Капсулярно-связочный и мышечный аппарат коленного сустава: разгибательный аппарат

Капсулярно-связочный и мышечный аппарат коленного сустава можно разделить в зависимости от выполняемой ими функции на две основные части: разгибательный и сгибательно-ротационный аппарат.

К пассивным стабилизаторам отнесли капсулу сустава и окружающие ее связки и сухожилия, ограничивающие движения в коленном суставе в основном за счет своего анатомического положения и прочностных характеристик.

К активным отнесли все околосуставные мышцы, которые не только участвуют в артикуляции движений в коленном суставе, но и зачастую являются антагонистами друг друга. За счет этого повышается стабильность сустава и осуществляется его «тонкая настройка» в зависимости от условий, в которых осуществляются различные локомоции (ходьба, бег по ровной или пересеченной местности и т. д.).

При этом следует отметить, что работа активных стабилизаторов, относящихся к сгибательно-ротационному аппарату, во многом зависит от положения голени или угла сгибания коленного сустава.

РАЗГИБАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ КОЛЕННОГО СУСТАВА

Разгибательный аппарат коленного сустава является одним из наиболее массивных и мощных образований человеческого тела.

Основным его компонентом является четырехглавая мышца бедра (m.quadriceps femoris), надколенник (patella) с поддерживающими его связками и собственная связка надколенника (lig. patella).

Четырехглавая мышца бедра является самой крупной и мощной мышцей человека, ее вес приблизительно на 50% больше следующей за ней по величине большой ягодичной мышцы (m.gluteus maximus). Состоит она из четырех головок (мышц):

• прямой мышцы бедра (m.rectus maximus),
• внутренней широкой мышцы (m.vastus medialis),
• наружной широкой мышцы (m.vastus lateralis),
• промежуточной широкой мышцы (m.vastus intermedius).

Все четыре мышцы имеют свои места прикрепления в проксимальной части и одно общее сухожильное растяжение в дистальной части. В зависимости от положения голени меняются и функции их (в основном это касается внутренней и наружной широких мышц бедра), хотя основной из них является разгибание голени и удержание человека в вертикальном положении при ходьбе и в положении стоя.

Наиболее важную роль в разгибании голени играет прямая мышца бедра. Эта двусуставная мышца начинается от передней нижней подвздошной ости (spina iliaca anterior inferior) и верхнего края губы суставной впадины. В свою очередь, верхний край губы прикрепляется над вертлужной впадиной (acetabulum), которая является частью тела подвздошной кости.

В дистальном направлении ее волокна вплетаются в общее сухожильное растяжение четырехглавой мышцы бедра, в составе которого и прикрепляются к верхнему полюсу надколенника. При этом часть ее наиболее поверхностно расположенных сухожильных волокон проходит кпереди от надколенника, образуя его собственное сухожильное растяжение (retinaculum patellae), которое в дальнейшем переходит в собственную связку надколенника.

Внутренняя широкая мышца бедра начинается от нижней половины межвертельной линии (linea intertrohanterica), медиальной губы шероховатой линии (linea aspera) и медиальной межмыщелковой перегородки бедра.

В дистальных отделах часть мышечных волокон, располагающихся по внутреннему краю мышцы, сливаются с волокнами промежуточной широкой мышцы бедра; другой своей частью прикрепляется к медиальному краю надколенника, аостальные волокна подходят к внутренней части собственного сухожильного растяжения надколенника (retinaculum patellae mediale).

Сухожильная часть мышцы над коленным суставом входит в общее сухожильное растяжение четырехглавой мышцы бедра, прикрепляясь в его составе к верхнему краю основания надколенника и частично к медиальному его краю. Другая часть сухожилия подходит к передней поверхности медиального мыщелка большеберцовой кости, а также участвует в формировании медиальной надколеннобедренной связки надколенника (lig. patellofemorale mediale).

Наружная широкая мышца бедра занимает наибольшую площадь из всех четырех головок m.quadriceps femoris. Большей своей частью она начинается от верхней половины наружной губы шероховатой линии бедра, меньшей — от нижней части (основания) большого вертела, межвертельной линии, ягодичной шероховатости и наружной межмыщелковой перегородки бедра.

В дистальном направлении сухожилие мышцы вплетается в общее сухожильное растяжение, подходит к верхненаружному краю надколенника и к бугристости болыиеберцовой кости, в наружном направлении своими волокнами участвует в образовании наружной поддерживающей связки надколенника.

Промежуточная широкая мышца бедра начинается мышечными пучками на протяжении верхних двух третей передней и наружной поверхности тела бедренной кости, от нижней части наружной губы шероховатой линии бедра и от латеральной межмышечной перегородки. В дистальных отделах она срастается (соединяется) с волокнами внутренней и наружной широкой мышцей бедра и прикрепляется в составе общего сухожильного растяжения к основанию надколенника.

Ряд авторов из ее состава отдельно выделяют суставную мышцу коленного сустава (m.articularis genus), которая формируется из пучков глубокого слоя m.vastus intermedius и прикрепляется одной своей частью к основанию надколенника, другой к капсуле коленного сустава (или наднадколенниковой слизистой сумке).

Сухожильное растяжение четырехглавой мышцы бедра хотя и представляется единым комплексом, но все же имеет трехслойное строение с различными точками фиксации слоев. Так, сухожилие прямой мышцы бедра своими передними (поверхностными) волокнами, участвующими в образовании сухожильного растяжения надколенника, образуют верхний его слой. Ниже ее сухожильные волокна прикрепляются к передней кромке верхнего полюса надколенника и формируют средний слой.

Части же сухожилия наружной и внутренней широкой мышцы бедра, вплетаясь в углубление между передней и задней кромкой надколенника, формируют его нижний слой. Остальные части сухожилия наружной и внутренней головок четырехглавой мышцы бедра, как уже отмечалось ранее, непосредственно переходят в связки, окружающие и поддерживающие надколенник.

Следует отметить, что визуально отличить эти слои друг от друга практически невозможно, хотя ряд авторов обнаруживали между ними слизистые сумки. Степень же выраженности каждого из слоев во многом обусловлена тренированностью человека, его возрастом и повседневными физическими нагрузками.

Такое сложное, трехслойное строение сухожильного растяжения четырехглавой мышцы бедра обеспечивает его высокую механическую прочность, не только позволяющую переносить высокие статико-динамические нагрузки, но и предохраняющую его от повреждения при различных травмах (например при переломах дистальных отделов бедренной кости).

Кроме того, такое строение с разделением мест прикреплений объясняет тот факт, что в практике практически не встречаются случаи разрыва всех слоев сухожильного растяжения, а выявляются случаи разрыва только прямой головки или прямой и одной из боковых головок.

Все головки четырехглавой мышцы бедра принимают участие в разгибании голени в различной степени. Так, прямая головка одна обеспечивает разгибание до угла в 160-165°, и только затем в процесс включаются обе боковые головки. Промежуточная головка, располагаясь наиболее глубоко кзади, участвует в заключительной фазе разгибания.

Сама по себе она не может даже сместить надколенник вверх. Основной функцией располагающейся под ней суставной мышцы колена является натягивание (напряжение) суставной капсулы, участия в разгибании голени она принимать не может из-за своего положения и размеров.

Каждая описанная выше мышца, помимо общего сухожильного растяжения, имеет еще и собственное сухожилие — обладателем самого короткого является внутренняя широкая мышца бедра, а самого длинного — промежуточная широкая мышца бедра.

Длина сухожильной части мышцы имеет большое значение для определения степени ее растяжимости (эластичности).

Таким образом, чем короче сухожилие и длиннее мышечная часть, тем растяжимость мышцы больше.

Это обеспечивает высокую эластичность в работе разгибательного аппарата и увеличивает ее амортизирующие возможности при стрессовых нагрузках, например при приземлении на ноги во время прыжков, беге по пересеченной местности и т.д.

По данным Cadilchak et al., в разных головках четырехглавой мышцы бедра отмечено различное качественное представительство мышечных волокон. В наружной лучше представлены волокна 1-го типа, обеспечивающие выносливость в статическом положении, а в медиальной — больше волокон 2-го типа для взрывных, быстро меняющихся фазовых сокращений.

Надколенник — самая крупная сесамовидная кость, он имеет форму треугольника с вершиной, обращенной книзу. По данным Grelsamer et al., основанных на исследовании 564 больных, длина надколенника колеблется от 47 до 58 мм, а ширина — от 51 до 57 мм.

Также была обнаружена особая форма надколенника с очень длинным, не участвующим в артикуляции нижним полюсом — она была названа «Сирано» в честь знаменитого литературного персонажа.

Суставная поверхность надколенника имеет 7 фасеток, а продольный «бугорок» (суставной бугорок) делит ее на две неравные части (меньшую внутреннюю — медиальную и большую наружную — датеральную), каждая из которых состоит из 3 фасеток. Седьмая фасетка располагается между ними и представляет собой узкую продольную поверхность на внутренней стороне кости. Степень контакта каждой из фасеток зависит от угла сгибания в суставе.

При полностью разогнутом коленном суставе с суставной поверхностью мыщелков бедренной кости контактируют только две нижние фасетки, проксимальные же фасетки плотно прижимаются к ним только при полном сгибании, причем основная нагрузка падает на внутреннюю фасетку из-за большего размера внутреннего мыщелка. В норме в артикуляции не участвует почти 25% длины надколенника.

Кпереди от надколенника располагается его собственное сухожильное растяжение, от которого под углом отходят две надколенно-большеберцовые связки (lig. patella-tibialis lateralis et medialis), выполняющие в основном вспомогательную функцию. Основным же стабилизатором надколенника, предохраняющим его от наружного смещения, считается внутренняя надколеннико-бедренная связка (lig. patella-femoralis medialis).

Огромное значение для стабильности надколенника до его плотного контакта с блоком мыщелков бедренной кости (сгибание под углом в 20°) имеют поддерживающие связки и сухожильное растяжение.

Наружные и внутренние поддерживающие связки надколенника (retinaculum patella laterale et mediate) состоят из продольных волокон апоневроза наружной и внутренней широких мышц. Вместе с широкой фасцией и двумя надколеннико-большеберцовыми связками они вплетаются в надколенник и в верхний бордюр большеберцового плато, препятствуя боковым смешения надколенника.

При сгибании голени более чем на 20° возникает компрессирующая сила, которая прижимает надколенник к бедренной кости. Эти силы в сочетании с конгруэнтностью надколенно-бедренного сочленения обеспечивают его стабильность уже независимо от поддерживающих связок.

Внутренняя широкая мышца бедра более тонкая и слабая по сравнению с наружной. Она не поддерживается таким мощным образованием, как подвздошно-большеберцовый тракт (tractus iliotibialis, или фасция Мессиа), который прикрепляется к располагающемуся по наружной поверхности болыиеберцовой кости бугорку Gerdy.

Во многом эти анатомические особенности объясняют преобладание наружных вывихов надколенника, хотя основной причиной его привычного вывиха считается дисплазия наружного мыщелка бедра и вальгусная деформация коленного сустава.

Theut, Fulkerson показали, что косая порция внутренней головки четырехглавой мышцы бедра (m.vastus medialis) в состоянии противодействовать 60% сил, смещающих надколенник кнаружи.

Еще 22% защиты обеспечивают внутренняя поддерживающая связка надколенника и внутренняя мениско-надколенниковая связка. Таким образом, функция m.vastus medialis заключается скорее в ограничении наружного смещения надколенника, чем в разгибании голени.

Собственная связка надколенника мощная и прочная. Ее длина в среднем составляет 4,5 см, ширина до 3-3,2 см, а толщина до 1 см. В норме отношение длины связки (расстояние от нижнего полюса надколенника до верхушки бугристости большеберцовой кости) к длине надколенника, измеренной по боковой рентгенограмме, не превышает S.

Точное соотношение этих размеров необходимо соблюдать, например, при эндопротезировании коленного сустава, так как низкое положение надколенника (patella baja) с короткой широкой связкой может приводить к так называемому симптому щелкающего надколенника.

Появление его связано с тем, что низко расположенный надколенник своим верхним краем цепляется за нижний край бедренного компонента эндопротеза и в момент его соскальзывания приводит к появлению характерного щелкающего звука.

Связка начинается от нижнего полюса надколенника и прикрепляется к бугристости большеберцовой кости. По задней поверхности она интимно связана с капсулой сустава, и поэтому при ее разрыве или отрыве всегда имеется сопутствующий разрыв суставной капсулы.

В задненижнем отделе связки, почти у места прикрепления к кости, располагается достаточно крупная глубокая надколенниковая слизистая сумка (bursa infrapatellaris profunda). По передней поверхности связка покрыта прочной фасцией, которая может быть использована для закрытия ее дефекта после взятия трансплантата для протезирования передней крестообразной связки. Между связкой иилиотибиальным трактом имеется пространство, куда легко проникнуть при передненаружном доступе по Kentch-Muller.

К внутренней нижней трети собственной связки надколенника подходит сухожильное растяжение «гусиная лапка», включающее сухожилия портняжной, нежной и полусухожильной мышц.

Место дистального прикрепления к бугристости широкое и прочное, что объясняет преобладание отрывных переломов, а не отрывов самой связки у подростков с незакрытой зоной роста. В дальнейшем, обусловленное таким переломом преждевременное закрытие вторичного центра окостенения может привести к деформации — genum recurvatum (переразгибанию в коленном суставе).

Роль надколенника в разгибании неоднозначна. Наиболее распространена точка зрения, что он защищает суставной хрящ мыщелков бедра от повреждений, передает усилия четырехглавой мышцы бедра и за счет изменений внутрисуставного давления при движениях улучшает процессы диффузии, участвуя таким образом в питании суставного хряща.

По мнению С. Stanitski, «работу» разгибательного аппарата коленного сустава можно сравнить с работой ворота в качестве подъемного механизма. В зависимости от положения сустава (сгибание-разгибание) из-за изменения плеча рычага меняется и сила сокращения четырехглавой мышцы бедра и степень натяжения связки надколенника. При этом центром передачи усилий (сокращении) всего разгибательного аппарата является надколенник.

Хорошо известно, что питание хряща надколенника осуществляется за счет как подхрящевых сосудов, так и за счет диффузии синовиальной жидкости, зависящей от переменного давления при сгибании-разгибании в коленном суставе. Эти две составляющие обеспечивают обмен хрящевых клеток на глубину до 3 мм, т.е. глубину, превышающую толщину гиалинового хряща надколенника. Без перемены в давлении обмен возможен лишь на глубину до 1,7 мм.

Существует и другая точка зрения о функциональной значимости надколенника. Еще в 1937 г. Brooke (он первый назвал надколенник сесамовидной костью) отрицал его роль в передаче разгибающих усилий четырехглавой мышцы бедра и даже настаивал на том, что разгибательный механизм более эффективен без надколенника. Аналогичные предположения можно встретить и в ряде других более поздних работ.

Тем не менее большинство ортопедов считают, что надколенник играет важную роль в разгибании, так как без него резко укорачивается плечо рычага, что ведет к снижению силы разгибания.

При разгибании в коленном суставе происходит скольжение и перемещение всех элементов разгибательного аппарата в отношении друг друга, и бедренной кости в частности.

Так, при полном разгибании надколенник смещается вверх в среднем на 8 см.

При этом мягкость и плавность его скольжению в норме придают располагающиеся в данной области слизистые сумки (bursa prepatellaris subtendinea, bursa prepatellaris subfascialis, bursa prepatellaris subcutanea и ряд других).

Основной и одной из наиболее крупных из них является наднадколенниковая слизистая сумка (bursa suprapatellaris), которая, как правило, сообщается с полостью коленного сустава через верхний надколенный заворот, располагающийся под сухожилием четырехглавой мышцы бедра.