Анатомическое строение и биомеханика позвоночника

Соединения костей и суставы

Понятно, что и весь скелет в общем, и позвоночник в частности, состоит из отдельных костей, связанных в единую стройную и прочную систему, обеспечивающую одновременно и прочность и многовариантность движений и износостойкость. Если б речь шла не о создании природы, а о конструкции, созданной разумом человека, мы бы восхищались стройностью замысла и остроумием его реализации. Пользуясь же тем, что нам подарила природа, мы не даем себе труда даже задуматься, каким образом достигаются одновременно противоположные свойства — прочность и гибкость, подвижность и надежность.

Эти уникальные качества природной конструкции обеспечиваются:

¦ строением костей (которые уже обсуждались);

¦ многообразием и универсальностью сочленений костей и суставов;

¦ уникальными механическими свойствами связок, сухожилий и хрящей.

За исключением подъязычной кости, каждая кость в теле связана с другой, а позвоночник является стержнем всей скелетной системы. Кости могут сращиваться между собой, образуя неподвижные соединения (например, швы, которыми соединяются кости черепа). Кости могут присоединяться друг к Другу, образуя малоподвижное сочленение (так крепятся кости таза к крестцу или ребра к грудине).

Узел, в котором соединяются две кости, сохраняя возможность движения, называется суставом.

Суставы обеспечивают возможность движения костей друг относительно друга без повреждения суставных поверхностей, с минимальным трением и достаточно большим размахом. Сложность этой конструкции не обращает на себя нашего внимания. Однако инженеры, которые пытались скопировать это изобретение природы для создания искусственных суставов для протезирования, столкнулись с очень значительными трудностями и достигнуть природных результатов им не удалось до сих пор. Что же такого интересного в структуре сустава?

Природа действительно любит простые и изящные решения там, где обстоятельства ставят перед ней сложные задачи. Как строение позвоночника из многих элементов, так и достаточно сложное строение суставов имеют свой смысл, обусловленный в первую очередь их функцией. Давайте сформулируем для себя ту задачу, которая стояла перед силами эволюции в ходе создания наших суставов.

Природе было необходимо создать сочленение двух (или более) твердых костей, которое бы было способно обеспечивать смещение по одной (или более) оси вращения с минимальными потерями усилия на преодоление трения, выдерживающее значительную механическую нагрузку в течение всей жизни человека.

Как же была решена эта задача? (рис. 2).

Рассматривая общее строение сустава, мы увидим, что сочленяющиеся концы костей имеют гладкую поверхность, позволяющую им вращаться друг бтносительно друга. Эти поверхности называются суставными. Сложная форма суставных головок обусловлена требованиями прочности (и реализована расположением «костных балок») и количеством осей вращения сустава. В рамках физиологического (нормального) угла сгибания и разгибания сустава форма поверхности обеспечивает плотное и безотрывное «прокатывание» одной суставной головки по другой. Это обеспечивает уменьшение потерь усилия при сгибании и разгибании сустава.

Рис. 2. Схема строения сустава:

1 — головки сочленяющихся в суставе костей;

2 — соединительнотканная стенка суставной сумки;

3 — синовиальная оболочка;

4 — суставная полость, содержащая синовиальную жидкость;

5 — суставной хрящ;

6 — мениск;

7 — внутрисуставные связки;

8 — завороты суставной сумки

Для большего снижения трения между суставными поверхностями, а также для устранения возможности повреждения суставных поверхностей при толчках, рывках и ударах суставные поверхности покрыты очень гладким, «скользким» и в то же время эластичным гиалиновым хрящом. Этот хрящ, как и все созданные человеком трущиеся поверхности, постепенно изнашивается, но в отличие от искусственных материалов его состав медленно и постепенно заменяется. Благодаря этому человеческие суставы не изнашиваются так, как это происходит с механическими конструкциями. При этом надо помнить, что в толще самого хряща не проходит кровеносных сосудов и, как следствие, нет собственных зон роста, необходимых для регенерации (восстановления) утраченных участков хряща. Хрящ медленно и постепенно нарастает с краев.

Несмотря на эффективный механизм регенерации, разрушение суставного хряща все же возможно — в том случае, если микротравмы, возникающие при толчках и ударах, будут разрушать хрящ быстрее, чем он может восстанавливаться. Такая ситуация возможна либо при частых травмах и физической перегрузке сустава с большим напряжением, либо при снижении регенераторных возможностей организма.

Прошу читателей обратить внимание на этот факт: это одна из основных причин возрастных и травматических заболеваний позвоночника и других суставов тела.

Поверхности двух сочленяющихся костей заключены в суставную сумку или капсулу. Стенки этой капсулы образованы надкостницей, которая с поверхности одной из сочленяющихся костей переходит на поверхность другой. Суставная сумка выполняет сразу несколько ролей.

Во-первых, она притягивает суставные поверхности друг к другу, не давая им разойтись. В этом суставной сумке «помогают» наружные (находящиеся на наружной поверхности суставной сумки) и внутренние (находящиеся в полости сустава) связки. Связки состоят из эластичных волокон, обладают большой прочностью и берут на себя очень значительные механические напряжения, чтобы не допустить «соскальзывания» одной суставной поверхности с другой. В случае, если они не справляются с этой задачей, нарушается совпадение {конгруэнтность) трущихся поверхностей и сустав не может исполнять свою функцию — передавать движение. Происходит вывих сустава. Чтобы избежать этого, суставы, несущие большую нагрузку, имеют сложный и мощный связочный аппарат. Это сложность более всего заметна в коленном и голеностопном суставах.

При травмах суставов связки могут подвергаться разрыву и растяжению. В случае разрыва поддерживающая функция связки утрачивается полностью и сустав остается «беззащитен» на участке

утраченной связки. В случае растяжения через некоторое время нормальная длина и прочность связки восстанавливаются, но при одном условии — если за время восстановления связка находится в покое и не происходит ее дальнейшего повреждения. Именно для этого врачи советуют период полного покоя поврежденного сустава.

Во-вторых, суставная сумка способствует поддержанию герметичности суставной полости. В полости сустава отсутствует воздух, а давление ниже атмосферного. Этот перепад давлений также направлен на то, чтобы прижимать друг к другу суставные поверхности.

В-третьих, суставная сумка изнутри покрыта клеточной оболочкой, которая называется синовиальной. Клетки этой оболочки продуцируют специальную вязкую жидкость — синовию, — которая является «смазкой» сустава и содержит питательные вещества, способствующие питанию хряща (который, как мы уже знаем, не имеет собственных кровеносных сосудов, которые могли бы доставить ему необходимое питание).

Суставы, движение в которых присутствует постоянно и с большой амплитудой, имеют большее количество синовиальной жидкости или производят ее по мере включения в движение. Редко движущиеся суставы или находящиеся в покое имеют меньшее количество синовии. Столь раздражающий многих «хруст» в пальцах или «щелчки» в шее происходят из-за того, что при резком движении малое количество синовии, находящейся в резкой расширяющейся полости сустава, подвергается резкому снижения давления и из-за этого вскипает. Да-да, происходит кратковременное кипение жидкости безо всяких кавычек. Это явление в физике и технике носит название кавитация.

Кавитационные явления повреждают поверхность гиалиновых хрящей и вредно отражаются на здоровье суставов. Снижение количества синовиальной жидкости при отдыхе и при покое сустава объясняет необходимость «разминки» суставов после отдыха или перед серьезной физической нагрузкой. К сожалению, многие из нас пренебрегают этими рациональными правилами — как, впрочем, и другими. Пренебрегать правилами и здравым смыслом, а затем сетовать на свалившиеся горести так свойственно человеку...

В-четвертых, суставная сумка формирует собой разнообразные вывороты синовиальной оболочки, синовиальные сумки и т.д. Эти образования, как и полулунные хрящи — мениски, присутствуют в полости сустава с одной и той же целью — обеспечить наиболее плотное прилегание суставных поверхностей, их смазку и питание.

По форме сочленяющихся поверхностей, а следовательно по типу передаваемого движения, суставы делятся на следующие виды: шаровидный, эллипсовидный, седловидный, цилиндрический, блоковидный и плоский (рис. 3).

Рис. 3. Различные формы суставов (схема):

1 — шаровидный;

2 — эллипсовидный;

3 — седловидный;

4 (а и б) — блоковидный;

5 — цилиндрический

Примерами шаровидного сустава, имеющего три основных оси вращения, служат плечевой и тазобедренный суставы; примером эллипсовидного или яйцевидного, имеющего две основные оси вращения, является лучезапястный сустав; примером седловидного, имеющего также две оси вращения, может служить пястно-запястное сочленение большого пальца; примером цилиндрического, имеющего только одну ось вращения, служит сустав между атлантом и эпистрофеем в шейном отделе позвоночного столба. Блоковидный сустав также одноосный, и примером его служит локтевой сустав (плечелоктевое сочленение). Скользящие суставы позвоночника — двухосные. Суставы позвоночного столба называются седловидными, и именно они позволяют совершать наклоны в любую сторону. Объем движений (амплитуда движений) в этих суставах невелики, и поэтому позвонки двигаются друг относительно друга очень ограниченно. Однако, благодаря значительному числу позвонков и их участию в общем движении, позвоночник в результате оказывается очень гибким.

Подводя черту под рассказом об общем строении суставов нашего тела, необходимо сказать еще несколько слов.

Природа не терпит излишеств и избавляется от всего, что ей не нужно. Отсюда вытекает фундаментальный физиологический закон: ЧТО НЕ РАБОТАЕТ, ТО АТРОФИРУЕТСЯ.

На поддержание и регенерацию структуры сустава организм тратит много сил и энергии. Как только сустав оказывается не нужен (или организм считает, что он не нужен), он тут же изменяет структуру — на синовиальных оболочках и гиалиновых

хрящах откладывается известь, сустав сначала становится тугоподвижным, затем — неподвижным, а затем суставные поверхности и вовсе срастаются — именно это происходит, когда конечность находится в гипсе. Вывод:

ВСЕ СУСТАВЫ ТЕЛА

ДОЛЖНЫ РАБОТАТЬ ПОСТОЯННО —

ИНАЧЕ ОНИ РАБОТАТЬ НЕ БУДУТ.

Для суставов позвоночника это утверждение такой же абсолютный закон, как и для всех иных.

___________________________