Влияние физических нагрузок на суставы

За время жизни человек делает (0,5—0,7)-10⁹ движений в круп­ных суставах рук, 6-10⁹ движений пальцами рук (к примеру, шины современного автомобиля изнашиваются после 25—30 млн обо­ротов).

При ходьбе, беге, рабочих движениях кости, хрящи суставов, мышцы, сухожилия подвергаются нагрузке, однако напряжения в кости редко превышают 50 МПа. Нагрузка на суставы зависит от общей массы тела. К примеру, при ожирении суставы человека подвергаются большим воздействиям.

При обычной ходьбе в фазе 15% от начала опорного цикла воз­никает изгибающий момент на голень человека величиной около 50—60 Н-м, в фазе 45% от начала опорного цикла значение изги­бающего момента возрастает до 90—130 Нм (A. Capazzo et al., 1984). Изгибные деформации голени разнообразны (рис. 18.35). Они могут возникать от вибраций на частотах собственных колеба­ний костей, вызванных, например, ударом, при соприкосновении пятки с землей (особенно без обуви). В начале опорной фазы удар­ная волна проходит через кость, причем линейное ускорение дости­гает 20—80 м/с² длительностью 15—25 мс (L. Light et. al. 1980). При скорости ходьбы 1м/с нагрузка в тазобедренном суставе может достигать 6 кН, что на порядок выше веса тела (D. Gebauer, Н. Orley, 1978).

В спорте высших достижений ускорения намного выше, что ведет к значительным, хотя и кратковременным, нагрузкам на био­механические системы. Например, во время бега отрицательное ускорение голени достигает 500 м/с², а в конце удара при исполне­нии приемов карате — даже 4000 м/с² (S. Wilket et. al., 1983).

При спринтерском беге, прыжках в длину, тройным и в высоту вертикальная составляющая силы опорных реакций достигает 5— 7 кН, а горизонтальная — до 3—4 кН. Соответственно резко воз­растают нагрузки на все суставы и сухожилия (табл. 18.1).

Например, сила на поверхности голеностопного сустава может достигать 9000 Н. Это значит, что ахиллово сухожилие создает противодействующий момент в сагиттальной плоскости до 300 Нм и тягу до 6000 Н. Напряжение растяжения достигает 60 МПа — около 60% предельно допустимого. Во время прыжков в длину напряжение в сухожилии может достигать 73—75 МПа, что еще ближе к предельным значениям.

Особенности механизма повреждения коленного сустава обусловлены анатомическими и функциональными его особенно­стями, а также видом и тяжестью травмы. Выделяют острые и хро­нические травмы (подвывихи, микротравмы), прямое и непрямое силовое воздействие. Наиболее частой причиной повреждений коленного сустава в спорте являются падения с поворотом при фик­сированной стопе и слегка согнутом суставом (рис. 18.36). Такой

механизм травмы типичен для футбола (рис. 18.37), дзюдо, самбо, горнолыжного спорта, баскетбола, гандбола и др. Действие сил в зонах, расположенных ниже границы разрыва суставной сумки и связок, гиалинового суставного хряща и волокнистого хряща ме­нисков при повторных микротравмах может привести к дегенера­тивным тканевым изменениям.

Дегенеративные изменения в мениске вследствие хронической перегрузки, например, у футболистов, могут привести к разрывам мениска от подчас минимальной травмы.

На рис. 18.38 и рис 18.39 представлены типичные виды травм.

На рис. 18.40, сравнивая взаимное положение отметок на сус­тавных поверхностях, можно видеть результат влияния связок на движения костей: взаимное движение поверхностей гиалинового хряща состоит из обкатывания со скольжением. При сгибании колена бедренная кость сдвигается назад относительно больше-берцовой кости с проскальзыванием, начинающимся прибли­зительно с 15—20° поворота и заканчивающимся незадолго до конца сгибания; при разгибании бедренная кость смещается впе­ред. Вследствие этого нельзя указать определенную ось вращения в суставе: для каждого положения костей имеется своя мгновенная ось вращения. При этом в переднем положении бедра оси вращения

значительно смещаются кверху благодаря меньшей кривизне пе­реднего края поверхности мыщелков. Это способствует наряду с действием связочного аппарата «запиранию» колена в выпрям­ленном положении, что важно для противодействия нагрузки при локомоциях (движениях) (R. Fick, 1911). Так как сочленованные поверхности не соответствуют друг другу по форме, то в каждый момент соприкасаются только небольшие участки поверхностей. Площадь контакта несколько увеличивается за счет двух менисков

полулунной формы, лежащих по наружным краям мыщелков. Дви­жение участков контакта при перекатывании и скольжении спо­собствует лучшей смазке (С.Н. Barnett et al., 1961).

Повреждения менисков (рис. 18.41) — наиболее частый вид травмы коленного сустава. В 80% случаев повреждается внутрен­ний мениск и в 20% — наружный. Чаще всего мениски повреж­даются вследствие ротационных напряжений при нагрузке согну­того колена (см. рис. 18.36, 18.42). Отсутствие кровоснабжения полулунных хрящей является причиной их плохого срастания.