XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Анатомия

Мениски – серповидные хрящеподобные образования, состоящие из коллагеновых волокон, которые сложно переплетаясь, обеспечивают высокую прочность и натяжение мениска.

Выделяют тело, передний и задний рог мениска. Медиальный (внутренний) мениск формирует больший полукруг, чем латеральный (наружный). Его узкий передний рог прикрепляется к медиальной части межмыщелкового возвышения, перед передней крестообразной связкой, а широкий задний рог крепится к латеральной части межмыщелкового возвышения, кпереди от задней крестообразной связки и кзади от места прикрепления латерального мениска. Медиальный мениск прочно фиксирован к капсуле сустава на всем протяжении и поэтому менее подвижен, что обуславливает большую частоту его повреждений. Латеральный (наружный) мениск гораздо более широкий, толстый и, главное, более подвижный, чем внутренний, что и объясняет значительно меньшую частоту его разрывов.

Кровоснабжение менисков обеспечивается ветвями аа. medial et lateral genicularis и капсулярными сосудами. Хорошо известно разделение менисков в зависимости от качества кровоснабжения на три зоны: красную (с достаточным кровоснабжением для регенерации зоны периферического повреждения), красно-белую (переходную) и белую (аваскулярную) зону. Но как бы хорошо не кровоснабжалась периферическая часть менисков, после ее резекции не удается на этом месте вырастить ничего похожего на мениск.

Функция. Мениски играют огромную роль для нормального функционирования сустава. Она заключается во-первых, в дополнительной (помимо связочно-капсульного аппарата) стабилизации (в первую очередь ротационной) сустава, во-вторых в уменьшении нагрузки на суставной хрящ, обеспечивая амортизацию и демпферирование, в третьих — в компенсации крайней дисконгруентности суставных поверхностей мыщелков бедренной и большеберцовой костей. Нельзя отрицать и роль менисков в распределении синовиальной жидкости, как питательной среды для суставного хряща.

Биомеханика. Мениски способны деформироваться при движениях препятствуя смещению большеберцовой кости. Они также способствуют распределению вертикальной нагрузки на нее, что при экстремальных движениях (прыжки, бег и т. п.) значительно уменьшает стрессорное воздействие. Мениски плотно прикреплены к большеберцовой кости. При сгибании они смещаются кзади. Мобильность менисков позволяет им двигаться в переднезаднем направлении независимо друг от друга при внутренней и наружной ротации большеберцовой кости. При осевой ротации мениски точно следуют за движениями мыщелков бедра. При наружной ротации голени наружный мениск подтягивается к передней части наружного мыщелка большеберцовой кости, а внутренний мениск подтягивается кзади. При внутренней ротации внутренний мениск перемещается кпереди, а наружный мениск — кзади

Анатомия и биомеханика передней крестообразной связки коленного сустава

Передняя крестообразная связка (далее ПКС) состоит из двух неравномерных по прочности пучков: более длинного и слабого передне-внутреннего и более короткого и мощного задне-наружного.

Задне-наружный пучок оказывается напряженным при полном разгибании голени, а передне-внутренний — при сгибании до 120°. При внутренней ротации голени напряженными оказываются оба пучка связки.

В процессе движений в коленном суставе ПКС приобретает более вертикальное расположение при полном разгибании сустава и более горизонтальное — при сгибании до угла 90°. По мере увеличения угла сгибания в суставе возникают скручивание и наружная ротация волокон ПКС почти на 90°.

Анатомо-биомеханические особенности коленного сустава

Коленный сустав по своему анатомическому строению и биомеханическим условиям является одним из самых сложных суставов человека. В образовании коленного сустава принимают участие суставные концы бедренной, большеберцовой костей, а также надколенник. Суставные поверхности мыщелков бедра эллипсоидной формы. При этом кривизна медиального мыщелка больше латерального. Верхние суставные поверхности мыщелков большеберцовой кости слегка вогнуты и не соответствуют кривизне суставных поверхностей мыщелков бедренной кости. Такое несоответствие несколько выравнивают располагающиеся между мыщелками бедра и большеберцовой кости межсуставные хрящи, или мениски [1].

Различия в параметрах кривизны медиального и латерального мыщелков бедренной кости, а также несоответствие их параметрам кривизны суставных поверхностей плато большеберцовой кости определяет характер движений в коленном суставе, где наряду с движением относительно фронтальной оси («сгибание – разгибание») имеет место ротационное движение. Таким образом, коленный сустав представляет собой сочетание блоковидного сустава с вращательным и относится к вращательно-блоковидным суставам (1).

Особенности анатомии коленного сустава и характер движений определяются особенностями торсионного развития нижних конечностей.

Известно, что угол между продольными осями бедренной и большеберцовой костями открыт кнаружи и в норме составляет 170–172°. В этом случае биомеханическая ось нижней конечности проходит через середины тазобедренного и коленного суставов и близко к наружному краю блока таранной кости, что определяет равномерную нагрузку на суставы и функцию всей конечности [2].

Исследованиями Х.З. Гафарова [2] установлено, что при нормальном развитии нижней конечности дистальный конец продольной оси большеберцовой кости в процессе торсионного развития отклоняется от вертикальной оси кнаружи во фронтальной плоскости на 10–12 градусов, а ее проксимальный конец – кнутри на 4–6 градусов, при этом величина угла отклонения зависит от величины приведения бедра. Таким образом, угол отклонения продольной оси большеберцовой кости составляет 14–16°. Данное положение определяется тонусом и работой мышц нижней конечности. Отклонение проксимального конца голени кнутри, а дистального кнаружи происходит при внутренней торсии коленного сустава во фронтальной плоскости и по спирали снаружи кнутри, при этом проксимальный конец костей голени отклоняется снаружи кнутри и спереди назад [2]. По этой причине коленный сустав получает физиологическое вальгусное положение.

При внутреннем скручивании коленного сустава поперечные оси мыщелков бедренной и большеберцовой костей в горизонтальной плоскости описывают дугу 18–22° по определенному радиусу, который находится в зависимости от длины сегментов бедра и голени. При этом поперечные оси мыщелков бедренной и большеберцовой костей в процессе внутреннего скручивания образуют с фронтальной плоскостью угол 4–8°, пересекая ее спереди назад. Дистальный отдел костей голени, скручиваясь кнаружи, отклоняется латерально (кнаружи), при этом обеспечивается физиологический вальгус в коленном суставе. В результате этого биомеханическая ось нижней конечности проходит у наружного края блока таранной кости, что определяет равномерную нагрузку в над- и подтаранном суставах, и способствует правильному развитию сводов стопы и ее рессорной функции

Отклонение дистального конца голени в процессе торсионного развития уменьшает нагрузку на внутренний отдел ростковых пластин бедренной и большеберцовой костей. Это способствует большему развитию внутреннего мыщелка бедра, что в дальнейшем обеспечивает сохранение параллельности щели коленного сустава по отношению к горизонтальной плоскости и равномерную нагрузку на суставы нижней конечности (закон Вольфа, Гюнтера, Фолькманна).

Исследования биомеханики движений в коленном суставе последних десятилетий XX века выявили более сложный характер движений. Этот характер определяется как совокупность смещений (скольжений – перекатываний) между мыщелками бедренной и большеберцовой костей и вращений в коленном суставе в трех плоскостях.

Несомненно, что величина вращательного движения значительно преобладает над остальными видами движений, которые составляют: в передне – заднем направлении 5–10 мм, во внутренне – наружном направлении 2–5 мм и так называемая «компрессия – дистракция» при нагрузке 1–2 мм. При этом само вращательное движение является сложным и происходит в трёх плоскостях: во фронтальной плоскости (ротационное движение), в сагиттальной плоскости «сгибание – разгибание», и в вертикальной плоскости «отведение – приведение»

Вращательное движение в коленном суставе, которое осуществляется между суставными поверхностями мыщелков бедренной и большеберцовой костей сопряжено с движением «скольжение – перекатывание». При этом движении суставная поверхность мыщелков большеберцовой кости проходит сложный путь перемещений по суставным поверхностям мыщелков бедра, различающимися между собой размерами и радиусами кривизны. Описанная кривая траектории движения между суставными поверхностями мыщелков бедра и большеберцовой кости получила название «вершина кубика» («vertex cubis»).

Таким образом, при максимальном сгибании в коленном суставе осуществляется вращение относительно фронтальной оси 135° с одновременным (4–8°) вращением мыщелков большеберцовой кости кнутри и перемещением в переднее – заднем направлении до 10 мм.

При этом проксимальный конец большеберцовой кости оказывается развернутым кнутри и выдвинутым кпереди относительно дистального суставного конца бедра.

При полном разгибании в коленном суставе мыщелки бедренной кости выстоят несколько кпереди относительно мыщелков бедра

Какова биомеханика коленного сустава?

Суставы человека представляют собой подвижные сочленения костных поверхностей. По своему строению разные суставы разнятся между собой. Строение зависит от тех функций, которые должен выполнять сустав. Любые движения доступны в зависимости от сложности строения конкретного сустава. Коленный сустав обеспечивает сразу несколько функций. После тазобедренного сустава коленный сустав является наиболее крупным в организме. Он имеет сложнейшее строение и биомеханику коленного сустава. Нередко данные суставы подвергаются развитию различных патологий. Заболевания колен могут стать причиной потери подвижности человека.

Описание сустава

Коленный сустав относится к двуосным мыщелковым суставам. Состоит сустав из трёх костей: бедренной, большеберцовой и надколенника. Основными движениями, которые осуществляются коленом, являются сгибание и разгибание. Кровоснабжение сустава в большей степени питает нижнюю часть колена, верхняя часть является менее кровоснабжённой.

Колено остаётся наиболее уязвимым среди всех суставов. Травмирование происходит довольно часто. Травмы колена в большинстве случаев, если они серьёзны, не проходят незамеченными. После их получения у человека могут развиться такие заболевания как артрит (воспаление) или артроз (деформация), которые в большинстве своём превращаются в заболевания хронического характера. С годами происходит разрушение коленного сустава и происходит полная потеря подвижности сустава.

Строение колена

В целом сустав имеет сложное строение. Суставы выполняют одновременно 3 функции: перемещение в пространстве, перемещение относительно друг друга и поддержание скелета человека.

Помимо своих основных движений, сгибания и разгибания (производятся на 140-145 градусов), колено способно осуществлять приведение-отведение и ротацию. Но эти движения могут происходить только в состояния сгиба колена. Кроме перечисленных движений в коленном суставе осуществляются 2 движения мыщелков относительно бедренной кости.

Мениски или соединительнотканные хрящи выполняют функции прокладок между суставными поверхностями бедренной и большеберцовой костей. Благодаря менискам происходит перераспределение нагрузки, которая оказывается на суставные поверхности костей, и выполнение амортизационной функции, благодаря чему сустав стабилизируется.

Связки и мышцы

Стабилизирующая функция колена осуществляется благодаря менискам, связочному аппарату и мышечно-сухожильным комплексам. Связочный аппарат коленного сустава очень прочный.

Крестообразные связки являются особенностью колена. Они состоят из множества волокон, которые собраны в 2 основных пучка. Расположены они внутри сустава, отделяясь от его полости синовиальной оболочкой. Эти связки служат для предупреждения подвывиха наружного мыщелка.

Задняя крестообразная связка осуществляет предупреждение переразгибания большеберцовой кости и задней дислокации.

Медиальная коллатеральная связка стабилизирует сустав по его внутренней поверхности, препятствуя деформации голени и подвывиху её мыщелка.

Биомеханика движений суставов

Само понятие биомеханика в переводе с греческого имеет две составляющие: bios — жизнь, и mexane — механизм, рычаг.

Биомеха́ника — раздел естественных наук, изучающий на основе моделей и методов механики механические свойства живых тканей, отдельных органов и систем, или организма в целом, а также происходящие в них механические явления. Биомеханические исследования охватывают различные уровни организации живой материи: биологические макромолекулы, клетки, ткани, органы, системы органов, а также целые организмы и их сообщества. Чаще всего объектом исследования этой науки, является движение человека. Под механическим движением понимается движение всей биосистемы в целом, а также движение отдельных частей системы относительно друг друга — деформация системы. Это сокращение мышцы, деформация сухожилия, кости, связок, фасций, движения в суставах.

В хореографии, как и во всех видах спорта, особенно подвижных, биомеханика рассматривается и используется, как базовая наука и имеет большое значение. Основу биомеханики составляют физиология, геометрия, анатомия и физика.

Движения частей тела человека представляют собою перемещения в пространстве и времени, которые выполняются во многих суставах одновременно и последовательно. Движения в суставах по своей форме и характеру очень разнообразны, они зависят от действия множества приложенных сил. Все движения закономерно объединены в целостные организованные действия, которыми человек управляет при помощи мышц. Учитывая сложность движений человека, в биомеханике исследуют и механическую, и биологическую их стороны, причем обязательно в тесной взаимосвязи.

Поскольку человек выполняет всегда осмысленные действия, его интересует, как можно достичь цели, насколько хорошо и легко это получается в данных условиях. Для того чтобы результат движения был лучше, и достичь его было бы легче, человек сознательно учитывает и использует условия, в которых осуществляется движение. Кроме того, он учится более совершенно выполнять движения. Биомеханика человека учитывает эти его способности, чем существенно отличается от биомеханики животных.

Таким образом, биомеханика человека изучает, какой способ и какие условия выполнения действий лучше и как овладеть ими. Общая задача изучения движений состоит в оценке эффективности приложения сил для достижения поставленной цели. Всякое изучение движений, в конечном счете, направлено на то, чтобы помочь лучше выполнять их. Прежде, чем приступить к разработке лучших способов действий, необходимо оценить уже существующие. Отсюда вытекает общая задача биомеханики, сводящаяся к оценке эффективности способов выполнения изучаемого движения. Биомеханика исследует, каким образом полученная механическая энергия движения и напряжения может приобрести рабочее применение. Рабочий эффект измеряется тем, как используется затраченная энергия. Для этого определяют, какие силы совершают полезную работу, каковы они по происхождению, когда и где приложены. То же самое должно быть известно о силах, которые производят вредную работу, снижающую эффективность полезных сил. Такое изучение дает возможность сделать выводы о том, как повысить эффективность действия. При решении общей задачи биомеханики возникают многочисленные частные задачи, не только предусматривающие непосредственную оценку эффективности, но и вытекающие из общей задачи и ей подчиненные.

Общая задача изучения движений человека в биомеханике современного танца — оценка эффективности приложения сил для более совершенного достижения поставленной цели. Изучение движений, в конечном счете, направлено на то, чтобы найти совершенные способы двигательных действий и научить лучше их исполнять. Поэтому оно имеет ярко выраженную педагогическую направленность.

Частные задачи биомеханики состоят в изучении следующих основных вопросов:

а) строение, свойства и двигательные функции тела танцора;

б) рациональная танцевальная техника и техническое совершенствование танцовщика.

Поскольку особенности движений зависят от объекта движений – тела человека, в биомеханике изучают строение опорно-двигательного аппарата, его механические свойства и функции (включая показатели двигательных качеств) с учетом возрастных и половых особенностей, влияния уровня технической подготовленности исполнителя и т.п.

Человеческое тело имеет три измерения: продольное, поперечное, передне-заднее, соответст­венно через тело можно мысленно провести три взаимоперпендикулярные плоскости: передне-заднюю, или сагиттальную (делит тело на правую и левую поло­вины); фронтальную, делящую тело на переднюю и заднюю половины, и поперечные, проходящие горизонтально (делят тело на разных уровнях на верхнюю и нижнюю части).

Соответственно этим трем воображаемым плоскостям принято рассматривать три взаимно перпендикулярные оси движений звеньев и сус­тавов. Вокруг оси, проходящей через центр сустава спереди назад (сагит­тальной) происходит движение, называемое отведением и приведением звена тела. Вокруг фронтальной оси происходит движение, называемое сгибанием и разгибанием. Вокруг оси, проведенной через сустав вдоль звена, осуществляется поворот внутрь и наружу.

Движение вокруг той или иной оси называют степенью свободы движения. Количество степеней свободы движений звена зависит от фор­мы и строения сустава. Суставы, имеющие сферическую форму, обладают тремя степенями свободы движения, в них возможны отведение и приведение, сгибание и разгибание, поворот внутрь и наружу (пронация и супи­нация). Кроме того, в шаровидных суставах возможно круговое движение (таков плечевой сустав). К суставам с тремя осями вращения принадлежит и ореховидный (тазобедренный). Движения в нем совершаются как и в ша­ровидном, но амплитуда движений меньше.

Эллипсовидные суставы имеют две оси вращения. В них возможны сгибание и разгибание, приведение и отведение, а также круговое движение, но поворот внутрь и наружу невозможен. Таков лучезапястный сустав.

Блоковидный и цилиндрический суставы относятся к одноосным. В них одна ось вращения — фронтальная, вокруг которой возможны только сгибание и разгибание (локтевой, коленный, голеностопный).

Движения позвоночного столба могут происходить вокруг трех осей вращения: поперечной — сгибание и разгибание, переднезадней — на­клоны вправо и влево, вертикальной — скручивание в ту или иную сторону. Кроме того, можно выполнить круговые движения, представляющие собой результат движений вокруг различных осей вращения. Наиболее подвижными являются шейный и поясничный отделы позвоночника, менее под­вижны верхний и нижний участки грудного отдела. Подвижность позво­ночника зависит от межпозвоночных дисков. Они упруги, пластичны и мо­гут деформироваться при движениях позвонков.

Биомеханика работы коленного сустава: нормальная и патологическая

В современном мире спортивной биомеханики колено рассматривают не как единичную биомеханическую структуру, а комплексно с голеностопом и тазобедренным суставом.

Любые заболевания, возникающие в коленном суставе, в большинстве случаев являются следствием неправильной работы тазобедренного или голеностопного суставов (не считая чрезвычайных ситуации вроде автомобильной аварии).

Для профилактики или лечения заболеваний коленного сустава в первую очередь проводят диагностику работы всех трех суставов.

Причины нарушений:

Существует много причин биомеханических нарушений работы коленного сустава. Два основных и самых типичных нарушения правильной биомеханики коленного сустава, которые приводят к травмам и заболеваниям, связаны с деформацией голеностопного сустава:

Х-образная (вальгусная) деформация ног.

О-образная (варусная) деформация ног.

Как правило, эти два отклонения формируются еще в раннем детстве, если на одном из этапов формирования осанки произошел сбой. Именно поэтому самая важная рекомендация для родителей: постоянно следите за изменениями в осанке ребенка и в строении его ног. Если вы видите, что ноги становятся похожи на букву Х или рогалик, то сразу же обратитесь к ортопеду. Он составит индивидуальную программу, включающую в себя комплекс упражнений по восстановлению измененных структур и, как крайний вариант, назначит подбор стелек.

Часто отклонения от правильной биомеханики коленного сустава обусловлены неправильной постановкой таза. Нарушения постановки тазобедренного или голеностопного суставов могут быть структурными или функциональными.

Структурные изменения очень сложно вылечить, так как кости и хрящи уже деформировались и такие деформации практически необратимы.

Нарушения функционального характера можно и нужно исправлять. Функциональные нарушения от неправильной биомеханики возникают в результате мышечного дисбаланса и несогласованной работы мышц.

Например, при Х-образной деформации ног активно работают мышцы-напрягатели широкой фасции и бицепс бедра. В это же время приводящие мышцы, полусухожильная и полумембранозная мышцы очень слабые. При варусной деформацииПри составлении упражнений очень важно слабые мышцы «закачать», а сильные «расслабить».Первые тренировки лучше проводить под контролем врача-реабилитолога, чтобы вы были уверены, что в работу включается правильная мышечная группа.

Чем опасны функциональные и структурные нарушения работы коленного сустава?

Во-первых, нарушается правильная соосность (конгруэнтность), что приводит к неравномерному распределению нагрузок. Например, латеральный мениск нагружается на 70%, а медиальный мениск на 30% (прим. автора мениск – хрящевая прокладка, которая играет роль амортизатора в суставе и стабилизирует коленный сустав). Поэтому латеральный мениск быстрее изнашивается.

В этом случае очень важно восстановить мышечный баланс и выровнять распределение нагрузки на мениски.

При наличии мышечного дисбаланса, который приводит к функциональным нарушениям, мышцы не могут полноценно выполнять функцию стабилизации коленного сустава. Поэтому эту функцию берут на себя пассивные системы стабилизации, такие как связки и сухожилия, что приводит к их преждевременному износу. В норме связки и сухожилия не должны участвовать в процессе стабилизации. Если же они начинают выполнять эту функцию, то их полный или частичный разрыв, лишь вопрос времени.

Знание биомеханики для врача является базой для диагностики и лечения заболеваний суставов [4-7].

ЛИТЕРАТУРА

Синельников Р.Д. Атлас Анатомии Человека. В 3-х томах
М: Медицина, 1967,1973,1968. - (460+468+396) С.

Гафаров Х. З. Лечение деформаций стоп у  детей. Казань: Татарское книгоиздательство, 1990.

Кугат Р., Гарсия М., Неверов В.А., Безгодков Ю.А., Рыков Ю.А. История артроскопии / Травматология и ортопедия России. 1996. № 4. С. 111.

Кугат Р., Гарсия М., Неверов В.А., Безгодков Ю.А., Рыков Ю.А. Реконструкция передней крестообразной связки аутотрансплантатом из связки надколенника с помощью артроскопа / Травматология и ортопедия России. 1996. № 4. С. 111.

Безгодков Ю.А., Садыков Н.Р., Исмаил М. Биомеханика больных с патологией коленного и тазобедренного суставов / Травматология и ортопедия России. 2006. № 2 (40). С. 41.

Безгодков Ю.А., Садыков И.Р. Особенности биомеханической оценки состояния локомоторной системы у больных с поражением крупных суставов нижних конечностей В книге: Травматология и ортопедия XXI века. Сборник тезисов докладов VIII съезда травматологов-ортопедов России. Под редакцией Миронова С.П., Котельникова Г.П.. 2006. С. 480-481.

Кузнецов И.А., Безгодков Ю.А., Рябинин М.В., Рыбин А.В. Сберегательная тактика при неполных повреждениях передней крестообразной связки коленного сустава / Травматология и ортопедия России. 2008. № 4 (50). С. 85-89.

Код для цитирования: Скопировать