КОСТИ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ (ОСТЕОАРТРОЛОГИЯ)

ОСТЕОЛОГИЯ

Склелет представляет собой совокупность костей, образующих в теле человека твердый остов, обеспечивающий выполнение ряда важнейших функций, которые можно разделить на механические и биологические. Различают осевой скелет, к которому относятся череп, позвоночный столб и грудная клетка, и добавочный скелет, состоящий из костей верхних и нижних конечностей (рис. 13).

Механические функции скелета проявляются в его способности осуществлять защиту, опору, движение и амортизацию. Опорная функция скелета состоит в том, что кости поддерживают прикрепляющиеся к ним мягкие ткани (мышцы, фасции и другие органы). Без скелета тело человека, на которое действуют силы притяжения (силы тяжести), не могло бы занимать определенное положение в пространстве. Кости скелета являются длинными и короткими рычагами, соединенными подвижными сочленениями и приводимыми в движение мышцами. В результате части тела обладают способностью к передвижению. Скелет образует вместилища для жизненно важных органов, защищает их от внешних воздействий. Так, в полости черепа находится головной мозг, в позвоночном канале – спинной мозг. Грудная клетка защищает сердце, легкие, крупные сосуды, костный таз – органы половой и мочевой систем.

Биологические функции костной системы связаны с участием скелета в обмене веществ, особенно в минеральном (кости являются депо минеральных солей фосфора, кальция, железа). Скелет выполняет и кроветворную функцию. Усиленные движения способствуют кроветворению, поэтому при разработке физических упражнений необходимо учитывать единство всех функций организма.

Химический состав кости и ее физические свойства. Кость имеет сложное строение и химический состав. Костное вещество состоит из двоякого рода химических веществ: органических (1/3), главным образом оссеина, и неорганических (2/3) – воды и солей кальция и фосфора. Если же кость подвергнуть обжиганию, то органическое вещество сгорает, а неорганическое остается, при этом кость становится хрупкой, однако форма кости и ее твердость сохраняются. Если кость подвергнуть действию раствора кислот (соляной, азотной и др.), то соли извести растворяются (декальцинируются), а органическое вещество остается и сохраняет форму кости, однако она становится мягкой и эластичной. Следовательно, эластичность кости зависит от оссеина, а твердость – от минеральных солей. Сочетание неорганических и органических веществ в живой кости придает ей необычайные крепость и упругость. В этом убеждают и возрастные изменения кости. У маленьких детей, у которых оссеина сравнительно больше, кости отличаются большой гибкостью и потому редко ломаются. Наоборот, в старости, когда соотношение органических и неорганических веществ изменяется в пользу последних, кости становятся менее эластичными и более хрупкими, вследствие чего переломы костей чаще всего наблюдаются у стариков. Питание только растительной или только животной пищей также может вызвать изменение химического состава костей. При недостатке в пище витамина D в костях ребенка плохо откладываются соли кальция, нарушаются сроки окостенения.

Строение кости. Кость как орган живого организма состоит из нескольких тканей: костной ткани, образующей главную массу кости, соединительной, хрящевой, многочисленных нервов и сосудов. Строение каждой кости соответствует ее месту в организме и назначению.

Структурно-функциональной единицей костой ткани является остеон (рис.8, 14). Остеон – это система концентрически расположенных цилиндрических костных пластинок, вставленных друг в друга и окружающих центральный (гаверсов) канал, в котором проходят сосуды и нервы. Остеоны не прилегают друг к другу вплотную, промежутки между ними заполнены интерстициальными костными пластинками. Между пластинками остеона находятся костные клетки – остеоциты, остеобласты и остеокласты, функция которых направлена на постоянное обновление костной ткани для обеспечения опоры и движения. Остеоциты – это зрелые клетки, поддерживающие питание костной ткани. Остеокласты – клетки, разрушающие поврежденные и «состарившиеся» костные структуры, участвующие в перестройке костей. Остеобласты – это молодые костные клетки, за счет которых кости растут в толщину и в длину.

Остеобласты идут всегда следом за остеокластами и воспроизводят костную ткань. Поэтому между клетками-строителями и клетками-разрушителями должно быть абсолютное равновесие. Если этого равновесия нет, происходит постепенное саморазрушение костной ткани и развивается остеопороз, при котором костные балки истончаются, становятся редкими.

Рис. 14. Строение костной ткани.

Рис. 15. Трубчатая кость.

Костные ячейки содержат красный костный мозг, диафизы трубчатых костей – желтый костный мозг. Красный костный мозг состоит из ретикулярной ткани, в петлях которой находятся клеточные элементы, имеющие отношение к кроветворению (стволовые клетки) и костеобразованию (костесозидатели – остеобласты и костеразрушители – остеокласты). Желтый костный мозг состоит в основном из жировых клеток. В период развития и роста организма преобладает красный костный мозг, затем он постепенно замещается желтым костным мозгом.

В эпифизах трубчатых костей располагаются клетки хрящевой ткани – хондроциты, которые обеспечивают разрушение и одновременно восстановление хрящевой ткани на концах костей в местах их сочленения.

Рис. 16. Строение кости.

Снаружи кость, за исключением суставных поверхностей, покрыта надкостницей, которая выполняет защитную, питательную и костеобразующую функции (рис. 16). Надкостница – это тонкая, крепкая соединительнотканная пластинка, окружающая кость снаружи и плотно с ней срастающаяся. Отделение надкостницы приводит к омертвению кости. Надкостница состоит из двух слоев: наружного фиброзного и внутреннего костеобразующего (камбиального), непосредственно прилегающего к костной ткани. Она богата нервами и сосудами, благодаря чему участвует в питании и росте кости в толщину, а также в восстановлении после переломов. За счет внутреннего слоя надкостницы образуются молодые костные клетки (остеобласты), откладывающиеся на поверхности кости. Вследствие костеобразующих свойств надкостницы кость растет в толщину. Суставные поверхности кости, свободные от надкостницы, покрывает суставной хрящ.

Классификация костей. Кости разнообразны по величине и форме, занимают определенное положение в теле. По форме, строению и особенностям развития различают трубчатые, губчатые, плоские, воздухоносные, сесамовидные и смешанные кости.

1. Трубчатые кости (рис. 17) имеют удлиненную, цилиндрической или трехгранной формы среднюю часть – тело или диафиз, который представляет собой костную трубку, внутри которой расположена костномозговая полость, содержащая у взрослых желтый костный мозг. Стенка трубки состоит из плотного компактного вещества.

ОБЩАЯ АРТРОЛОГИЯ

Раздел анатомии, посвященный учению о соединениях костей, называется артрологией. Скелет человека состоит более чем из 200 костей, которые в определенном порядке соединены между собой в единое целое. Соединения костей удерживают их друг возле друга и обеспечивают им большую или меньшую подвижность. Соединения костей имеют различное строение и обладают такими физическими свойствами как прочность и подвижность, что и связано с выполняемой ими функцией.

По развитию, строению и функции все соединения костей можно разделить на три группы (рис. 18).

1. Непрерывные соединения (синартрозы), в которых между костями имеется прослойка какой-либо ткани (соединительной, хрящевой, костной). Щель или полость между соединяющимися костями отсутствует. Эти соединения являются более ранними по развитию, неподвижными или малоподвижными по функции.

Рис. 18. Классификация соединений костей.

2. Прерывные соединения или суставы (диартрозы, синовиальные соединения) характеризуются наличием между костями полости и синовиальной мембраны, выстилающей изнутри суставную капсулу. Они более поздние по развитию и более подвижные по функции.

3. Симфизы (полусуставы) – переходная форма от непрерывных соединений к прерывным. В них между сочленяющимися костями имеется небольшая прослойка хрящевой или соединительной ткани, в которой имеется щель.

Непрерывные соединения костей (рис. 19, 20) обладают большой упругостью, прочностью и, как правило, ограниченной подвижностью. В своем развитии скелет проходит 3 стадии: соединительнотканную, хрящевую и костную. Так как переход из одной стадии в другую связан также и с изменением ткани, находящейся в промежутке между костями, то соединения костей в своем развитии проходят те же 3 фазы, вследствие чего различают 3 вида синартрозов – фиброзные (синдесмозы), хрящевые (синхондрозы) и костные (синостозы).

Если между соединяющимися костями располагается плотная волокнистая соединительная ткань, то такое соединение костей называется синдесмозом. Различают следующие виды синдесмозов: связки, межкостные перепонки, швы, вколачивания.

Рис. 19. Непрерывные соединения костей и полусустав:

А-синдесмоз: 1-межкостная перепонка предплечья; Б-синхондроз:

2-межпозвоночный диск; В-полусустав: 3-лобковый симфиз.

Связки представляют собой толстые пучки или пластины, образованные плотной волокнистой соединительной тканью. В большинстве своем связки перекидываются от одной кости к другой, перекрывая сустав. Они укрепляют суставы или являются тормозом, ограничивающим движения в суставах. В позвоночном столбе встречаются связки, образованные эластической соединительной тканью, имеющей желтоватый цвет. Поэтому такие связки получили название желтых.

Межкостные перепонки представляют собой соединительнотканные пластинки, натянутые между диафизами трубчатых костей (локтевой и лучевой костями, костями голени) или закрывающие некоторые костные отверстия (запирательное отверстие тазовой кости). Они обеспечивают небольшую подвижность соединенных костей относительно друг друга и служат местом начала мышц.

Швы – разновидность фиброзного соединения, в котором между краями соединяющихся костей имеется узкая соединительнотканная прослойка. Соединение костей при помощи швов встречается только в черепе (рис. 40). В зависимости от конфигурации краев соединяющихся костей выделяют зубчатый, чешуйчатый и плоский швы. У зубчатого шва зазубренные края одной кости входят в промежутки между зубцами края другой кости, а прослойкой между ними является соединительная ткань. Если соединяющиеся края плоских костей имеют кососрезанные поверхности и накладываются друг на друга в виде чешуи, то образуется чешуйчатый шов. В плоских швах с помощью тонкой соединительнотканной прослойки соединяются между собой ровные края двух костей. С возрастом соединительная ткань замещается костной тканью. Соединения по типу швов обладают гибкостью и прочностью, швы уменьшают передачу толчков и сотрясений к головному мозгу. Так, в детском и юношеском возрасте прыжки и толчки переносятся безболезненно, а в пожилом возрасте, когда швы окостеневают, такие движения воспринимаются болезненно, вызывают головные боли и даже обморочные состояния.

Зубоальвеолярное вколачивание – соединение зуба с костной тканью зубной альвеолы, т.к. между зубом и стенкой альвеол располагается прослойка соединительной ткани – периодонт.

Синхондрозы (рис. 19,20) представляют собой соединения костей при помощи хрящевой ткани. Такие соединения характеризуются прочностью, малой подвижностью, упругостью вследствие эластических свойств хряща. Движения при синхондрозе невелики и имеют пружинящий характер. Они зависят от толщины хрящевой прослойки: чем она толще, тем подвижность больше.

Рис. 20. Виды соединений костей (схема): а-сустав, б-синдесмоз, в-синхондроз, г-симфиз: 1-надкостница, 2-кость, 3-волокнистая соединительная ткань, 4-хрящ, 5-синовиальная мембрана, 6-фиброзная мембрана, 7-суставной хрящ, 8-суставная полость, 9-щель в межлобковом диске, 10-межлобковый диск.

По длительности своего существования синхондрозы бывают:

1) постоянные, существующие в течение всей жизни (например, синхондрозы между телами позвонков, между пирамидой височной кости и клиновидной костью);

2) временные, существующие только до определенного возраста (например, синхондрозы между эпифизом и метафизом или между тремя костями пояса нижней конечности, сливающимися в единую тазовую кость), после чего они заменяются костной тканью, переходя в синостоз.

Если в центре синхондроза образуется узкая щель, не имеющая характера настоящей суставной полости с суставными поверхностями и капсулой, то такое соединение становится переходным от непрерывных к прерывным (к суставам) и называется симфизом (например, лобковый симфиз, рис. 19,20).

Прерывные соединения костей (суставы). Суставы (синовиальные соединения, диартрозы) являются наиболее совершенными видами соединения костей. Они отличаются большой подвижностью и разнообразием движений. Суставы имеют обязательные и вспомогательные элементы.

Обязательными элементами сустава являются суставные поверхности сочленяющихся костей, суставная капсула, окружающая в форме муфты сочленяющиеся концы костей, и суставная полость, расположенная внутри капсулы между костями (рис. 20, 21).

Суставные поверхности – это поверхности, которыми кости сочленяются друг с другом. Они покрыты суставным хрящом (чаще гиалиновым, реже волокнистым) толщиной 0,2-0,5мм. Вследствие постоянного трения суставной хрящ приобретает гладкость, облегчающую скольжение суставных поверхностей, а вследствие своей эластичности смягчает толчки и сотрясения, которые могут испытывать сочленяющиеся кости при ходьбе, прыжках и других движениях. Кроме того, эластические свойства хряща, его способность деформироваться оказывают некоторое влияние на увеличение подвижности в суставах. Суставные поверхности чаще соответствуют друг другу по форме. Например, на одной кости имеется выпуклость, на другой – соответствующая ей вогнутость (например, плечевой и тазобедренный суставы). Такие суставы называются конгруэнтными. В них подвижность больше, чем в не конгруентных суставах, в которых суставные поверхности не соответствуют друг другу по форме (мыщелки бедренной и большеберцовой костей).

Суставная капсула прикрепляется к сочленяющимся костям вблизи краев суставных поверхностей или отступя на некоторое расстояние от них. Она прочно срастается с надкостницей, образуя замкнутую суставную полость. Капсула состоит из двух слоев: наружного – фиброзной мембраны и внутреннего – синовиальной мембраны. Синовиальная мембрана на стороне, обращенной к суставной полости, покрыта слоем эндотелиальных клеток, вследствие чего имеет гладкий и блестящий вид. Она выделяет в полость сустава липкую прозрачную синовиальную жидкость – синовию, наличие которой уменьшает трение суставных поверхностей. Синовиальная мембрана оканчивается по краям суставных хрящей.

Рис. 21. Строение сустава.

Суставная полость представляет собой герметически закрытое щелевидное пространство между покрытыми хрящом суставными поверхностями. Она ограничена синовиальной мембраной суставной капсулы, содержит небольшое количество синовиальной жидкости (в зависимости от размера суставов от 0,1 до 4 мл), которая увлажняет и смазывает суставные поверхности, уменьшая трение между ними. При нагрузке из глубоких слоев хряща через поры и пространства между волокнами выделяется жидкость для его смазки. При снижении нагрузки жидкость уходит обратно внутрь хряща. Поэтому скольжение суставного хряща происходит почти без трения даже при значительных физических нагрузках (так называемая «усиленная смазка»). Кроме того, синовия участвует в обмене жидкости и в укреплении сустава, препятствуя расхождению поверхностей, увеличивает сцепление суставных поверхностей, повышает их подвижность, обеспечивает питание суставного хряща, служит дополнительным амортизатором. Она служит также буфером, смягчающим сдавливание и толчки суставных поверхностей, так как движение в суставах – это не только скольжение, но и расхождение суставных поверхностей. Давление между суставными поверхностями меньше атмосферного, что препятствует их расхождению. Этим же объясняется чувствительность суставов к колебаниям атмосферного давления при некоторых их заболеваниях, на основании чего некоторые больные могут предсказывать ухудшение погоды. При повреждении суставной капсулы воздух попадает в полость сустава и суставные поверхности немедленно расходятся. В обычных условиях расхождению суставных поверхностей, кроме отрицательного давления в полости сустава, препятствуют также связки (внутри- и внесуставные) и мышцы с заложенными в толще их сухожилий сесамовидными костями.

К вспомогательным элементам сустава относятся внутрисуставные хрящи (диски и мениски, суставные губы), синовиальные ворсинки, синовиальные сумки и синовиальные складки, связки и сухожилия мышц.

Суставные диски и мениски – это различной формы хрящевые пластинки, которые располагаются между не полностью соответствующими друг другу (неконгруэнтными) суставными поверхностями. Диск представляет собой сплошную пластинку, сращенную по наружному краю с суставной капсулой (височно-нижнечелюстной, грудино-ключичный суставы), и, как правило, разделяет суставную полость на две камеры (два этажа). Мениски – это несплошные хрящевые пластинки полулунной формы, которые вклиниваются между суставными поверхностями (коленный сустав). Диски и мениски как бы сглаживают неровности сочленяющихся поверхностей, делают их конгруэнтными, амортизируют сотрясения и толчки при движении, содействуют движению в суставах.

Суставная губа расположена по краю вогнутой суставной поверхности, дополняет и углубляет ее (например, в плечевом суставе). Она прикреплена своим основанием к краю суставной поверхности, а внутренней вогнутой поверхностью обращена в полость сустава.

Синовиальная мембрана часто образует небольшие отростки, называемые синовиальными ворсинками,местами то большей, то меньшей величины синовиальные сумки и синовиальные складки, вдающиеся в полость сустава. Иногда синовиальные складки содержат значительное количество врастающего в них снаружи жира, тогда получаются так называемые жировые складки (например, жировые складки коленного сустава). Синовиальные сумки представляют собой мешкообразные выпячивания или вывороты синовиальной мембраны, располагающиеся в утонченных местах капсулы вокруг сухожилий или под мышцами, лежащими вблизи сустава. Будучи заполнены синовией, эти синовиальные сумки уменьшают трение сухожилий и мышц при движениях (коленный сустав).

Связки и сухожилия мышц составляют вспомогательный укрепляющий аппарат сустава.

Биомеханика суставов.В организме живого человека суставы выполняют следующую роль: 1) содействуют сохранению положения тела; 2) участвуют в перемещении частей тела по отношению друг к другу; 3) являются органами передвижения (локомоции) тела в пространстве. Так как в процессе эволюции условия для мышечной деятельности были различными, то и получились сочленения, различные по форме и функциям. По форме суставные поверхности можно рассматривать как отрезки геометрических тел вращения: цилиндра, вращающегося вокруг одной оси; эллипса, вращающегося вокруг двух осей, и шара, вращающегося вокруг трех и более осей.

Различают следующие виды движений в суставах:

1) движение вокруг поперечной оси – сгибание, т.е. уменьшение угла между сочленяющимися костями, и разгибание – увеличние этого угла;

2) движения вокруг сагиттальной оси – приведение (приближение к срединной плоскости) и отведение (удаление от нее);

3) движения вокруг вертикальной оси, т.е. вращение: кнутри (пронация) и кнаружи (супинация);

4) круговые движения, при которых совершается переход из одной оси в другую. Возможны и скользящие движения суставных поверхностей, а также удаление их друг от друга, как, например, при растягивании пальцев при висах.

Характер движения в суставах обусловлен формой суставных поверхностей. Объем движения в суставах зависит от разности в величине сочленяющихся поверхностей и их конгруэнтности. Чем больше разница площадей суставных поверхностей, тем больше дуга (объем) движения и наоборот. Если сочленяющиеся поверхности по величине равны между собой, то такие суставы называются плоскими (крестцово-подвздошный сустав). Движения в таких суставах либо отсутствуют, либо очень незначительные. В конгруэнтных суставах объем движения больше, чем в неконгруэнтных. Движения в суставах могут ограничиваться различного рода тормозами, роль которых выполняют некоторые связки, мышцы, костные выступы и т.д.

Так как усиленная физическая нагрузка, вызывающая рабочую гипертрофию костей, связок и мышц, приводит к разрастанию этих образований и ограничению подвижности, то у спортсменов отмечается разная гибкость в суставах в зависимости от вида спорта. Например, плечевой сустав имеет больший объем движений у легкоатлетов и меньший у тяжелоатлетов. На объем движений влияют и внутрисуставные хрящи, увеличивающие либо объем движения, либо разнообразие движений. Так, в височно-нижнечелюстном суставе, относящемся по форме суставных поверхностей к двухосным суставам, благодаря наличию внутрисуставного диска возможны движения вокруг трех осей.

Классификация суставов и их общая характеристика. Существует классификация суставов по числу суставных поверхностей, по форме суставных поверхностей и по функции.

По числу суставных поверхностей суставы бывают:

1) простые, образованные только двумя суставными поверхностями (например, плечевой и тазобедренный суставы);

2) сложные, имеющие более двух сочленяющихся поверхностей (локтевой и голеностопный суставы);

3) комплексные, содержащие в полости внутрисуставной хрящ, который разделяет сустав на две камеры (двухкамерный сустав). Деление на камеры происходит или полностью, если внутрисуставной хрящ имеет форму диска (височно-нижнечелюстной, грудино-ключичный суставы) или не полностью, если хрящ приобретает форму полулунного мениска (коленный сустав);

4) комбинированные, представляющие собой комбинацию нескольких изолированных друг от друга суставов, которые функционируют вместе (оба височно-нижнечелюстных сустава, оба атлантозатылочных сустава, проксимальный и дистальный лучелоктевые суставы).

По форме и по функции классификация проводится следующим образом. Функция сустава определяется количеством осей, вокруг которых совершаются движения в суставе. Количество осей зависит от формы его сочленяющихся поверхностей.

Таблица 1

Классификация суставов

Исходя из этого, согласно анатомо-физиологической классификации суставов различают (табл. 1, рис. 18):

а) одноосные суставы:

1) цилиндрические – пронация и супинация (лучелоктевой сустав) или повороты направо и налево (атлантоосевой сустав);

2) блоковидные – сгибание и разгибание (межфаланговые сочления пальцев);

б) двухосные суставы:

1) эллипсоидные – сгибание и разгибание, отведение и приведение (лучезапястный сустав);

2) мыщелковые – сгибание и разгибание, пронация и супинация (коленный сустав);

3) седловидные – сгибание и разгибание, отведение и приведение (запястно-пястный сустав большого пальца);

в) многоосные (трехосные) суставы – шаровидный (плечевой сустав) и чашеобразный (тазобедренный сустав), в которых осуществляются движения вокруг всех трех осей. При переходе из одной оси в другую получается круговое движение.

Изменения скелета в связи с возрастом и занятиями спортом. Кость отличается большой пластичностью. При изменяющихся условиях действия на кость различных сил происходит перестройка кости. Тренировки и спортивные упражнения оказывают на кость формообразующее воздействие, укрепляют кости скелета. При постоянной физической нагрузке на кость развивается ее рабочая гипертрофия, кость становится массивнее и толще за счет увеличения костной массы. Все выступы, гребни, шероховатости выражены резче. Степень развития указанных изменений зависит от вида спорта. Если нагрузка распределяется равномерно на кости правой и левой половины тела, то и изменения в костях наблюдаются одинаковые. При неодинаковой нагрузке сильнее изменяется более нагруженная кость. На состояние скелета оказывают влияние и другие факторы: характерное положение тела спортсмена у велосипедистов, конькобежцев, боксеров, гребцов и т.д., сила давления на скелет у тяжелоатлетов, сила растяжения при висах, при скручивании тела у акробатов, гимнастов, фигуристов и др. При правильно распределенных нагрузках эти изменения бывают благоприятными. В противном случае возможны патологические изменения скелета. При усиленной физической нагрузке, выходящей за пределы нормы, в костной ткани постепенно могут возникать изменения, граничащие с предпатологическими и патологическими состояниями.

Наиболее простой механизм возникновения у спортсменов изменений в скелете можно представить следующим образом. Под влиянием усиленной мышечной деятельности происходит рефлекторное расширение кровеносных сосудов, улучшается питание работающего органа, прежде всего мышц, а затем и близлежащих органов, в частности кости со всеми ее компонентами (надкостница, компактный слой, губчатое вещество, костномозговая полость, хрящи, покрывающие суставные поверхности костей и др.). Все изменения в скелете появляются постепенно. Через год занятий спортом можно наблюдать отчетливо выраженные морфологические изменения костей. В дальнейшем эти изменения стабилизируются, но перестройка скелета происходит на протяжении всего тренировочного процесса. При прекращении активной спортивной деятельности приспособительные изменения костей остаются довольно продолжительное время.

Изменения, происходящие в скелете под влиянием занятий спортом, касаются и химического состава костей, и внутреннего их строения, и процессов роста и окостенения. Кости, несущие большую нагрузку, богаче солями кальция, чем кости, несущие меньшую нагрузку. На рентгенограм