Строение коленного сустава его функции
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:
- 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.
- 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.
- Пронация — движение ноги внутрь. Ограниченное «заваливание» голени к внутренней оси обеспечивается подколенной, полусухожильной, тонкой, портняжной, полуперепончатой, а также медиальной головкой икроножной мышцы.
- 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.
Источник
Самый крупный в теле человека сустав — коленный, является распространенной причиной болей. Он занимает промежуточное место в биомеханической цепи нижней конечности.
Важно знать строение коленного сустава человека и мышцы, приводящие его в движение, чтобы идентифицировать причину боли при конкретном движении. Если болит при разгибании, значит, слабость в четырехглавой мышце и спазм в двуглавой или полусухожильной. Если боль возникает при сгибании, то не справляются сгибатели из-за компрессии седалищного нерва.
Функции коленного сустава
Колено – самый крупный и сложный сустав в теле, необходимый человеку для перемещения в пространстве – вставания, наклонов, ходьбы.
Основные функции коленного сустава – сгибание и разгибание ноги, а небольшое вращение возможно только во время сгибания сустава.
Сустав выдерживает огромные нагрузки: при ходьбе – это вес, превышающий массу тела человека в 1,5 раз, при подъеме по лестнице — в 3-4 раза, а при приседании – в 8 раз.
Проблема в функции коленного сустава заключается в том, что он должен быть достаточно гибким при ходьбе и сгибании, но в то же время – стабильным для поддержания положения стоя.
Частота жалоб и заболеваний коленей неуклонно растет с 50-60 годов прошлого века. Анатомия тел не изменилась, но поменялась среда обитания.
Земля покрыта асфальтом, и человек ходит по траве всего 15-20 минут в месяц. Несмотря на разработку ортопедической обуви, ногам тяжело противостоять бетону.
При контакте с твердыми поверхностями, своды стопы максимально сокращаются, что заставляет стопу обрушиваться внутрь. Чрезмерная пронация приводит к двум проблемам:
- потеря амортизации во время ходьбы;
- неравномерное сгибание колена.
Длительное воздействие приводит к воспалению, нестабильности, перегрузке связок. Причиной всех дегенеративных изменений являются проблемы биомеханики, поскольку колено занимает промежуточное звено между тазом и ступней.
Анатомическое строение
Структура колена включает четыре кости, связки, суставную капсулу, мениски. Фактически выделяют два сочленения:
- бедренно-большеберцовое — шарнирное;
- бедренно-надколенниковое — седловидное.
Они функционируют вместе для создания сустава, который также разделяется на медиальное и латеральное тибиофеморальные сочленения.
Соответственно медиальный мыщелок коленного сустава включает как мыщелки бедренной и большеберцовой костей, как и латеральный.
Из чего состоит колено:
- Большеберцовая кость – спускается от колена до лодыжки, имеет два мыщелка, возвышения между ними, на котором находятся бугорки. На плато прикрепляются два хряща в виде полумесяца – мениски.
- Бедренная кость – самая длинная кость бедра и самая сильная в теле, которая также имеет два мыщелка и бедренно-надколенниковую борозду между ними.
- Надколенник – сесамовиданая кость, предназначенная для распределения трения между костями и мышцами во время сгибания для защиты колена.
- Малоберцовая кость располагается на латеральной стороне вдоль большеберцовой. На ней располагается сухожилия главного сгибателя – двуглавой мышцы бедра.
Связки стабилизируют колено, предотвращая сдвиги элементов относительно друг друга. Нагрузка на них усиливается при снижении тонуса мышц.
Основные структуры связок
В анатомии коленного сустава и связок рассматривают четыре основные структуры:
- медиальная или большеберцовая коллатеральная связка – находится на внутренней стороне бедренной и большеберцовой костей, глубокими волокнами крепится к медиальному мениску;
- латеральная или малоберцовая связка – крепится к наружной стороне бедренной и малоберцовой кости (рядом с ней проходит ветвь малоберцового нерва, связка зависит от тонуса большеберцовой мышцы);
- передняя крестообразная связка – находится внутри колена, ограничивает вращение и движение большеберцовой кости вперед;
- задняя крестообразная связка – самая сильная связка между берцовой и бедренной костями, предотвращает чрезмерное движение колена назад. При ее повреждении подколенная мышца будет держать сустав, а сокращение двуглавой мышцы может вызвать подвывих при угле сгибания выше 40 градусов. Задняя крестообразная связка нагружается при напряжении четырехглавой мышцы бедра при угле 20-60 градусов.
На фото коленного сустава видно, что связок гораздо больше. Только у надколенника есть собственная, которая крепится к бугристости большеберцовой кости, а также медиальная и латеральная поддерживающие. Малоберцовая кость также фиксирована задней и передней связками головки.
Связка надколенника прикрепляет коленную чашечку к голени, пара коллатеральных связок удерживает боковое смещение костей.
Подвздошно-большеберцовый тракт проходит по внешней стороне конечности от бедра до колена и удерживает боковое движение сустава.
Сухожилия
Они соединяют мышцы с костями, необходимы для стабилизации сустава:
- сухожилие четырехглавой мышцы создает тягу для разгибания колена и удерживает надколенник в пателлофеморальной борозде;
- надколенниковое сухожилие соединяет коленную чашку с берцовой костью, служит настоящей связкой.
Хрящи
Хрящи – белая, гладкая соединительная ткань, покрывающая мыщелки костей для защиты во время сгибания и разгибания.
Капсула коленного сустава включает мениски, выполняющие функцию амортизаторов. Медиальный из фиброзной ткани в форме полумесяца хряща находится внутренней стороне колена, а латеральный имеет О-образную форму, крепится с наружной части.
Мениски необходимы для углубления большеберцового плато, принимают до 40-70% нагрузок, удерживают бедренную кость в правильном положении и помогают распространять синовиальную жидкость для смазки сустава.
На схеме коленного сустава можно увидеть синовиальную оболочку, в которой находится несколько складок.
Подколенная артерия (ветвь бедренной) осуществляет кровоснабжение коленного сустава. Сосуд проходит рядом с веной, седалищным и большеберцовым нервами в подколенной ямке, прикрытой снаружи двуглавой мышцей, изнутри – полуперепончатой, снизу – икроножной.
При сгибании и сдавливании артерий кровоснабжение сохраняется из-за развитой сети сосудов.
Как работает колено
При сгибании и разгибании большеберцовая кость с надколенником выступают как единой структурой по отношению к бедренной кости, так устроено колено.
Четырехглавой мышца состоит из четырех отдельных головок, которые образуют одно сухожилие, проходящее по пателлофеморальной борозде.
Это самая мощная мышца над коленом, на которой располагается надколенник для увеличения ее механического рычага. Сокращение четырехглавой мышцы тянет надколенник вверх и разгибает колено до 0 градусов.
Группа разгибателей находится на задней части бедра, их функция заключается в стабилизации сустава. Диапазон сгибание 140 градусов.
Основные мышцы и их функции:
| Мышца | Функция | Нерв | Сегмент позвоночника |
| Четырехглавая мышцы бедра | Мощный разгибатель | Бедренный | L2, L3, L4 |
| Полусухожильная | Сгибание и внутреннее вращение | Большеберцовый | L5, S1, S2 |
| Полумембранозная | Сгибание и внутреннее вращение | Большеберцовый | L5, S1, S2 |
| Гребенчатая | Сгибание и внутреннее вращение | Запирательный | L2, L3, L4 |
| Портняжная | Сгибание и внутреннее вращение | Бедренный | L2, L3 |
| Подколенная | Сгибание и внутреннее вращение, предотвращает скольжение бедра вперед при приседании | Большеберцовый | L4, L5, S1 |
| Напрягатель широкой фасции бедра | Разгибатель колена, сгибание и вращение наружу при сгибании более 30 градусов | Верхний ягодичный | L4, L5 |
| Икроножная мышца | Сгибатель колена, стопы, вращение бедра | Большеберцовый | S1, S2 |
| Двуглавая мышца бедра | Сгибание и наружное вращение | Седалищный | L5, S1 |
Сила и строение мышц колена важны для функции и стабильности сустава. Существуют различные причины потери гипорефлексии мышц со стороны кровоснабжения и иннервации.
Частые болезни колена
Сложное устройство коленного сустава обуславливает разнообразие заболеваний. Патологии можно разделить на три большие группы:
- вывихи и переломы;
- воспалительные и дистрофические процессы;
- повреждения околосуставных тканей.
Переломы костей
Переломы бывают стрессовыми, со смещением, сдавлением, частичным разрушением.
В пожилом возрасте они связаны с дегенеративным остеоартритом и остеопорозом. Врожденные пороки развития бедренно-ацетабулярного сустава, апофизарные или эпифизарные травмы в основном встречаются в раннем возрасте.
У взрослых или скелетно-зрелых пациентов боли обычно связаны с воспалением сухожилий, а перелом – с падениями, ДТП.
Существуют три типа переломов надколенника:
- оскольчатые – связаны с дроблением кости при падении на сгибаемое колено или прямым ударом по нему;
- поперечный и вертикальный – связаны с напряжением мышц, разрывом связок или сухожилий;
- отрывной перелом полюсов – обычно незначительный, но влияет на функцию мышцы, которая крепится к краю данной кости.
Чаще всего колено страдает при падениях и ДТП в комплексных травмах. Выделяют также переломы большеберцового плато.
Травмы вызваны ударами или другими воздействиями на голень с варусной или вальгусной деформацией, с одновременным вертикальным напряжением и сгибанием колена.
Причиной обычно становятся ДТП и иногда спортивные мероприятия: катания на лыжах, верховая езда.
Воспаления и дегенеративные процессы
Дегенеративные заболевания развиваются из-за отсутствия нормальной функции мышц. Из-за малоподвижного образа жизни, плохого питания, стрессов – процессы наступают раньше, чем у предыдущих поколений.
При сидении происходит расслабление прямой мышцы живота и ягодичных мышц. Это приводит к пережатию на уровне паховой связки бедренного нерва и артерии, ослаблению разгибателей колена.
При сидении функцию ягодичных мышц выполняют грушевидные, их спазм пережимает седалищный нерв, потому слабеет двуглавая мышца бедра – наружный ротатор бедренной кости. Это приводит к развороту бедра внутрь, ослаблению голени, дестабилизации сустава.
Сначала боли возникают в месте крепления мышц, так называемые энтезопатии – кратковременные боли во время движения, мышечного сокращения.
Затем воспаление распространяется на сухожилия, суставные сумки. Появляется отек. Процесс происходит через 5-10 лет после ослабления мышцы, и за это время хрящи действительно страдают.
Воспалительные процессы бывают:
- асептические – связанные с травмой острой или хронической, переиспользование колена;
- септические, когда инфекция попадает в сустав или окружающие его структуры.
Наиболее распространен реактивный артрит, который возникает в молодом возрасте после перенесенного ОРВИ или ангины.
Ревматоидный артрит связан с аутоиммунной атакой на сустав также после инфекции. В пожилом возрасте развиваются метаболические воспалительные процессы с накоплением кристаллов мочевой кислоты – подагра.
Болезни колена возникают при острых травмах и при чрезмерных нагрузках. К первым относятся разрывы связок при прямом ударе или при воздействии внешних сил.
Разрыв передней крестообразной связки происходит при сочетании внешнего разворота колена и сгибания на 10-30 градусов, когда бедро вращается при закрепленной на поверхности земли ступне. Растяжению подвергается дугообразная подколенная связка во время тренировок.
Хронические травмы приводят к воспалениям, кистам. Хондромаляция – дегенеративные изменения хряща надколенника у молодых людей.
Синдром Плица – это воспаления синовиальной складки при различных биомеханических нарушениях в коленном суставе.
Травмы можно разделить на внутренние – при повреждении внутрисуставных элементов, и наружные, когда повреждаются сухожилия, расположенные по внешней стороне колена. Примером является разрыв мениска при переносе веса тела на согнутое колено при развороте большеберцовой кости, зачастую сочетается с травмой связок.
К хроническим патологиями относится, например, пателлофеморальный синдром (боли в сухожилии надколенника), бурситы, тендиниты.
Все болезни коленного сустава и их лечение должны завершаться восстановлением мышц, которые стабилизируют сочленение костей, снижают нагрузку на связки и другие элементы.
Заключение
Коленный сустав испытывает колоссальные нагрузки, постепенно разрушаясь в течение жизни человека. Трудно встретить пациента после 45 лет с жалобами на колено и без диагноза «Артроз». Старение и износ хрящевой ткани диагностируют по рентгенограмме или МРТ, а также по симптомам – боли, скованности, отекам.
Проблемы с этим суставом начинаются гораздо раньше при слабости мышечного аппарата. Не забывайте, что при укреплении коленей важно также уделять внимание мышцам живота, таза и стоп. При активных занятиях спортом не забывайте о разминке и защите суставов.
Ортопед. Стаж: 4 года.
Образование: Диплом по специальности «Лечебное дело (Лечебно-профилактическое дело) «, Ижевская государственная медицинская академия (2015 г.)
Курсы повышения квалификации: «Ортопедия», Ижевская государственная медицинская академия (2019 г.)
Источник