Строение и функциональность коленного сустава

Сустав в колене является его базовым органом. Он наиболее уязвимый среди остальных элементов опорно-двигательного комплекса человека. С анатомического подхода коленный сустав считается самым сложным и большим. Он окружен мышечной тканью со связками и обустроен тремя костными элементами. К ним относят надколенник, бедренная кость (ее дистальный конец), большеберцовая кость (со стороны проксимального конца).

Мышечные структуры

Мышцы приходят к колену со стороны бедра и голени. Условно их можно классифицировать на несколько комплексов:

1. передний (отвечает за сгибание конечности) – 2 шт.;
2. средний или медиальный (мышцы, которые приводят в движение конечность) – 2 шт.;
3. задний (отвечают за разгибание ноги) – 3 шт.

Четырехглавая бедренная

Она наиболее массивная из всех в теле человека. Она находится спереди на поверхности бедра. Включает 4 головки, каждая из которых может выступать самостоятельным элементом. Она включает прямую и три широкие мышцы:

1. латеральную;
2. промежуточную;
3. медиальную.

Портняжная

Она самая длинная в теле человека. Относится к сгибательным мышцам. Также амортизирует бедро, благодаря своей спиралеобразной форме. Мышца хорошо заметна при прощупывании в верхнем бедренном отделе. Берет свое начало с подвздошной ости, затем по переднему краю распространяется на тазобедренный сустав. Обходит мышца коленный сустав изнутри и закрепляется на большеберцовой кости. Портняжную связку можно различить, если отвести и согнуть бедро или разогнуть колено. Она локализуется между четырехглавой мышцей и приводными мышцами.

Тонкая

Служит приводом бедра и позволяет нижней конечности сгибать колено. Располагается тонкая мышца немного сзади чашечки и изнутри ее поперечной оси. Локализуется от лобковой кости (нижней ветки) вниз до большеберцовой (ее бугристости).

Приводная большая

Этот крупный элемент бедра берет начало от наружной области ветки седалищной кости и бугра. Заканчивается креплением в зоне медиального надмыщелка бедра, а также его шероховатого края. Играет роль приводящей мышцы человека.

Двуглавая бедренная

Она сгибает колено. Локализуется на бедре, вернее задней его поверхности с внешней стороны. В ее составе две головки. Одна идет от нижней зоны шероховатого края бедра и межмышечной перегородки, а вторая, длинная, начинается с седалищного бугра. Связка обходит коленный сустав позади поперечной оси и крепится к малоберцовой кости (ее головки). Работа двуглавой мышцы основывается на разгибательной функции. Снаружи этот элемент прощупывается в ямке под чашечкой.

Полусухожильная

Находится она на задней поверхности бедра, ее внутренней стороне. Ее роль в сгибании голени/разгибании бедра человека. У нее общее начало с головкой двуглавой мышцы. Локализуется сзади и изнутри около колена. Крепится она к большеберцовой кости.

Полуперепончатая

Проходит от седалищного бугра до голени. Там крепится к большеберцовой кости (медиальному мыщелку). Сгибает голень в колене и разгибает бедро.

Надколенник

Это единое комплексное сочленение, которое относится к мыщелковому типу, состоящее из бедренной большеберцовой кости с надколенниковой.

Коленный сустав обеспечивает движения в трех плоскостях:

1. Сагиттальной или главной плоскости. Она имеет амплитуду сгибательных и разгибательных движений (140-145 градусов).
2. Фронтальной. В ней движения выглядят как приведение/отведение ноги.
3. Третья отвечает за горизонтальную ротацию. Движения могут быть в положении сгибания. Отведение от нейтрального положения может составлять 15-20 градусов.

Дополнительными видом движения является скольжение, а также перекатывание мыщелков в направлении вперед-назад по отношению к бедру. Сложность биомеханического комплекса заключается во взаимном одновременном перемещении в различных направлениях. Внешнее чередование и передний ход большеберцовой кости обеспечивают разгибание конечности в пределах от 90 до 180 градусов.

Стабилизирующую роль в колене выполняют мягкие ткани, к которым относятся мениски, связочно-капсульный аппарат, а также мышечно-сухожильные структуры.

Менисковые хрящи

Между суставами бедра и большеберцовой кости есть прокладка из соединительной ткани. Называется она мениском, у которого покрытием служит гиалиновый хрящ. Компенсация ими неконгруэнтности осуществляется благодаря перераспределению нагрузок на сустав и участию в амортизации. Стабилизация выполняется за счет хрящей, которые отвечают за движение синовиальной жидкости.

По периферии менисков расположены связки: бедренные и большеберцовые (коронарные). Они служат для их взаимосвязи с капсулой сустава. Более прочными являются коронарные связки.

Менисковые хрящи взаимосвязаны с двумя связками: крестообразной и коллатеральной. Перемещаются они совместно с мыщелками большеберцовой кости. Край менисков, расположенный ближе к центру сустава, не содержит капилляров, тогда как в других периферических отделах человека есть кровеносные сосуды.

Связки

Связка образуется двумя элементами: поверхностным и глубоким. Коленный сустав внутри образован крестообразными связками. Они разграничивают его полость с синовиальной оболочкой. Это делает его строение уникальным. Средняя толщина связки равна 1 см при длине в 35 мм. Она начинается на поверхности бедра, простирается вниз, внутрь, а также вперед. Выглядит как широкое основание, прикрепленное в начале и конце, возле большеберцовой кости. Устройство связки несет разную функцию при разнообразных положениях сустава.

При любом положении сустава будет сохраняться рабочее напряжение связки. Основное назначение ПКС (передней крестообразной связки) состоит, чтобы защитить колено от подвывиха мыщелка, расположенного снаружи большеберцовой кости.

Строение колена включает крестообразную связку (ЗКС), расположенную сзади. Она берет начало с внутреннего мыщелка бедренной кости, а заканчивается на большеберцовой кости, в зоне межмыщелковой ямки. При этом часть волокон вплетается в задние отделы капсулы сустава. Толщина ЗКС составляет 15 мм при длине в 3 см. ЗКС предназначена для ограничения сгибания большеберцовой кости. Эта связка также включает два пучка волокон: переднелатеральный и заднемедиальный.

МКС (медиальная коллатеральная связка) несет функцию стабилизатора сустава. Она препятствует переднему подвывиху мыщелка.

Важную роль в стабильности сустава играет заднемедиальный элемент капсулы. Он располагается сзади МКС и состоит из длинных волокон. Называется косой задней связкой. Ее назначение такое же, как у МКС, но связка выделена в самостоятельный вид.

Механика коленного сустава

Коленный сустав имеет очень сложную биомеханику. Для диагностики травм и повреждений необходимо понимать, как работает колено.

Коленный сустав подразделяется на следующие зоны:

• передний и задний комплексы;
• медиальный и латеральный.

Каждая такая структура обладает своей особой функциональностью. Их совместная и стабильная работа обеспечивает движение нижней конечности в колене. Взаимосвязь заключается в статике, к ней относятся кости, и динамике, за которую отвечают мышцы и сухожилия. Их совместная работа обеспечивает правильное положение надколенника.

В качестве динамического сагиттального (продольного) стабилизатора выступает четырехглавая мышца бедра. Она разгибает нижнюю конечность против тяготения и подпирает крестовидную связку.

Колено (его задний комплекс) состоит из полусухожильной и полуперепончатой мышц. Они защищают от внешних воздействий и предохраняют от синдрома переднего выдвижного ящика. В комплексе мышцы обеспечивают защиту менисков и задней капсулы от ущемлений.

Медиальный комплекс со своими динамическими и статическими комплексами защищает колено от действия на него ротационных (чередующихся) сил.

Мениск плотно срощен с латеральной суставной связкой. Это усиливает капсулу сустава, а в комплексе с двуглавой мышцей бедра препятствует воздействия внутренних ротационных усилий.

Также их роль в следующем:

• предохраняют от варусных отклонений (деформаций);
• подкрепляет крестовидную связку;
• ограничивают симптом выдвижного переднего ящика.

Крестовидные связки, передняя и задняя, трактуются базовым элементом, занимая особое положение в суставе. Благодаря им обеспечивается качение и скольжение. Они обеспечивают окончательное вращение и ограничивают внутрь, а также стабилизируют стороны.

Колено и его физиология

Строение коленного сустава включает хрящ, который служит покрытием для костных частей, соприкасающихся во время движений человека.

Высокодифференцированный гиалиновый состав хряща включает:

• основное вещество;
• волокна коллагенов;
• хондроциты;
• ростковый слой.

Взаимодействие этих составляющих уравновешивает нагрузки, приложенные к суставу, давления и срезающих сил.

Хондроциты – это главные центры обмена веществ хряща. Защищаются они трехмерной сетью аркообразно расположенными волокнами коллагенов. Хондроциты выделяют протеогликаны, которые в свою очередь притягивают воду. Вместе они образуют основное вещество хряща. С возрастом человека свойство хряща выдерживать нагрузки и качество базового слоя ухудшаются. Происходит это из-за потери у хондроцита способности к восстановлению. При отмирании этих элементов происходит выделение лизосомальных энзимов, которые наносят вред оставшимся здоровым тканям. Такой процесс старения (физиологический) очень сильно отличается от травматического воздействия. Колено может пострадать из-за усилий, направленных на его ускорение или торможение, или прямой травмы. В зависимости от величины воздействующей кинетической энергии будут определяться размеры повреждения хряща. Косвенная травма может являться вторым причинным внешним фактором. Если внезапно при вращательном движении голени наружу, а бедра внутрь, произойдет остановка конечности, то может случиться неполный вывих надколенника. Такая ситуация приведет к обрыву хряща и другим неприятным последствиям.

Гемартроз зачастую является эндогенной причиной нарушения функциональности хряща. В результате его воздействия суставная капсула начинает растягиваться, передавливая капилляры. Это приводит к нарушению питания хряща и выбросу ферментов лизосом, которые вызывают заболевание под названием хондролиз. Внешним фактором повреждения хряща служит хроническая нестабильность из-за травмы суставных связок. Это ведет к повреждениям хряща, без функции восстановления, и нарушению скольжения в суставе.

Коленный сустав часто страдает из-за травм. Вследствие этого нарушается обмен веществ в хряще. Это приводит к появлению тонких трещин на нем. Из-за этих трещин начинают страдать более глубокие слои, в них происходит разрушение коллагеновых волокон. Затем у хондроцитов снижается способность к синтезу, и процесс разрушения начинает распространяться на костный слой сустава. Там могут возникнуть небольшие зоны некрозов.

Коленный сустав очень подвижен. Активное сгибание составляет 130 градусов, пассивное – 30 градусов дополнительно. Максимально разогнуть колено из среднего положения можно на 10 – 12 градусов. Общая подвижность будет 170 градусов.