера. Движения в промежуточных плоскостях увеличивают неравномерность и асинхронность натяжения связок, что и является одной из причин повышенной травматичное™ сустава.

Предельное сгибание и разгибание стопы в голеностопном суставе ограничивает упор краев большеберцовой кости в шейку или в задний отросток таранной кости. Длительным упражнением можно несколько изменить конфигурацию этих ограничителей движения и значительно увеличить подвижность стопы. Старение недостаточно «задействованного» голеностопного сустава начинается как раз на переднем и заднем краях блока таранной кости.

Позвоночник и гибкость тела. Гибкость позвоночника (и в значительной степени — всего тела) определяют соединения тел позвонков. Угловое смещение тел происходит за счет упругой деформации межпозвонковых дисков. Величина углового смещения двух соседних позвонков при наклонах и прогибаниях зависит главным образом от высоты и эластичности дисков. Самые толстые диски находятся в поясничном отделе позвоночника, самые тонкие — в средней части грудного отдела, где относительная подвижность соседних позвонков крайне мала. В шейном отделе диски довольно тонки, но и высота тел позвонков гораздо меньше. Поэтому гибкость шейного отдела примерно такая же, как и поясничного.

Движения позвоночного столба осуществляются вокруг трех взаимно перпендикулярных осей: поперечной — сгибание и разгибание; передне-задней — наклоны вправо и влево; вертикальной — повороты направо и налево. Сложная комбинация этих движений осуществляется при круговом вращении туловища.

Индивидуальные колебания гибкости различных отделов позвоночника очень велики. Замечено, что у людей с незначительной гибкостью степень углового смещения тел позвонков регулируется преимущественно связками, идущими вдоль позвоночника. При хорошей гибкости на первый план выступают мышцы туловища, которые, естественно, являются более растяжимыми. Меньшая гибкость грудного отдела при выполнении любых движений объясняется прежде всего тем, что к его позвонкам прикрепляются ребра, ограничивающие возможность углового смещения позвонков.

Шейный отдел позвоночника при движениях туловища сохраняет некоторую автономию и не обязательно участвует в этих движениях. Он также реализует сгибание-разгибание, наклоны вправо-влево и повороты. Этот отдел требует специального упражнения и регулярной проработки суставов.

Суставы грудной клетки. Расположены в месте соединения ребер с грудиной и позвоночником. Это плоские малоподвижные суставы, допускающие лишь незначительное смещение костей. Некоторые из них (грудино-реберные) даже предрасположены к зарастанию хрящом. Эта тенденция усиливается с возрастом и особенно — при пассивном образе жизни.

Как ни мала подвижность этих суставов, значение ее очень велико: благодаря ей, с большим эффектом и с меньшими затратами энергии осуществляется изменение объема грудной клетки при вдохе и выдохе. Имеются данные о том, что большая жизненная емкость легких всегда сочетается с большей подвижностью ребер, которая поддается тренировке. Кроме специальных упражнений, на подвижность ребер благоприятно влияют занятия греблей, плаванием, лыжным спортом. Следует отметить, что тренировка гибкости позвоночника одновременно является эффективным средством увеличения подвижности ребер.

Суставы плечевого пояса. Соединяют грудину с ключицей и ключицу с лопаткой. Они обладают как собственной подвижностью, таки зависимой, которая мобилизуется при всевозможных движениях рукой и увеличивает их предельную амплитуду. Это особенно важно, когда собственная подвижность плечевого сустава уже мобилизована, но является недостаточной.

Поскольку плечевой пояс принимает участие вдыхательных движениях, высокая подвижность его суставов влияет на величину предельного вдоха и выдоха.

Можно привести множество классификаций суставов, в каждом случае взяв за основу определенное их свойство. Мы рассмотрим только те классификации, которые помогут в решении задачи, поставленной в данной книге.

Все суставы по объему совершаемых движений можно разделить на три группы.

К первой группе относятся суставы с обширным объемом движений (плечевой, коленный и др.). Для этих и им подобных суставов характерен большой размах движений: их суставные поверхности мало конгруентны, а разница в площадях суставных поверхностей весьма значительна; суставная сумка и связочный аппарат незначительно препятствуют движению. Можно сказать, что в данной группе все особенности сустава, как вида соединения костей, выражены наиболее отчетливо.

Ко второй группе относятся суставы с резко ограниченным объемом движения и полусуставы (плоские суставы: сочленения тел позвонков — articulatio inter-vertebralis, крестцово-подвздошное сочленение — articulatio sacroiliaca; тугие суставы. межзапястные суставы — articulatio mediocarpea, сочленения между костями предплюсны — articulationes intertarsea и др.; полусуставы, лонное сращение — symphysis pubica; соединение ребер с грудиной и др.). Перечисленные виды суставов характеризуются не только малыми объемами движения, но и целым рядом особенностей строения. Так, суставные поверхности большинства суставов почти полностью конгруентны; разница между площадями суставных поверхностей отсутствует или является незначительной; связочный аппарат обычно хорошо развит и существенно тормозит движение; в отдельных случаях (например, в полусуставах) отсутствует капсула.

К третьей группе относятся суставы с умеренным объемом движения, занимающие промежуточное место между двумя ранее указанными группами (голеностопный — articulatio talocruralis, лучезапястный — articulatio radiocarpea и др.). В этих суставах умеренно развиты все составляющие их компоненты.

Классификация суставов по объему движения привлекает внимание тем, что здесь подчеркивается роль функции в формировании сустава. Если часть конечности зародыша вычленить из тела (например, в зоне будущего коленного сустава) и поместить в условия, близкие к условиям жизнедеятельности развивающегося организма, то коленный сустав будет формироваться так же, как он развивался бы в целом зародыше: образуется суставная полость, формируются суставные концы костей, капсула и т.д. Отсутствие же движений всуставе (а известно, что движение плода начинается в первые месяцы внутриутробной жизни) приводит к тому, что первоначально возникшая полость сустава зарастает, а суставные концы костей срастаются.

Если взрослый человек продолжительно не пользуется конечностью и движения в суставе отсутствуют, то через некоторое время объем этих движений резко сокращается; впоследствии возникает так называемый анкилоз — полное отсутствие движений в данном суставе. И наоборот, при систематических упражнениях для развития подвижности в суставе можно добиться значительного увеличения объема движения.

Из этих положений вытекают два важных обстоятельства.

  • 1.    Наследственная предопределенность формирования суставов существует как потенциальная возможность конкретных двигательных проявлений, реализация которой происходит в процессе функции. Без нормального функционирования эта возможность может остаться нереализованной.
  • 2.    Объем и количество выполняемых движений существенно влияют на строение сустава, выраженность составляющих его компонентов (это будет показано в последующих разделах).

Следовательно, характер и объем движения в суставе будут характеризовать его в целом, а также отдельные его элементы. С другой стороны, по состоянию элементов сустава можно судить о влиянии функциональной нагрузки на тот или иной сустав, т.е. иметь объективные критерии развития и формирования того или иного сустава в заданном направлении. Все это позволяет эффективно управлять морфооб-разованием и функцией сустава.