Сколько степеней свободы имеет плечевой сустав

Как известно, тело, ничем не ограниченное в движениях, называется свободным, так как может двигаться в любом направлении. Отсюда, каждое свободное твердое тело имеет шесть степеней свободы движения. Оно обладает возможностью производить следующие перемещения: три перемещения поступательного характера, соответственно трем основным системам координат, и три вращательных движения вокруг этих трех координатных осей.

Наложение связей (закрепление) уменьшает количество степеней свободы. Так, если тело в одной своей точке закреплено, оно не может производить перемещение вдоль координатных осей, его движения ограничиваются лишь вращением вокруг этих осей, т.е. тело имеет три степени свободы. В том случае, когда закрепленными являются две точки, тело обладает только одной степенью свободы, оно может лишь вращаться вокруг линии (оси), проходящей через обе эти точки. И наконец, при трех закрепленных точках, не лежащих на одной линии, количество степеней свободы равно нулю, и никаких движений тела быть не может. У человека пассивный аппарат движения составляют части его тела, называемые звеньями. Все они соединены между собой, поэтому теряют возможность к трем видам движений вдоль координатных осей. У них остаются только возможности вращения вокруг этих осей. Таким образом, максимальное количество степеней свободы, которым может обладать одно звено тела по отношению к другому звену, смежному с ним, равняется трем.

Это относится к наиболее подвижным суставам человеческого тела, имеющим шаровидную форму.

Последовательно или разветвленные соединения частей тела (звеньев) образуют кинематические цепи.

У человека различают:

• — открытые кинематические цепи, имеющие свободный подвижный конец, закрепленный лишь на одном своем конце (например, рука по отношению к туловищу);
• — замкнутые кинематические цепи, закрепленные на обоих концах (например, позвонок — ребро — грудина — ребро — позвонок).

Следует отметить, что это касается потенциально возможных размахов движений в суставах. В действительности же у живого человека эти показатели всегда меньше, что доказано многочисленными работами отечественных исследователей — П. Ф. Лесгафтом, М. Ф. Иваницким, М. Г. Привесом, Н. Г. Озолиным и др. На величину подвижности в соединениях костей у живого человека влияет ряд факторов, связанных с возрастом, полом, индивидуальными особенностями, функциональным состоянием нервной системы, степенью растяжения мышц, температурой окружающей среды, временем дня и, наконец, что важно для спортсменов, степенью тренированности. Так, во всех соединениях костей (прерывных и непрерывных) степень подвижности у лиц молодого возраста больше, чем у старшего возраста; у женщин в среднем больше, чем у мужчин. На величину подвижности оказывает влияние степень растяжения тех мышц, которые находятся на стороне, противоположной движению, а также сила мышц, производящих данное движение. Чем эластичнее первые из названных мышц и сильнее вторые, тем размах движений в данном соединении костей больше, и наоборот. Известно, что в холодном помещении движения имеют меньший размах, чем в теплом, утром они меньше, чем вечером. Применение различных упражнений по-разному влияет на подвижность соединений. Так, систематические тренировки упражнениями «на гибкость» увеличивают амплитуду движений в соединениях, тогда как «силовые» упражнения, наоборот, уменьшают ее, приводя, к «закрепощению» суставов. Однако уменьшение амплитуды движений в суставах при применении силовых упражнений не является абсолютно неизбежным. Его можно предотвратить правильным сочетанием силовых упражнений с упражнениями на растяжение тех же самых мышечных групп.

В открытых кинематических цепях человеческого тела подвижность исчисляется десятками степеней свободы. Например, подвижность запястья относительно лопатки и подвижность предплюсны относительно таза насчитывает по семь степеней свободы, а кончики пальцев кисти относительно грудной клетки — 16 степеней свободы. Если суммировать все степени свободы конечностей и головы относительно туловища, то это выразится числом 105, слагающимся из следующих позиций:

• — голова — 3 степени свободы;
• — руки — 14 степеней свободы;
• — ноги — 12 степеней свободы;
• — кисти и стопы — 76 степеней свободы.

Для сравнения укажем, что преобладающее большинство машин обладает всего одной степенью свободы движений.

В шаровидных суставах возможны вращения около трех взаимно перпендикулярных осей. Общее же количество осей, около которых возможны в этих суставах вращения, до бесконечности велико. Следовательно, относительно шаровидных суставов можно сказать, что сочленяющиеся в них звенья из возможных шести степеней свободы движений имеют три степени свободы и три степени связанности.

Меньшей подвижностью обладают суставы с двумя степенями свободы движений и четырьмя степенями связанности. К ним относятся суставы яйцевидной или эллипсовидной и седловиной форм, т.е. двухосные. В них возможны движения вокруг этих двух осей.

Одну степень свободы подвижности и вместе с этим пять степеней связанности имеют звенья тела в тех суставах, которые обладают одной осью вращения, т.е. имеют две закрепленные точки.

В преобладающей части суставов тела человека две или три степени свободы. При нескольких степенях свободы движений (двух или более) возможно бесчисленное множество траекторий. Соединения костей черепа имеют шесть степеней связанности и являются неподвижными. Соединение костей при помощи хрящей и связок (синхондрозы и синдесмозы) могут иметь в некоторых случаях значительную подвижность, которая зависит от эластичности и от размеров хрящевых или соединительнотканных образований, находящихся между данными костями.

Оглавление темы «Скелет свободной верхней конечности»:

1. Плечевая кость.

2. Плечевой сустав.

3. Локтевая кость и лучевая кость.

4. Локтевой сустав.

5. Соединения костей предплечья между собой.

Плечевой сустав, articulatio humeri, связывает плечевую кость, а через ее посредство всю свободную верхнюю конечность с поясом верхней конечности, в частности с лопаткой. Головка плечевой кости, участвующая в образовании сустава, имеет форму шара. Сочленяющаяся с ней суставная впадина лопатки представляет плоскую ямку.

По окружности впадины находится хрящевая суставная губа, labrum glenoidale, которая увеличивает объем впадины без уменьшения подвижности, а также смягчает толчки и сотрясения при движении головки. Суставная капсула плечевого сустава прикрепляется на лопатке к костному краю суставной впадины и, охватив плечевую головку, оканчивается на анатомической шейке.

В качестве вспомогательной связки плечевого сустава существует несколько более плотный пучок волокон, идущий от основания клювовидного отростка и вплетающийся в капсулу сустава, lig. coracohumerale. В общем же плечевой сустав не имеет настоящих связок и укрепляется мышцами пояса верхней конечности.

Это обстоятельство, с одной стороны, является положительным, так как способствует обширным движениям плечевого сустава, необходимым для функции руки как органа труда. С другой стороны, слабая фиксация в плечевом суставе является отрицательным моментом, будучи причиной частых вывихов его.

Синовиальная оболочка, выстилающая изнутри капсулу сустава, дает два внесуставных выпячивания. Первое из них, vagina synovialis intertubercularis, окружает сухожилие длинной головки двуглавой мышцы, лежащее в sulcus intertubercularis; другое выпячивание, bursa m. subscapuldris subtendinea, расположено под верхним отделом m. subscapularis.

Представляя типичное многоосное шаровидное сочленение, плечевой сустав отличается большой подвижностью. Движения совершаются вокруг трех главных осей: фронтальной, сагиттальной и вертикальной. Существуют также круговые движения (циркумдукция). При движении вокруг фронтальной оси рука производит сгибание и разгибание. Вокруг сагиттальной оси совершаются отведение и приведение.

Вокруг вертикальной оси происходит вращение конечности кнаружи (супинация) и внутрь (пронация). Сгибание руки и отведение ее возможны, как было указано выше, только до уровня плеч, так как дальнейшее движение тормозится натяжением суставной капсулы и упором верхнего конца плечевой кости в свод, образуемый акромионом лопатки и lig. coracoacromiale.

Если движение руки продолжается выше горизонтали, то тогда это движение совершается уже не в плечевом суставе, а вся конечность движется вместе с поясом верхней конечности, причем лопатка делает поворот со смещением нижнего угла кпереди и в латеральную сторону.

Человеческая рука обладает наибольшей свободой движения. Освобождение руки было решающим шагом в процессе эволюции человека. Поэтому плечевое сочленение стало наиболее свободным суставом человеческого тела. В результате мы можем достать рукой до любой точки нашего тела и манипулировать кистями рук во всех направлениях, что важно при трудовых процессах.

На задней рентгенограмме плечевого сустава видна cavitas glenoidalis, имеющая форму двояковыпуклой линзы с двумя контурами: медиальным, соответствующим передней полуокружности cavitas glenoidalis, и латеральным, соответствующим задней полуокружности ее. В силу особенностей рентгеновской картины медиальный контур оказывается более толстым и резким, вследствие чего создается впечатление полукольца, что является признаком нормы («симптом четкого полукольца»).

В старости и при некоторых заболеваниях становится подчеркнутым и латеральный контур, и тогда нормальный «симптом полукольца» cavitas glenoidalis заменяется патологическим «симптомом кольца».

Головка плечевой кости на задней рентгенограмме в своей нижнемедиальной части наслаивается на cavitas glenoidalis. Контур ее в норме ровный, четкий, но тонкий. Между cavitas glenoidalis scapulae и caput humeri видна рентгеновская щель плечевого сустава. «Рентгеновская суставная щель» плечевого сустава имеет вид изогнутого просветления, располагающегося между четкими контурами медиального (переднего) края cavitas glenoidalis и caput humeri.

Чтобы определить вывих или подвывих плечевого сустава, очень важно знать нормальные соотношения между суставными поверхностями articulatio humeri. На рентгенограмме, сделанной в правильной задней проекции с вытянутой вдоль туловища конечностью, эти соотношения характеризуются тем, что нижнемедиальная часть головки наслаивается на cavitas glenoidalis и проецируется всегда выше нижней границы ее.

Плечевой сустав получает питание из rete articulare, образованной ветвями a. circumflexa humeri anterior, a. circumflexa humeri posterior, a. thoracoacromialis (из a. axillaris).

Венозный отток происходит в одноименные вены, впадающие в v. axillaris. Отток лимфы — по глубоким лимфатическим сосудам — в nodi lymphatici axillares. Капсула сустава иннервируется из n. axillaris.

Дополнительно: Схема движений костей плечевого сустава.

Дополнительно: Схема движений в плечевом суставе.

Дополнительно: Слизистые сумки в области правого плеча.

Дополнительно: Субакромиальное пространство правого плеча.

Учебное видео анатомии плечевого сустава

Анатомия плечевого сустава на препаратах трупа разбирается Здесь.

— Кости предплечья.

Плечевой сустав представляет собой одно из наибольших соединений в опорно-двигательной системе человека. Сустав образован специфическим механизмом: головка плеча в виде шара, окруженного связками и мышцами. Все это придает сильную прочность, но также и большую уязвимость структуры. Плечевой сустав в течение человеческой жизни подвержен значительным физическим нагрузкам.

Форма сустава дает возможность выполнять не только жизненные движения для человеческого организма, но также и добиваться высоких достижений в спорте и труде. Плечо должно правильно функционировать. А для этого необходимо вести здоровый образ жизни, правильно отдыхать, полноценно питаться и своевременно обращаться к специалисту при возникновении болевых ощущений или при повреждениях.

Анатомия плечевого сустава

Каждый сустав человеческого скелета образован сочленением двух и более костей с помощью хрящевой, соединительной тканей, связочного аппарата и мышц. Плечевой сустав, по сути, образован шаровидным соединением, включающим в свою структуру лопатку и плечевую кость. Над суставом расположена эластичная капсула. Плечо укрепляют связки и мышцы.

Анатомические особенности сочленения обеспечивают возможность взаимодействующим поверхностям отдаляться друг от друга и возвращаться в исходное положение, не повреждая целостности суставной капсулы при этом.

Сустав плеча образован следующими частями костного скелета: головкой плечевой кости и лопаточной впадиной. Форма шара имеется у кости плеча, а у впадины форма ровная в виде блюдца. Такие формы и присутствие гиалинового хряща делают подвижным сочетание костей плечевого пояса вместе с лопаткой. Хрящ имеет вид геля, который образован минералами и веществами органического происхождения, но воды в нем 80%. Суставная губа помогает уравновешивать различные размеры поверхности. Этот элемент сустава образован волокнисто-хрящевой тканью, что способствует отличному взаимодействию лопаточной впадины и плеча.

Капсула закрепляется на конце хрящевой губы и лопаточной впадины. С другой стороны, на плечевой кости капсула хорошо закреплена по анатомической шейке. Снизу она имеет тонкое строение, но выше более утолщенное строение из-за сухожилий разных видов мышц, которые вплетены в капсулу.

Функции сустава

Основная функция у плечевого пояса – это уравновешивание движения рук во время увеличения размаха. То есть механическая способность плечевого пояса дает возможность осуществлять движение конечностями в разных проекциях под большим углом. В то же время дается сильное крепление плечевой кости (свободно движущейся) и лопатке (условно подвижной).

Строение плечевого сустава дает возможность осуществлять в большом диапазоне различные движения верхними конечностями: вращательные, сгибательные, отводящие, разгибательные и приводящие действия.

Двигательная способность плечевого сочленения

Движения с задействованным плечевым поясом приводят к тому, что мышцы постепенно начинают смещать капсулу. Именно это мешает ущемлять ее среди костных соединений. Капсула представляет собой мост, проходящий сквозь борозду, где расположены сухожильные волокна головки мышцы (двуглавой). Волокна этой мышцы берут начало от конца губы сустава и сверху бугорка, а дальше тянется до межбугорковой борозды. Мышца проходит через плечо, где она покрывается синовиальной мембраной. Последняя продолжается кверху от сухожильных волокон и переходит в капсульную синовиальную мембрану.

Поверх капсулы локализуются три связки, прикрепленные в области анатомической шейки кости плеча и хрящевой губы. Связки помогают делать крепче полость капсулы спереди. Еще плечо содержит крепкую клювовидно-плечевую связку. Она  схожа с фиброзной тканью капсульной прослойки, которая располагается от большого бугра плеча и до клювовидного отростка.

Клювовидно-акромиальная связка расположена поверх суставного сочленения плеча. Свод плеча образован этой связкой, клювовидным и акромиальным отростками. Свод способствует защите сустава сверху, делает постепенным отвод плеча, подъем конечности вперед и по сторонам выше пояса. В тот момент, когда рука поднимается выше пояса, начинается работа лопаток.

Структура кости в плече

Основные движения в сочленении плеча выполняются при помощи головки, расположенной в глубине лопаточной кости. Плечевой сустав испытывает большие нагрузки. Из-за этого воспаление и структурный износ кости – явление достаточно частое. Для установления диагноза врач может направить на проведение рентгеновского исследования. Полученное при этом фото позволит максимально точно оценить состояние сустава.

Часто возникают такие болезни суставных сочленений, как: врожденные, травматические, воспалительные и дегенеративные. К травматическим относят переломы, вывихи и подвывихи. К дегенеративным повреждениям относят артроз сустава, во время которого происходит истончение хрящей и костной ткани, и происходит потеря возможности движения. Артроз встречается у более взрослых людей. Это может быть обусловлено нарушениями обмена веществ, частыми травматическими повреждениями, уменьшением интенсивности кровоснабжения костно-суставной системы. Врожденные патологии — это дисплазия сустава (отсутствие полного развития структур кости). К воспалительным заболеваниям относят артрит, полученный после травмы или в результате системных процессов инфекционного типа. Такие нарушения необходимо лечить, так как они опасны развитием серьезных осложнений.

Связочный механизм плеча

Важнейший элемент связочного механизма образован ротаторной манжетой. Данное образование включает следующие мышцы плечевого сочленения: круглую малую, подостную, подлопаточную и надостную. Эти мышцы препятствуют получению травмы и смещению головки кости при подвижности крупных мышц, а именно: спинной, двуглавой, дельтовидной и грудной.

Связки плеча не обладают возможностью сильного растяжения во время больших нагрузок. Именно это и обуславливает их разрывы. Если человек не занимается физическими упражнениям и мало двигается, то его мышцы и плечевой сустав будут являться хрупкими элементами. Это связано с тем, что у таких людей сниженное кровоснабжение, недостаточное обеспечение сустава питательными веществами, что приводит к частым травмам.

Не стоит также усердствовать с чрезмерными физическими нагрузками, так как это приведет к усталости. Также могут появиться следующие заболевания сухожилий и мышцы могут травмироваться:

1. Связочное растяжение после любой травмы способствует большой потере двигательных возможностей человека руками. Если не проводить лечение, то будет развиваться воспалительный процесс, который может распространиться на ткани вокруг.
2. Периартрит сустава, то есть процесс воспаления в сухожилиях. Это заболевание человека является распространенным, и оно возникает после травмы: ушиба или при падении, или же после больших нагрузок.

Нервная и кровеносная системы сустава

Все травмы и патологии плечевого сочленения включают боль, которая может иметь различную степень. Болезненные ощущения бывают очень сильной интенсивности и купирующие двигательные способности руки. Все это является предохранительным механизмом, который обеспечивается функциями лучевого, грудного, подкрыльцового и подлопаточного нервов, обеспечивающих проведение через сустав сигналов. Болевой синдром приводит к ограничению движений в поврежденном суставном сочленение, что предоставляет возможность воспаленным и поврежденным тканям восстановиться.

Стоит обратить внимание на то, что боль в плече может свидетельствовать и о повреждениях в шейном или грудном отделе позвоночника. В данном случае нужно срочно обратиться к врачу, который направляет больного на рентген. Согласно полученному фото ставится диагноз и назначается лечение.

Разветвленная система сосудов осуществляет снабжение кровью. Сосуды занимаются транспортировкой кислорода, питанием тканей сочленения, участвуют в удалении продуктов распада вместе с кровью. Плечевой сустав локализуется рядом с двумя большими артериями, что делает повреждения опасными. При сильном смещении головки или же при переломе осколочного типа есть вероятность разрыва или сжимания сосудов.

Если травматизация плечевого сустава способствовала онемению руки или сильному ощущению слабости, то сразу необходимо посетить врача. Такие признаки говорят о нарушении процесса кровообращения, требующем специальной медицинской помощи.

Вспомогательные суставные элементы плеча

Плечевой сустав также имеет в своем составе другие компоненты, от состояния которых зависит здоровье всего плеча.

• Синовиальная оболочка – представляет собой тонкую прослойку ткани, которая покрывает изнутри суставные поверхности (кроме хряща). Эта составляющая плечевого сочленения выполняет питание костных элементов за счет богатой сосудистой сети. Также синовиальная прослойка секретирует специальный секрет, который уменьшает трение в суставе во время движения и защищает его от преждевременного износа. В ряде случаев может возникать воспаление синовиальной оболочки, именуемое синовитом.
• Околосуставные сумки – представляют собой структуры, отвечающие за смягчение движений всех компонентов плеча и защищающие их от износа. Сумки выполнены в виде кармашков с жидкостью. Воспаление этих сумок имеет название бурсит.

Методы исследования плеча

Движения в плечевом сочленении тесно связаны с подвижностью плечевого пояса. Именно поэтому их исследование чаще всего проводится одномоментно. Кроме рентгенологического исследования применяется ряд других методов диагностики.

• Физикальные методы (осмотр, пальпация, тесты для исследования активного и пассивного движения в сочленении, функциональные пробы).
• Артроскопия – инвазивный метод эндоскопической визуализации компонентов сустава.
• Термография – метод, основанный на анализе инфракрасного излучения тела, применяется для выявления участков воспаления.
• Ультрасонография – метод ультразвуковой диагностики плечевого сочленения.
• Радионуклидный анализ – метод исследования тела человека, основанный на введении радионуклидных частиц в организм и изучении их перемещения и размещения в тканях и органах.
• Пункция синовиальной сумки – применяется для изучения синовиальной жидкости и выявления признаков воспаления.
• Биопсия – применяется для микроскопического изучения образца тканей из суставного сочленения и обнаружения патологии на клеточном уровне.