функциональная анатомия, нижняя конечность

Общее строение нижней конечности и ориентация суставных

поверхностей (продолжение)

Схемы внизу страницы является примером «анатомической алгебры». Они представляют собой попытку объяснить последовательное осевое перекручивание или поворот костей нижней конечности, если смотреть сверху.

Поворот бедренной кости представлен на схеме изображением крайних частей бедренной кости (рис. 33):

•верхняя часть или шеечно-головчатая А, включающаяся в себя головку и шейку бедра (синего цвета);

•вместе с дистальным эпифизом и двумя мыщелками

В(красного цвета);

•без поворота, ось шейки бедра b параллельна оси мыщелков;

•но в реальности ось шейки формирует угол в 30° с фронтальной плоскостью с;

•поэтому для того чтобы ось мыщелков оставалась во фронтальной плоскости d, диафиз бедра должен быть скручен до -30° внутренней ротации, что соответствует углу наклона кпереди шейки бедра.

Поворот на уровне коленного сустава

Коленный сустав приводит в контакт (рис. 34а) мыщелки бедренной кости В (красного цвета) с суставными ямками С (зеленого цвета). Кажется, что обе оси должны быть параллельны во фронтальной

плоскости Ь. Но в действительности автоматическая осевая ротация с приводит к внутренней ротации большеберцовой кости на +5° при полном разгибании.

Поворот большеберцовой кости

Большеберцовая кость (рис. 35) схематично представлена суставными ямками большеберцовой кости С (зеленого цвета) и голеностопным суставом, включающим блок таранной кости D (коричневого цвета). Оси этих двух суставных поверхностей не параллельны Ь. Но благодаря повороту большеберцовой кости с они образуют угол в +25° при наружной ротации.

Результирующая поворотов

Последовательные повороты (рис. 36, схема, вид спереди) по всей длине нижней конечности в итоге равны нулю: -30°+25°+5°=0. Это приводит к тому, что ось голеностопного сустава примерно параллельна оси шейки бедра, примерно при +30° наружной ротации. Поэтому ось стопы составляет 30° с плоскостью симметрии при вертикальной позе со сдвинутыми пятками, и таз оказывается сбалансированным (красного цвета) и симметричным Ь.

При ходьбе вынос конечности кпереди приводит к

движению таза кпереди на той же стороне с. Если таз поворачивается на 30°, ось стопы направляется прямо кпереди по направлению движения всего тела, что создает оптимальные условия для шага.

То, что основные движения в коленном суставе, а именно сгибание и разгибание, осуществляются вокруг поперечной оси, объясняется блоковидностью сустава. Действительно, суставная поверхность бедренной кости имеет форму блока, точнее говоря, представляет собой часть блока (рис. 37), напоминая в ка- кой-то степени шасси самолета (рис. 38).

Двояковыпуклые мыщелки бедренной кости образуют боковые части блока и соответствуют колесам самолета. Спереди (рис. 39) их продолжением являются блокообразные поверхности бедренной кости. Центральная часть блока представлена спереди центральной бороздой на поверхности надколенника, а сзади - межмыщелковой вырезкой (механическая значимость подобного строения станет ясна позже). Некоторые авторы описывают коленный сустав как двумьнцелковый. Это правильно с анатомической точки зрения, но с позиций биомеханики этот сустав, вне всяких сомнений, принадлежит к блоковидным, особого типа.

Суставная поверхность большеберцовой кости

имеет соответствующие изгибы и образует два вогнутых параллельных желоба, разделенных возвышением, идущим спереди назад (рис. 40, объемное изображение, вид сверху и изнутри). Наружный мыщелок GE и внутренний мыщелок GI лежат в этих желобах на поверхности S и разделяются возвышением, иду-

щим в переднезаднем направлении, где находятся два межмыщелковых бугорка. Спереди, если это возвышение продолжить, оно совпадет с вертикальным гребнем на глубокой поверхности надколенника R, а

две фасетки по обе стороны от него соответствуют мыщелкам большеберцовой кости. Эти поверхности имеют поперечную ось I, которая соответствует межмыщелковой оси II, когда сустав замкнут.

Таким образом, мыщелки большеберцовой кости соответствуют мыщелкам бедренной кости, а межмыщелковое возвышение большеберцовой кости - межмыщелковой вырезке бедренной. Функционально эти поверхности образуют бедренно-большеберцовый сустав. Спереди две фасетки надколенника соответствуют блоковой поверхности бедренной кости, а

вертикальный гребень надколенника входит в межмыщелковое углубление на бедре. Эти поверхности образуют второй функциональный сустав - бедреннонадколенниковый. Эти два отдельных функциональных сочленения входят в состав одного анатомического сустава - коленного.

С точки зрения сгибания и разгибания коленный сустав можно прежде всего рассматривать как блоковидную поверхность, скользящую в вогнутых желобах (рис. 41). Но, как станет ясно позже, на деле ситуация сложнее.

Как только что было описано, суставные поверхности позволяют только одно движение, а именно сгибаниеразгибание. Действительно, межмыщелковое возвышение большеберцовой кости, располагающееся по всей длине межмыщелковой вырезки бедра, мешало бы осевой ротации голени по отношению к бедру.

Чтобы позволить осевую ротацию, суставная поверхность большеберцовой кости (рис. 42) должна видоизмениться таким образом, чтобы уменьшить протяженность межмыщелкового возвышения и оно превратилось в стержень. Это было достигнуто посредством сглаживания (рис. 43) концов возвышения, а средняя часть возвышения, расположенная в межмыщелковой вырезке, стала служить стержнем (точкой вращения), вокруг которого болыпеберцовая кость может вращаться. Этот стержень представлен межмыщелковыми остями большеберцовой кости, которые образуют латеральный край внутреннего мыщелка и медиальный край наружного мыщелка. Вертикальная ось R, по отношению к которой происходит осевая ротация, проходит через этот центральный стержень, или, точнее говоря, через медиальную межмыщелковую ость. Некоторые авторы считают центральным стержнем крестообразные связки, полагая, что они являются осью ротации в коленном суставе. Такую терминологию нельзя считать правильной, поскольку стержень предполагает наличие жест-

кой точки опоры, каковым и служит медиальная межмыщелковая ость. Для крестообразных связок больше подходит термин центральное звено.

Понять описанное видоизменение суставных поверхностей для обеспечения ротации можно с помощью

механической модели.

Возьмем две детали (рис. 44): верхняя имеет желоб, а нижняя - выступ. Поскольку желоб и выступ точно соответствуют друг другу, эти две структуры могут

свободно скользить по отношению друг к другу

(стрелки), но не могут вращаться.

Если срезать концы выступа нижней детали, оставив нетронутой ее центральную часть и скруглив ее так, чтобы наибольший диаметр соответствовал ширине желоба (рис. 45), то мы получим цилиндрический выступ, представляющий собой стержень, который можно поместить в желоб на вышележащей поверхности.

Теперь эти две структуры (рис. 46) могут выполнять два типа движений по отношению друг к другу:

•скольжение центрального выступа вдоль желоба (верхние стрелки), что будет соответствовать сгибанию/разгибанию;

•повороты выступа в желобе (при расположении в любой его части) (нижние стрелки), что будет соответствовать ротации по отношению к продольной оси конечности.

Если смотреть снизу (рис. 47), мыщелки бедренной кости образуют двояковыпуклые выступы, они более вытянуты в переднезаднем, чем в поперечном, направлении. Мыщелки не являются строго идентичными: их длинные оси (переднезадние) идут не параллельно, а расходятся кзади. Кроме того, внутренний мыщелок 1 более выстоит наружу и уже, чем наружный Е. Между поверхностью блока бедренной кости и мыщелками проходят мыщелково-блоковые борозды г, причем внутренняя более отчетлива, чем наружная.

Межмыщелковая вырезка е лежит на оси межмыщелковой ямки f. Латеральная сторона этой поверхности выстоит больше, чем медиальная.

Фронтальный срез (рис. 48) показывает, что выпуклость мыщелков бедра в поперечной плоскости соответствует вогнутостям мыщелков большеберцовой кости.

Чтобы представить себе изогнутую форму мыщелков бедренной и большеберцовой костей в сагиттальной плоскости, удобнее обратиться к сагиттальным срезам, сделанным на уровнях аа' и bb' (рис. 48). Такие срезы на свежей кости достаточно отчетливо показывают очертания мыщелков бедренной и большеберцовой костей (рис. 50, 51, 52 и 53). На них можно увидеть, что радиус дуги мыщелков бедра не однороден,

аменяется наподобие спирали.

Вгеометрии спираль Архимеда (рис. 49) конструируется вокруг точки, называемой ее центром С, так, что каждый раз, когда радиус R переходит на новый виток R', его длина соответственно увеличивается. Спираль мыщелков бедра совсем другая, хотя и здесь радиусы дуг увеличиваются в переднезаднем направлении с 17 до 38 мм для внутреннего мыщелка (рис. 50) и с 12 до 60 мм - для наружного (рис. 51). Но эта спираль имеет не один, а несколько центров, лежащих на спиралях mm' (внутренний мыщелок) и пп' (наружный мыщелок), поэтому дуга мыщелков представляет собой спираль спирали, как это показал Фик (Fick), назвавший ее эволюционирующей дугой.

С другой стороны, с определенной точки t на краю мыщелка радиус кривизны начинает уменьшаться, а именно с 38 до 15 мм в заднепереднем направлении

для внутреннего мыщелка (рис. 50) и с 60 до 16 мм на поверхности большеберцовой кости (рис. 51).

Переднезадний профиль мыщелков большеберцовой кости (рис. 52 и 53) различен:

•внутренний мыщелок (рис. 52) наверху вогнутый (центр дуги О лежит наверху), и радиус дуги составляет 80 мм;

•наружный мыщелок (рис. 53) наверху выпуклый (центр дуги О' лежит внизу), и радиус дуги составляет 70 мм.

Таким образом, внутренний мыщелок является двояковогнутым, а наружный - вогнутым во фронтальной плоскости и выпуклым в сагиттальной (по результатам изучения свежих препаратов). Вследствие этого внутренний мыщелок бедренной кости относительно стабилен внутри вогнутого внутреннего мыщелка большеберцовой кости, а наружный мыщелок бедра нестабилен, так как он «ходит» по выпуклой поверхности наружного мыщелка большеберцовой кости. Его стабильность при движениях зависит от целостности передненаружной крестообразной связки LCAE.

Радиусы дуг контактирующих друг с другом мыщелков бедренной и большеберцовой костей не равны, так что суставные поверхности не конгруэнтны. По существу, коленный сустав является типичным примером дисконгруэнтности суставных поверхностей.

Обеспечение конгруэнтности возлагается на мениски (см. стр. 108). Впереди наружного мыщелка (рис. 50, 51) центры 108 лежат на спиралях m'm" (внутренний мыщелок) и п'п" (наружный мыщелок). В целом линии, соединяющие эти центры дуги, представляют собой спирали, лежащие спина к спине, и имеют очень острую вершину т' и п', что соответствует точке t на мыщелке, т.е. точке перехода между двумя составляющими мыщелка:

• кзади от точки t часть мыщелка принадлежит бед- ренно-большеберцовому суставу,

•кпереди от точки t часть мыщелка и поверхность блока бедренной кости принадлежат бедренно-над- коленниковому суставу.

Переходная точка t является самой крайней точкой на мыщелке бедра, способной контактировать с большеберцовой костью.

В1967 г. с помощью механической модели (рис. 54)

япоказал, что контуры блока бедренной кости и ее мыщелков являются геометрическими комплексами, определяемыми, с одной стороны, взаимодействием между крестообразными связками и точками их прикрепления к бедренной и большеберцовой костям, а с другой - взаимоотношениями между общей связкой надколенника, самим надколенником и поддерживающими связками (см. модель II в конце книги). Когда эту модель приводят в движение (рис. 55), профили мыщелков бедра и блока очерчиваются цепью последовательных положений мыщелков большеберцовой кости и надколенника (рис. 56).

Задняя часть мыщелко-блоковидного профиля,

связанная с большеберцовой костью (рис. 57), очерчивается последовательными положениями (1-5) суставного плато большеберцовой кости, интимно связанного с бедром передненаружной LCAE (красного цвета) и задневнутренней LCPI (синего цвета) крестообразными связками. Каждая связка описывает дугу, центр которой расположен в точке прикрепления

кбедренной кости, а радиус равен длине связки. Таким образом, на последних градусах крайнего сгибания суставные поверхности расходятся спереди из-за расслабления передненаружной крестообразной связки, а задневнутренняя связка при этом натянута.

Передняя надколенная часть мыщелко-блоковид- ного профиля (рис. 58) очерчивается последовательными положениями (1-5) надколенника, соединенного с бедренной костью поддерживающими связками, а

сбольшеберцовой - связкой надколенника.

Между передней надколенной и задней большеберцовой частями мыщелко-блоковидного профиля имеется

переходная точка t (рис. 50 и 51, стр. 97), представляющая собой границу между бедренно-надколенни- ковым и бедренно-большеберцовым суставами.

Изменяя геометрические взаимоотношения в системе крестообразных связок, можно проследить целую

«семью» дуг для мыщелков и блока. Это подчеркивает уникальность каждого коленного сустава. Если судить с позиций геометрии, то не существует двух одинаковых коленных суставов, поэтому так трудно создать

эндопротез, который подходил бы всем. Эндопротезы могут лишь более или менее точно приближаться к настоящему коленному суставу.

Те же проблемы возникают и при пластике или эндопротезировании крестообразных связок. Например, если точку прикрепления передненаружной крестообразной связки к большеберцовой кости переместить кпереди (рис. 59), то окружность, описываемая ее прикреплением к бедренной кости, также переместится кпереди (рис. 60); и вследствие этого появится новый мыщелковый профиль, лежащий внутри первичного, что приведет в возникновению некоторой механической «игры» в суставе с преждевременным износом суставного хряща.

Позднее, в 1978 г. А. Меншик (A. Menschik) из Вены подтвердил эти мысли с помощью чисто геометрического анализа.

Очевидно, что эта теория геометрической детерминированности мыщелко-блоковидного профиля основана на изометрической гипотезе, а именно на постоянстве длины крестообразных связок, что не совсем справедливо. Тем не менее она объясняет многие факты и помогает разрабатывать новые операции, направленные на восстановление связок.

Позже П. Фрайн (P. Frain) с соавторами, используя математическую модель, основанную на анатомическом изучении 20 коленных суставов, подтвердил правильность идеи дуг и множественность центров спонтанных движений, а также подчеркнул наличие функциональной связи между крестообразными и боковыми связками коленного сустава. Компьютерное построение векторов скорости в каждой точке контакта между бедренной и большеберцовой костями точно воспроизводит профиль мыщелков.