Анатомо физиологические особенности коленного сустава

Колено является крупнейшим и, пожалуй, одним из самых сложных суставов человеческого организма. С одной стороны, оно должно обеспечивать сгибание и разгибание ноги, её подвижность, причём во всех направлениях, поддерживать координацию и правильное положение тела в пространстве. С другой, коленный сустав как одна из связующих частей нижних конечностей должен быть максимально устойчивым и прочным, чтобы выдерживать массу человеческого тела, не деформироваться и не травмироваться при интенсивных нагрузках. Природа позаботилась об этом балансе, продумав анатомию коленного сустава до мелочей: в структуре этого сочленения нет ни единой лишней детали, поэтому каждый, даже самый незначительный сбой или травма приводит к серьёзному ограничению нормальных функций целой конечности. Как устроено колено, от чего зависит его функциональность и как сохранить здоровье сложнейшего и крайне важного сустава, избежав травм и возрастных изменений? Небольшой медицинский ликбез поможет найти ответы на столь животрепещущие вопросы современной ортопедии!

Анатомия колена: структурные и физиологические особенности крупнейшего сустава человеческого организма

Анатомическое строение коленного сустава включает все ключевые элементы опорно-двигательного аппарата: нервные волокна, мышцы, связочный аппарат и, конечно же, костно-хрящевые структуры. Чтобы разобраться, как работает этот механизм, следует тщательно изучить каждый из этих элементов, его структурные особенности и роль в подвижности нижних конечностей.

Кости и хрящи, образующие коленный сустав: анатомия и ключевые функции

В состав колена входят три кости:

• Бедренная. Она присоединяется к суставу дистальным концом и выполняет функцию своеобразной опоры ноги.
• Большеберцовая. Эта трубчатая кость примыкает к колену проксимальным концом и отвечает в первую очередь за подвижность конечности.
• Надколенник, или коленная чашечка. Самая крупная сесамовидная кость человеческого организма оберегает коленный сустав от возможных травм, возникших вследствие бокового смещения (например, при неудачном вывихе, подворачивании ноги и других подобных травмах).

К слову, нормальный надколенник формируется у человека не сразу: в младенческом возрасте эта косточка ещё недостаточно развита и представлена эластичными хрящевыми образованиями. Подобная анатомическая особенность защищает подвижных непосед от серьёзных травм: в период активного ползания и частых падений эластичные хрящики препятствуют повреждению костей, однако, риск перелома коленной чашечки при этом существенно снижается.

Снизу анатомия колена представлена хрящевыми мыщелками, которые соприкасаются с поверхностью большеберцового плато, способствуя правильному формированию особого углубления. Именно это углубление является ключевым звеном в механизме сгибания и разгибания коленного сустава.

Поскольку примыкающие друг к другу трубчатые кости, формирующие колено, несоразмерны ни по площади, ни по форме поверхности, между ними необходимо что-то, что будет компенсировать эту несовместимость, выполняя функцию своеобразного амортизатора. Именно эту роль играют мениски — небольшие гибкие образования, которые поддерживают устойчивость сустава, равномерно распределяя нагрузку на прилежащие поверхности костей. Свободные края позволяют им беспрепятственно передвигаться в полости сустава.

Несмотря на то, что анатомическое строение менисков напоминает хрящевую ткань, да и во многих справочниках их относят именно к хрящам, сами образования немного отличаются от обычных хрящиков: они более гибкие, поскольку включают высокий процент эластиновых волокон. Именно благодаря этому им удаётся обеспечивать полноценное взаимодействие костей под высокой нагрузкой, препятствуя их истиранию и деформации. Поэтому при малейшей травме менисков страдает весь сустав, включая костные структуры.

Связки колена

Связочный аппарат коленного сустава служит прочнейшим механизмом, который удерживает каждую косточку в определённой позиции, не ограничивая при этом возможную траекторию движений. Именно благодаря связкам колено не «разлетается» при первом же неудачном шаге, сохраняя свою конфигурацию и функциональность.

Связки, расположенные в области коленного сочленения, представлены следующими группами:

• боковые — коллатеральная мало- и большеберцовая;
• задние — надколенника, поддерживающая медиальная и латеральная, подколенная, дугообразная;
• внутрисуставные — поперечная и две крестообразные.

Несмотря на то, что каждая из этих групп по-своему функциональна и незаменима, наибольшее значение для подвижности сустава имеют крестообразные связки — передняя и задняя. Передние крестообразные связочные волокна удерживают коленный сустав, фиксируют наружный мыщелок поверхности большеберцовой кости и препятствуют излишнему смещению голени вперед, что, в свою очередь, позволяет защитить сустав от серьёзной травмы. Задняя связка, напротив, ограничивает смещение голени назад и прикрепляется к задней мыщелковой ямке. Такой баланс позволяет обеспечить разумное физиологичное вращение коленного сустава, предотвратив при этом патологическую подвижность.

Растянуть и уж тем более разорвать крестообразные связки довольно сложно: они расположены внутри самого колена и надёжно защищены прилегающими тканями. Тем не менее, при неадекватных физических нагрузках и патологической траектории движения такая травма вполне возможна, поэтому следует соблюдать аккуратность и разумно подходить к составлению графика занятий, ведь восстановление колена в этом случае — процесс крайне длительный и трудоёмкий.

Коленный сустав: анатомия и физиология мышечного аппарата

Попеременное сокращение и расслабление мышц заставляет колено двигаться в трёх плоскостях, обеспечивая тем самым подвижность и устойчивость нижней конечности. Именно поэтому основная классификация мышечного аппарата основана не на анатомии или локализации каждой группы, а на возложенных на неё функциях:

1. Сгибание колена. Такое движение обеспечивается благодаря сбалансированной и полноценной работе самой обширной группы мышц коленного сустава. В неё входят двуглавая, полусухожильная, полуперепончатая, подколенная, икроножная, подошвенная, портняжная и тонкая мышцы.
2. Разгибание сустава. Эта функция возложена всего на одну, зато самую крупную мышцу ноги — четырёхглавую. Она состоит из прямой, латеральной, медиальной и промежуточной широких мышечных волокон.
3. Пронация — движение ноги внутрь. Ограниченное «заваливание» голени к внутренней оси обеспечивается подколенной, полусухожильной, тонкой, портняжной, полуперепончатой, а также медиальной головкой икроножной мышцы.
4. Супинация — движение кнаружи. Выворот голени наружу возможен благодаря сокращению двуглавой и латеральной головки икроножной мышцы.

Иннервация тканей, прилегающих к коленному суставу

Нервные волокна коленного сустава представляют собой сложнейшую взаимосвязанную сеть, благодаря которой обеспечивается полноценное функционирование нижних конечностей. Несмотря на то, что иннервационная сеть колена не слишком развита, каждый её элемент играет ключевую роль, а значит, при малейшем сбое «выключается» вся система подвижности сустава.

Нервная система, локализованная в области колена, представлена следующими волокнами:

• Пучки нервов мениска проникают в ткань вдоль периферии тела самого хряща, по ходу кровеносных сосудов колена. Эти нервы способствуют образованию безмякотных и мякотных волокон, поддерживая нормальную иннервацию тканей сустава.
• Большеберцовый нерв с помощью суставных ветвей обеспечивает чувствительность задней поверхности колена.
• Малоберцовый нерв иннервирует переднюю часть колена, включая чашечку.

Анатомия кровеносных сосудов колена

Два ключевых кровеносных сосуда, расположенных в области коленного сустава, локализованы на задней поверхности, то есть под коленом (именно поэтому и вену, и артерию в анатомических справочниках называют подколенными). Артерия транзиторно переносит кровь от сердца к низлежащим участкам ноги — голени и стопе, а одноимённая вена, в свою очередь, возвращает обеднённую кровь к сердцу. Впрочем, этими сосудами представлена далеко не вся кровеносная система колена: от них отходит множество сосудиков меньшего диаметра, соединённых между собой сетью анастомозов. Благодаря им обеспечивается питание мышц и тканей, примыкающих к коленному суставу.

Физиология и патология колена: цепная реакция на травму

Травмы колена считаются одними из самых сложных в ортопедии, и неспроста: каждое мышечное или связочное волокно, каждый хрящ или косточка влияют на функциональность и подвижность сустава. Даже незначительное отклонение, например, лёгкое воспаление связки или ушиб, может запустить разрушительные процессы, для лечения которых потребуется длительная и серьёзная терапия.

Как известно, поверхности костей не могут соединяться, как паззл, обеспечивая полноценную подвижность. Поэтому при нарушении работы связочного аппарата, мышц или мениска, которые удерживают сустав в физиологичном положении, хрящевые ткани начинают постепенно истираться. Как правило, такое разрушение становится отчетливо выраженным только на конечных стадиях: вначале ощущения при патологическом процессе можно списать на последствия вывиха или переутомления. Именно поэтому любая боль, нетипичный звук при сгибании/разгибании или дискомфорт во время нагрузки требуют детальной диагностики коленного сустава и своевременной квалифицированной помощи.

В человеческом организме именно сустав колена имеет самый большой размер. Строение коленного сустава настолько сложное и одновременно крепкое, что травматические вывихи голени происходят крайне редко. Ели сравнивать другие вывихи, то повреждение сустава колена составляют всего 2- 3% из всех случаев. Такие низкие показатели объясняются анатомо-физиологическими особенностями коленного сустава.

В медицинской литературе коленный сустав классифицируется, как двуостный, мыщелковый,  комплексный и сложный.

Кости коленного сустава

Сустав колена является сочетанием поверхности большеберцовой кости,  мыщелки бедренной кости, а также коленной чашечки.

Вся поверхность суставной кости покрыта гиалиновым хрящом, который выполняет защитную функцию. Благодаря ему уменьшается трение суставных поверхностей, которые сочленятся между собой. Что касается толщины гиалинового хряща на мыщелках костей, то она характеризуется своей неоднородностью. У мужчин этот показатель равен 4 на латеральном мыщелке и 4,5 на медиальном. Показатели толщины гиалинового хряща у женщин отличаются и имеют немного меньшие показатели. Что касается большеберцовой кости, то она также покрыта хрящами.

Связки сустава колена

Связки выполняют укрепляющую функцию. Бедренная и большеберцовая кости прочно крепятся крестообразными связками. Передняя и задняя связки коленного сустава находятся внутри суставной капсулы, то есть являются внутрисуставными.

         Внутрисуставные связки состоят из таких связок:

• косой дугообразной;
• малоберцовой и большеберцовой коллатеральных;
• латеральной и медиальной связок надколенника.

Хрящевые прослойки

Выше уже упоминался тот факт, что коленный сустав имеет сложное строение, так как включает в себя множество составляющих частей. Верхняя часть большеберцовой кости соединяется с хрящевой прослойкой, которая носит название мениска.

Коленный устав имеет два таких мениска. Они бывают внутренними и наружными, и соответственно называются медиальным и латеральным. Главная их функция – распределение нагрузки на поверхности большеберцовой кости. Благодаря своей эластичности, мениски способствуют амортизации движений.

Мениски, в равной степени, как и связки, выполняют функцию стабилизации суставной поверхности, ограничения подвижности, отслеживания положения колена, последнее выполняется благодаря определённым рецепторам.

Хрящевые прослойки крепятся к суставной капсуле при помощи связок большеберцовой кости. Медиальные мениски, в свою очередь, дополнительно крепятся к внутренней коллатеральной связке.

Предупреждения! Необходимо помнить, что медиальные мениски, из-за своей малоподвижности, часто повреждаются и разрываются.

У маленьких детей хрящевые прослойки коленного сустава наполнены кровеносными сосудами. С возрастом они остаются только во внешней части хрящей, при этом сохраняется незначительный заход внутрь. Почти вся часть мениска «питается» синовиальной жидкостью, а все остальная – кровеносным руслом.

Суставная сумка

Строение коленного сустава также состоит их суставной полости, которая герметично окружена суставной сумкой, приросшей к костям. Снаружи сумка плотно покрыта фиброзной тканью, что позволяет ей предохранять колено от повреждений внешнего характера. Пониженное давление внутри сумки позволяет поддерживать кость в сомкнутом положении.

Мышцы коленного сустава

Для правильного восстановления коленного сустава необходимо знать его строение. Коленный сустав состоит из таких мышц:

• Портняжной. Именно эта мышца позволяет голени и бедру сгибаться, а также вращаться бедру наружу.
• Четырехглавой. Уже с самого название стаёт понятно, что эта мышца имеет четыре головки – прямую, медиальную, латеральную широкую и промежуточную широкую мышцу бедра. Это одна из самых больших мышц человеческого организма. Разгибание голени, то есть выпрямление ноги, выполняется благодаря сокращению всех четырёх головок. Сгибание колена происходит при сокращении прямой мышцы.
• Тонкой. Благодаря ей происходит поворот ноги внутрь в процессе сгибания голеностопа.
• Двуглавой. Позволяет разгибать бедро, а также сгибать ногу в колене. Вращению голени кнаружи способствует согнутое положение этой мышцы.
• Полусухожильной. Берёт участие в разгибании бедра и сгибании голени. Также играет немаловажную роль в процессе разгибания туловища.
• Полуперепончатой. Выполняет функцию сгибания голеностопа и вращения его внутрь. Она незаменима при оттягивании сумки коленного сустава по мере его сгибания.
• Икроножной. Берёт участие в процессе сгибания колена и голеностопного устава стопы.
• Подошвенной. Её функции напоминают функции икроножной мышцы.

Подвижность коленного сустава весьма большая. Если эти показатели измерить, то они будут следующими:

• 130° — сгибания в активной фазе;
• 160° — сгибание в пассивной фазе;
• 10—12°- максимальное разгибание.