функциональная анатомия, нижняя конечность

Подошвенный свод можно охарактеризовать как архитектурную конструкцию, объединяющую все элементы стопы - суставы, связки и мышцы - в единую систему.

Свод подошвы схож с ладонью, но в результате эволюционного развития свод стопы взял на себя новые функции: в рамках прямохождения он наилучшим образом перераспределяет вес тела на опору (земля, пол), несмотря на ее неровности, при ходьбе, беге, прыжках, подъеме в гору, лазанию по деревьям (что было так важно для наших далеких предков обезьян). Благодаря способности свода изменять величину дуг

и его эластичности, стопа приспосабливается к неровностям плоскости опоры и передает на нее силы, создаваемые весом тела и его движениями (можно задаться вопросом: а как изменилась бы стопа в условиях силы притяжения Луны или Юпитера?). Эти функции выполняются в режиме механического благоприятствования в самых различных условиях. Подошвенный свод действует как амортизатор, что важно для пружинящей походки. Любые патологические состояния, увеличивающие или уплощающие своды, существенно сказываются на опорной функции стопы при стоянии, ходьбе, беге, прыжках.

В целом подошвенный свод можно сравнить с архи-

тектурным сводом, поддерживаемым тремя арками. Такой свод был создан архитекторами и инженерами (рис. I, павильон CNIT в квартале Дэфанс, Париж): он опирается на землю в трех точках А, В и С (рис. 2), расположенных по углам равнобедренного треугольника. Между каждыми двумя точками опоры АВ, ВС и СА находится арка, представляющая собой одну из сторон свода. Вес свода (рис. 3, классический свод) сконцентрирован в «краеугольном камне» стрелка и передается на опоры А и В (известные как опорные столпы арки) через два устоя.

Разделяя точку зрения, высказанную Лапидусом (Lapidus), некоторые ученые критикуют идею свода. Так, Де Донкер и Ковальски (De Doncker, Kowalski) считают подобную точку зрения на подошвенный свод слишком статичной и утверждают (не без оснований), что боковые и передние арки являются плодом нашего воображения. Они предпочитают сравнивать стопу со стропильной конструкцией (рис. 4, стропильная конструкция), состоящей из двух стропил SA и SB, соединенных наверху S и удерживаемых распоркой АВ, не дающей треугольнику развалиться при воздействии веса на его верхнюю точку. С этих позиций стопа представляет собой единичную стропильную конструкцию, основной связующей распоркой которой служат мощные подошвенные связки и мышцы, а дополнительные боковые распорки структуры соответствуют классическим дугам - внутренней и наружной. Эта концепция стопы ближе к анатомической реальности, особенно в отношении связок и мышц, которые действительно выполняют связующую функцию, и их на самом деле можно сравнить с распорками. Однако термины «свод» и «арки» столь выразительны и при-

вычны, что трудно отказаться от их использования наряду с такими понятиями, как «стропильная конструкция» и «связующие распорки». Как это часто случается в биомеханике, два представления, которые поначалу кажутся взаимоисключающими, в конечном счете дополняют друг друга, обеспечивая более глубокое понимание сути дела. Поэтому мы будем продолжать использовать понятия «подошвенный свод» и «арки».

Подошвенный свод (рис. 5, вид изнутри, структуры стопы изображены прозрачными) образует не равнобедренный треугольник, а нечто сходное с ним и несимметричное, поскольку здесь имеются три арки и три опоры. Опоры (рис. 6, вид сверху, структуры стопы прозрачны) лежат в зоне контакта с землей или в пределах отпечатка стопы (зеленого цвета). Они представлены головкой первой плюсневой кости А, головкой пятой плюсневой кости В и буграми пяточной ости С. Каждую опору делят между собой две соседних арки.

Между двумя передними опорами А и В простирается передняя арка, самая короткая и самая низкая из всех. Между двумя наружными опорами В и С находится наружная арка, средняя по длине и высоте. И, наконец, между двумя внутренними опорами С и А расположена внутренняя арка, самая длинная и высокая, а также самая важная из всех в плане осуществления опорной функции и ходьбы.

Поэтому форма подошвенного свода (нижняя часть рис. 5) напоминает парус-фок, наполненный ветром. Его верх отчетливо смещен кзади, и вес тела (зеленая стрелка) воздействует на задний склон (красная стрелка) в точке (черный крестик на рис. 6), расположенной в центре подъема.

Внутренняя арка (рис. 7), лежащая между передней А и задней С опорами, включает в себя пять костей. Перечислим их в направлении спереди назад:

•первая плюсневая кость Ml касается плоскости опоры только головкой;

•внутренняя клиновидная кость С1 вообще не соприкасается с плоскостью опоры;

•ладьевидная кость S является краеугольным камнем арки (показана синей трапецией) и лежит на 15-18 см выше плоскости опоры;

•таранная кость Tal, воспринимающая все силы, воздействующие через нижнюю конечность, и передающая (см. рис. 15, стр. 207) их на свод стопы;

•пяточная кость Cal, контактирующая с плоскостью опоры только своей задней частью.

Распределение механических сил отражено в расположении костных трабекул (рис. 8).

•Трабекулы, идущие от кортикального слоя передней поверхности большеберцовой кости, ориентированы наклонно книзу и кзади, проходя через задний

устой арки. Они идут через тело таранной кости и расходятся веером в пяточной кости, достигая задней опоры арки.

• Трабекулы, идущие от заднего кортикального слоя большеберцовой кости, проходят косо книзу и кпереди, пересекают шейку и головку таранной кости, ладьевидную кость и передний устой арки, т.е. внутреннюю клиновидную и плюсневую кости.

Внутренняя арка сохраняет свою вогнутость только с помощью связок и мышц (рис. 7).

Пять костей, перечисленных выше, объединены многочисленными подошвенными связками, в том числе клиновидно-плюсневой, клиновидно-ладьевидной

иособенно — подошвенной пяточно-ладьевидной 1

итаранно-пяточной 2. Связки противодействуют сильным, но кратковременным нагрузкам, а мышцы справляются с постоянными нагрузками.

Мышцы соединяют точки, лежащие на арке на разных расстояниях друг от друга, и тем самым напрягают всю арку или ее часть. Поэтому они действуют как

напрягатели арок.

•Задняя болыпеберцовая мышца 4 напрягает часть внутренней арки (рис. 10) у ее купола, но при этом играет очень важную роль. По существу, она тянет (рис. 9, красная стрелка) ладьевидную кость S книзу и кзади по отношению к головке таранной

кости Tal, следуя по кругу, обозначенному пунктиром. Сравнительно небольшое укорочение этой мышцы е влечет за собой изменение ориентации ладьевидной кости, вследствие чего опускается передний устой арки. Кроме того, подошвенные прикрепления этой мышцы (3, рис. 7) сливаются с подошвенными связками и воздействуют на три средних плюсневых кости.

•Длинная малоберцовая мышца 5 также влияет на внутреннюю арку и увеличивает ее высоту, сгибая (рис. 11) первую плюсневую кость Ml по отношению к внутренней клиновидной С1, а последнюю - по отношению к ладьевидной S (рис. 9) (см. также далее описание ее воздействия на поперечную дугу, стр. 269).

•Длинный сгибатель первого пальца 6 охватывает почти всю внутреннюю арку (рис. 12) и существенно влияет на ее кривизну. В этом ему помогает

длинный сгибатель пальцев стопы 7, пересекающий арку снизу (рис. 13). Кроме того, длинный сгибатель первого пальца стабилизирует таранную и пяточную кости. Проходя между двумя буграми таранной кости, эта мышца не позволяет (рис. 14) таранной кости отходить кзади (белая стрелка). Под напором ладьевидной кости (белая стрелка) натягивается таранно-пяточная межкостная связка 2, и таранная кость возвращается кпереди в ее исходное положение сухожилием, подталкивающим ее кпереди, как тетива лука толкает стрелу. Проходя ниже sustentaculum tali (рис. 15), сухожилие длинного сгибателя первого пальца, действуя подобным же образом, вновь поднимает переднюю половину пяточной кости (черная стрелка), воспринимающую вертикальную силу (белая стрелка), передаваемую через головку таранной кости.

•Мышца, отводящая большой палец стопы 8, напрягает всю внутреннюю арку (рис. 16). Поэтому эта мышца является особенно эффективным напрягателем: она увеличивает высоту арки, сближая ее края.

С другой стороны (рис. 17), две мышцы, прикрепляющиеся к выпуклости арки, а именно длинный разгибатель первого пальца 9 - при определенных условиях - и передняя болыпеберцовая мышца 10, уменьшают кривизну и уплощают арку.

Наружная арка включает в себя только три кости (рис. 18, вид на наружную арку сбоку):

•пятую плюсневую М5, головка которой служит передней опорой В наружной арки;

•кубовидную Cub, вообще не касающуюся плоскости опоры;

•пяточную Cal, задневнутренний и задненаружный бугры которой обеспечивают опору С для арки.

По сравнению с высокой внутренней аркой наружная

низкая (3—5 мм) и осуществляет контакт с плоскостью опоры через выстилающие ее мягкие ткани.

Передача механических сил (рис. 19) происходит через таранную кость и лежащую под ней пяточную с использованием двух групп трабекул:

•задние трабекулы идут от кортикального слоя передней поверхности большеберцовой кости и расходятся веером по телу пяточной кости,

•передние трабекулы идут от кортикального слоя задней поверхности большеберцовой кости, проходят через головку таранной кости там, где она опирается на большой отросток пяточной кости, а затем через кубовидную и пятую плюсневую кости достигают передней опоры арки.

Вдополнение к этим костным трабекулам пяточная кость имеет две собственные основные системы

трабекул:

•верхняя арочная система, вогнутая книзу, сливается в плотные пластинки на уровне дна пазухи предплюсны; эти трабекулы противодействуют компрессии;

•нижняя арочная система, вогнутая кверху, сходится у кортикального слоя нижней поверхности пяточной кости; эти трабекулы противодействуют тракции.

Между этими двумя системами находится слабая

точка +.

Внутренняя арка очень эластична благодаря подвижности таранной кости по отношению к пяточной, а наружная арка обладает значительно большей жесткостью, чтобы передавать подталкивающее действие трехглавой мышцы голени (см. рис. 127, стр. 253). Ее жесткость обусловлена мощной подошвенной пяточ- но-кубовидно-плюсневой связкой, глубокие 4 и поверхностные 5 волокна которой не позволяют пяточ- но-кубовидному и кубовидно-плюсневому суставам открываться книзу (рис. 20) под действием веса тела

(белая стрелка). Краеугольным камнем арки является большой отросток пяточной кости D, где встречаются задний CD и передний BD устои арки. При воздействии на арку достаточно большой вертикальной силы через таранную кость (например, прыжок или падение с высоты с приземлением на стопы) возможны три типа травмы (рис. 21):

•подошвенная пяточно-кубовидная связка сопротивляется удару, но арка не выдерживает на уровне краеугольного камня, и большой отросток ломается по вертикальной линии, проходящей через слабую точку;

•таранная кость вколачивается в пяточную, так что угол Белера (Boehler) PTD, обычно тупой (рис. 20),

открытый книзу, еще более уплощается или даже переворачивается, превращаясь в угол PT'D;

•с внутренней стороны часто отламывается малый отросток пяточной кости по линии, проходящей сагиттально (здесь не показано).

Такие переломы пяточной кости трудно поддаются репозиции, поскольку нужно не только поднять таранную кость, но и поставить на место большой отросток, иначе внутренняя арка остается обвалившейся.

Три мышцы служат активными напрягателями наружной арки:

•короткая малоберцовая мышца 1 напрягает часть арки (рис. 22), но, как и пяточно-кубовидная связка, она не позволяет суставам стопы открываться книзу е (рис. 23);

•длинная малоберцовая мышца 2 проходит параллельно первой 1 вплоть до кубовидной кости и играет идентичную роль; помимо того (рис. 24, пяточная кость не касается опоры), прикрепляясь к малоберцовому бугру пяточной кости 6, благодаря собственной эластичности она подтягивает кверху ее передний конец, как это делает длинный сгибатель первого пальца на внутренней стороне стопы;

•мышца, отводящая мизинец 3, напрягает всю наружную арку (рис. 25) и напоминает в этом отношении действие мышцу, отводящую большой палец стопы.

Воздействуя на выпуклость наружной арки (рис. 26). третья малоберцовая мыши 7 и длинный разгибатель пальцев стопы 8 - при определенных условиях - уменьшают ее высоту. То же действие оказывает и трехглавая мышца голени 9.

Передняя арка (рис. 27, срез I) простирается от головки первой плюсневой кости, которая опирается на две сесамовидные кости и отстоит от плоскости опоры на 6 мм А, до головки пятой плюсневой кости В, также отстоящей от плоскости опоры на 6 мм. Она проходит через головки остальных плюсневых костей, лежащих между первой и пятой. Головка второй плюсневой кости, дальше всех отстоящая от плоскости опоры (на 9 мм), является краеугольным камнем этой арки. Головки третьей (8.5 мм) и четвертой (7 мм) плюсневых костей занимают промежуточное положение.

Вогнутость передней арки сравнительно невысока, и арка соприкасается с плоскостью опоры выстилающими ее снизу мягкими тканями; данную область часто называют «передней пяткой» стопы. Эта арка напрягается с подошвенной стороны относительно слабыми межплюсневыми связками и только одной мышцей - поперечной головкой аддуктора первого пальца 1. Некоторые ее волокна напрягают всю арку, другие - только ее часть, направляясь от головки первой плюсневой кости к головкам каждой из остальных плюсневых костей. Это мышца довольно слабая и не выдерживает больших нагрузок. Арка часто уплощается (плоский передний отдел стопы) или даже выгибается в обратном направлении (выпуклый книзу передний отдел стопы). Тогда на подошве под опущенными головками плюсневых костей появляются натоптыши (см. рис. 89 и 90, стр. 289).

Передняя арка является местом объединения всех пяти плюсневых звеньев стопы. Первое звено (рис. 29) самое высокое и образует (согласно Фику (Fick)) угол с плоскостью опоры в 18-25°. Далее величина угла между следующей плюсневой костью и плоскостью опоры постепенно уменьшается, составляя 15° для второго звена (рис. 30), 10°-длятретьего (рис. 31), 8°-для четвертого (рис. 32) и только 5° - для пятого (рис. 33), которое почти параллельно плоскости опоры.

Поперечная арка проходит по всей стопе спереди назад. На уровне клиновидных костей (рис. 27, срез II) она включает только четыре кости и соприкасается с плоскостью опоры только наружной частью - кубо-

видной костью Cub. Внутренняя клиновидная кость С1 совсем не касается пола; средняя клиновидная С2 является краеугольным камнем арки (светло-зеленого цвета) и вместе со второй плюсневой костью образует ось стопы, или конек свода. Этот сектор свода поддерживается сухожилием длинной малоберцовой мышцы 2, оказывающим мощное воздействие и на поперечную дугу стопы.

На уровне ладьевидной и кубовидной костей

(рис. 27, срез III) поперечная арка опирается только на свою наружную оконечность - кубовидную кость Cub. Ладьевидная кость Sea не касается плоскости опоры и нависает над внутренней поверхностью кубовидной. Высота этой арки контролируется подошвенными растяжениями задней болыпеберцовой мышцы 3.

Вид левой стопы со стороны подошвы (рис. 28, структуры изображены прозрачными) показывает, как поперечная арка поддерживается тремя мышцами (перечислены от передней к задней):

•мышца, приводящая первый палец стопы 1, идущая в поперечном направлении;

•длинная малоберцовая мышца 2, самая важная с позиций динамики и напрягающая арку; она идет косо кпереди и кнутри и оказывает влияние на все три арки стопы',

•подошвенное растяжение задней болыпеберцовой мышцы 3, особенно важное в плане статики и действующее как напрягатель, проходя косо кпереди и кнаружи.

Продольная дуга стопы в целом контролируется:

•с внутренней стороны мышцей, отводящей большой палец 4, и длинным сгибателем большого пальца (не показан),

•а с наружной - мышцей, отводящей пятый па-

лец 5.

Между этими напрягателями, лежащими по бокам, высоту свода на уровне трех промежуточных плюсневых звеньев, а также пятого звена поддерживают

длинный сгибатель пальцев стопы (не показан), добавочный сгибатель пальцев и короткий сгибатель

пальцев 6.