Вы здесь

Пассивные тормозы движений

Единственный активный тормоз в функциональной системе регулирования суставного угла — мышцы, находящиеся в активном состоянии, — характеризуется большой вариативностью действия на сочленяющиеся костные звенья.

Некоторыми системологами именно вариативность признается необходимым условием высокой надежности сложных, многозвенных функциональных систем. Если действие мышц-антагонистов может затормозить движение в любой точке его дуги, то пассивные тормозы (кожа и подкожная жировая клетчатка; мышцы, находящиеся в пассивном состоянии; связки, суставная сумка, хрящ) включаются практически всегда в одно и то же время, в непосредственной близости от предела безопасного размаха движения. При этом динамические характеристики каждого из этих тормозов (эластичность, прочность) отличаются высокой стабильностью.

Вместе с сотрудниками мы изучали действие пассивных тормозов при послойном препарировании суставов, взятых от нескольких трупов (табл. 13). Удаляя последовательно один слой (тормоз) за другим и сохраняя постоянное усилие (1 кГ), в котором выполнялось движение, мы регистрировали изменение размаха движения.



Размах движений стопы у 25-35-летних мужчин при послойном препарировании

При поверхностном разрезе края кожи слега расходятся, что свидетельствует о некотором исходном ее натяжении, особенно заметном на так называемых линиях Лангера. Однако тяга в 1 кГ оказывается слишком большой для того, чтобы кожа могла реально повлиять на размах движения (У людей старше 60 лет влияние кожи на размах движения не удалось даже зафиксировать, что обусловлено возрастным увеличением ее поверхности (образование складок, морщин), уменьшением упругости.).

Таким же образом можно характеризовать тормозное действие подкожной жировой клетчатки, которое в большинстве случаев пренебрежительно мало.

Существенный и вполне достоверный прирост размаха движений наблюдается только при удалении мышц, которые и в пассивном состоянии являются важным тормозом движения. Их радикальное влияние на пассивное регулирование суставного угла подтверждается в исследованиях на секционном материале.

В условиях лабораторного эксперимента перерезка связок при сохранен ии целостности мышц позволяла достигнуть предела пассивного разгибания стопы (36°) усилием в 10—14 кГ, приложенном к головкам плюсневых костей.

Мышцы как главный инструмент надежности суставов

Однако известно, что в живом организме мышцы находятся в состоянии постоянного непроизвольного напряжения (тонуса), что, естественно, сказывается на их сопротивлении растягиванию (Г. В. Васюков указывает, что в целостном живом организме упругость и вязкость мышцы всегда выше, чем на изолированном препарате. Увеличение температуры (разогревание мышцы) увеличивает ее вязкость. Деятельная мышца более упругая и вязкая, чем бездеятельная).

После исследования усилий при достижении предела пассивного разгибания стопы было установлено, что даже при согнутой в коленном суставе голени, когда вследствие сближения мест начала и прикрепления икроножной мышцы она уже не может служить тормозом движения, у подростков 15—16 лет они достигают 15—25 кГ, а с возрастом еще более увеличиваются. Достижение этого предела с разогнутой голенью и «включенной» икроножной мышцей требует усилия, превышающего собственный вес занимающегося (В этом случае рассматриваются относительно медленные движения, заведомо превышающие по времени ЛПРР мышц голени.).

Перерезка суставной сумки никак не отражается на размахе движения. Почти во всех суставах сумка тонкая, податливая и провисает даже в момент достижения предельного размаха, когда связки уже начинают отрываться и слышится характерное потрескивание — вследствие разрушения костных балок в местах их прикрепления. В клинической и экспериментальной практике описываются, как казуистические, случаи повреждения сумки при сохранении целостности связок. Как правило, разрыв последних закономерно предшествует повреждению сумки. Именно поэтому мы весьма скептически относимся к довольно часто встречающимся в методической и специальной литературе рекомендациям: при пассивных движениях «растягивать сумку и связки».

Как было показано выше, ни кожа с подкожной жировой клетчаткой, ни мышцы, ни суставная сумка не лимитируют предельный размах движения, поскольку их эластичность оказывается значительно большей, чем они проявляют даже у опасной границы. Этот предел определяется эластичностью связок, с которых и начинается повреждение сустава.

Известно, что связки растяжимы. При характеристике их относительного удлинения различные авторы называют цифры от 5 до 20% (Такой разброс объясняется, очевидно, сложной и неодинаковой методикой испытаний.).

Периодическая извитость коллагеновых волокон связки человека

Сопоставление относительного удлинения связки с коэффициентом извитости (Коэффициент извитости коллагеновых пучков определяется отношением амплитуды волны (Хм) к длине волны (л), умноженным на 100. Впервые этот коэффициент применил для характеристики сухожильных пучков А.К. Макаров) показывает, что удлинение происходит в основном за счет расправления извитости коллагеновых пучков связки (рис. 28). В связи с тем, что извитость коллагеновых пучков лучше выражена в молодом возрасте, относительное удлинение связки также более выражено, по нашим данным, именно в этом возрасте (табл. 14). Однако незначительное удлинение может зависеть и от конструкции связки (взаимного расположения пучков).



Возрастная динамика извитости коллагеновых пучков связки и ее относительного удлинения

Таким образом, в наиболее деятельном (для спорта) возрасте удлинение связки составляет около 6% от ее первоначальной длины. Например, такое удлинение связок, в голеностопном суставе, увеличивает объем движения на 10—14°, что позволяет превысить предельный размах активного движения на 30%.

Минимальное (3%) относительное удлинение связки в пожилом возрасте свидетельствует об эволюции функции связок — от тормозной к ограничительной. Этому соответствует изменение их морфологии на клеточном уровне: исчезновение юных форм фибробластов, огрубление эластических волокон, появление обширных колоний хрящевых клеток, которые из мест прикрепления связки постепенно проникают в ее среднюю треть.

Для полного расправления периодической извитости пучков связок голеностопного сустава человека (в возрасте 10—35 лет) при разгибании стопы давлением на головки плюсневых костей необходимо усилие порядка 12—25 кГ (в зависимости от длины рычагов и поперечного сечения связки).

Связки расположены таким образом, что в момент предельного размаха движения их продольная ось совпадает с траекторией перемещения места их прикрепления (рис. 29), а значит, и с вектором растягивающей силы. Это способствует проявлению их максимальной прочности. После прекращения усилия (если оно не превысило физиологической нормы) связка возвращается к своей первоначальной длине благодаря упругости коллагено-вых, а также эластических волокон, ориентированных примерно в том же направлении, что и коллагеновые.

Совпадение оси связки с направлением действия растягивающей силы

Хрящ, покрывающий суставные поверхности, является весьма относительным тормозом, поскольку его деформация при сжатии ничтожно мала. Практически ею всегда можно пренебречь, так как после соприкосновения костей за счет сжатия хряща размах движений даже при предельных усилиях увеличивается не более чем на 1—2°. И тем не менее в обеспечении экономичности затрат на взаимное трение суставных поверхностей (вместе с синовиальной жидкостью) хрящ имеет первостепенное значение.

Весьма неразработанным и спорным является вопрос о тормозной роли синовиальной жидкости.



Многие исследователи отводят ей роль гидродинамического «клина», «мениска», превращающего сустав в демпфирующее устройство. По мнению других ученых, синовиальная жидкость только уменьшает трение суставных поверхностей и играет роль смазки.

Перемещение суставной жидкости при движении сочленяющихся звеньев не вызывает сомнения, однако известно, что жидкости практически не сжимаемы. Следовательно, роль амортизатора должны выполнять стенки сосуда, содержащего синовию, а сама жидкость лишь передает нагрузку на стенки. Но таким сосудом может быть только сумка сустава, которая, как мы отмечали выше, весьма податлива и не в состоянии принять участие в создании необходимого напряжения. Например, в коленном суставе, обладающем более мошной и толстой капсулой, чем любой другой, практически у всех 250 обследованных (из которых 83% составляли спортсмены) H.Roick обнаружил большие или меньшие отклонения от нормы (выпячивания сумки различной конфигурации). И лишь в 13% случаев он квалифицировал указанные отклонения как патологию (слабые места для разрывов и растяжений).

В суставах мы встречаемся с особым типом смазки, не известной в технике — так называемой «выжимающейся смазкой». Этот феномен снижает коэффициент трения суставных поверхностей приблизительно до 0,01%, что вполне соизмеримо с трением качения в подшипниках с гидродинамической смазкой.

О смазочной и трофической функциях синовии как внутренней среды сустава свидетельствует также высокое процентное содержание в ней гиалуроновой кислоты. Этим объясняется уникальная вязкость синовии, которая, по некоторым данным, изменяется в зависимости от биодинамических условий функционирования сустава. При медленном изменении скорости движения сочленяющихся звеньев (градиент их скорости равен 0,1 с-1) синовия имеет вязкость в 5000 раз больше, чем вода. При быстром увеличении скорости (градиент 1000 с-1) этот показатель лишь в 10 раз превышает вязкость воды.

Полное исключение движения (иммобилизация суставов животных в эксперименте) приводит к исчезновению синовии и возникновению распространенной патологии — «сухости сустава».

Имеются указания на проявление синовией незначительной упругости. Так, в эксперименте было показано, что после снятия груза синовия занимает несколько больший объем.

Указанные свойства синовии в сочетании с соответствующими свойствами хряща реализуют такие факторы надежности, как износоустойчивость сочленения и снижение энерготрат на эквивалентную работу.