Развитие суставов

Общая характеристика соединений опорно-двигательного аппарата

Опорно-двигательный аппарат – это единая функциональная система костей, их соединений и мышц. Опорно-двигательный аппарат обеспечивает внешнюю деятельность организма, участвует во взаимодействии с окружающей средой. Различают его активную и пассивную части. К активной относятся мышцы, к пассивной – кости и их соединения, образующие совместно скелет человека. В теле человека насчитывается более 200 костей. Они образуют основу тела – скелет, в состав которого входят также разные виды соединений костей.

Раздел анатомии, который изучает соединения костей, называется остеоартрология.

Соединения костей обеспечивают подвижность либо устойчивость частей скелета как механических конструкций. В зависимости от этого выделяют 3 основные группы их соединения.

Все соединения костей (juncturae ossium) делятся на непрерывные – неподвижные (synarthrosеs), прерывные – подвижные (diarthrosеs) и переходную форму – полусустав (симфиз – symphysis)

(рис. 1).

Чтобы определить тип соединения, его необходимо расчленить. Если при рассечении ткань сплошная и нигде не прерывается – это непрерывное соединение (связка, хрящ, кость), если после разреза капсулы появляется полость, суставные поверхности, свободно прилегающие друг к другу, и синовия (суставная смазка), то это подвижное соединение.

Непрерывные соединения (синартрозы – synarthrosеs) устроены более просто, чем подвижные. В процессе эволюции они появились значительно раньше подвижных, и с позиций филогенеза являются более старыми. В зависимости от вида ткани, которая участвует в соединении костей, они разделяются на фиброзные, хрящевые и костные.

Рис. 1. Виды соединений костей (М.Р. Сапин, 2012)

А – сустав, Б – синдесмоз, В – синхондроз, Г – симфиз (гемиартроз)

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

Фиброзные соединения (juncturae fibrosae) состоят из плотной волокнистой соединительной ткани. Они представлены собственно соединительнотканными соединениями – синдесмозами (syndesmosеs), которые подразделяются на связки (ligamenta), межкостные перепонки (membranae interosseae), швы (suturae) и особый вид сочленений – вколачивание (gomphosis).

Связки и мембраны характеризуются преобладанием межклеточного вещества, являющегося основным носителем механических функций. Главным составляющим здесь является находящееся в межклеточном веществе коллагеновое волокно, достигающее в диаметре от 20 до 250 мкм. Коллагеновые волокна по своей упругости почти достигают упругости кости. При растяжении они могут удлиняться на 10–20 % от первоначальной длины. Предельная прочность на растяжение у коллагена очень велика и доходит до 500–1000 кгс/см², вследствие чего волокна выдерживают большую нагрузку, но при применении значительного воздействия они перерастягиваются, и это растяжение необратимо. Часть связок имеет в своем составе преобладающее количество эластических волокон, что обеспечивает их растяжение уже при небольших нагрузках и позволяет им увеличиваться почти в 2,5 раза, а после снятия влияния возвращаться в исходное состояние. Благодаря этому они выполняют рессорную функцию (например, желтые связки, соединяющие дуги позвонков и участвующие в выпрямлении позвоночного столба). Много эластических волокон содержит выйная связка, помогающая удерживать голову.

Швы как разновидность фиброзных соединений состоят из узкой тонкой прослойки волокнистой соединительной ткани, расположенной между краями соприкасающихся костей черепа. Соответственно конфигурации сторон сочленяющихся костей выделяют зубчатые, чешуйчатые и плоские швы.

Вколачивание – это особый вид непрерывного соединения, которым называется сочленение зуба с альвеолой челюсти (зубоальвеолярное соединение – art. dentoalveolaris), представленное тонкой прослойкой соединительной ткани, называемой периодонтом

(periodontium).

В соединениях при помощи хрящевой ткани (juncturae cartilagineae) или синхондрозах (synchondrosеs) различают два вида хряща: гиалиновый и волокнистый, поверхность которых покрыта перихондрием. Такие соединения характеризуются значительной прочностью, упругостью, растяжимостью и ограниченной подвижностью за счет эластических свойств хряща. Хрящевые соединения бывают постоянные и временные. Постоянные синхондрозы существуют в течение всей жизни (межпозвоночный диск), временные сохраняются до определенного возраста, а затем хрящ замещается костью и образуется костное сращение – синостоз (synostosis). Временные синхондрозы – это метафизы трубчатых костей, соединение костей таза и другие.

Самым прочным видом связи является соединение посредством костной ткани – синостоз (например, соединение между крестцовыми позвонками).

Переходной формой от непрерывных соединений к прерывным является гемиартроз (полусустав, симфиз). Это хрящевое соединение, в толще которого имеется небольшая полость. Примером является лобковый симфиз.

Прерывные соединения – диартрозы (diarthrosеs) отличаются усложненностью строения и функциональными качествами, которые определяются многообразием и направленностью перемещений частей скелета, а также возможностью дифференцированных движений головы, корпуса и конечностей. К диартрозам относятся синовиальные соединения (juncturae synoviales) или суставы

(articulаtiones).

Сустав – это орган, в построении которого участвуют хрящевая, костная и соединительная ткани. В строении сустава выделяют: 1) обязательные, или основные, элементы; 2) вспомогательные или добавочные, элементы.

К первым относятся суставные поверхности, суставные хрящи, суставная капсула, суставная полость и синовиальная жидкость. В состав вспомогательных элементов входят суставные диски, мениски, губы; вне- и внутрикапсулярные связки; синовиальные сумки, влагалища, ворсинки, жировые складки, сухожилия мышц.

Суставные поверхности (facies articulares) находятся на костях, участвующих в образовании сустава. Минимальное количество суставных поверхностей две, одна из которых, как правило, выпуклая (суставная головка), другая вогнутая – суставная впадина. Выпуклая поверхность имеет большую протяженность, чем вогнутая. Суставные поверхности покрыты гиалиновым хрящом, и только в височно-нижнечелюстном и грудино-ключичном суставах они выстланы волокнистым хрящом.

Суставные поверхности покрывает суставной хрящ, его толщина колеблется от 0,2 до 6,0 мм, что прямо пропорционально величине нагрузки на сустав. Чем больше воздействие на сустав, тем толще хрящ. На суставной впадине он мягче, чем на суставной головке. Суставной хрящ не имеет кровеносных и лимфатических сосудов и надхрящницы, за счет синовии содержит 75–80 % воды, а 20–25 % приходится на сухой остаток. По краю суставного хряща фиброзный слой надкостницы продолжается непосредственно в поверхностный слой волокон самого хряща. Таким образом, вся кость вместе с суставным хрящом окружена единой фиброзной оболочкой. Наружная поверхность хряща гладкая, что позволяет суставным поверхностям легко скользить относительно друг друга. Благодаря своей эластичности суставной хрящ предохраняет концы костей от повреждений, амортизируя воздействия при нагрузке в виде компрессии, ударов, толчков и сотрясений, исполняя роль буфера.

Суставная капсула (capsula articularis) охватывает части костей, которые принадлежат суставу. Она прикрепляется вблизи краев суставных поверхностей или несколько отступив от них, прочно срастается с надкостницей и герметично закрывает сустав, образуя замкнутую суставную полость. Суставная капсула состоит из двух оболочек – фиброзной и синовиальной.

Фиброзная оболочка (membrana fibrosa) более толстая, чем синовиальная, образует наружный слой, представленный волокнистой соединительной тканью, содержит много коллагеновых волокон, что придает прочность суставной капсуле. В фиброзную оболочку вплетаются укрепляющие сустав связки, здесь суставная капсула бывает утолщена, в других местах фиброзная оболочка более тонкая, в связи с чем возможно образование выпячиваний суставной капсулы и сумок.

Синовиальная оболочка (membrana synovialis) представляет собой внутренний слой капсулы сустава. Она покрывает все образования, находящиеся в суставе, за исключением суставного хряща. Синовиальная оболочка тонкая, рыхло соединена с фиброзной и поэтому подвижна, содержит коллагеновые и эластические волокна. Синовиальная мембрана в некоторых суставах образует выпячивания, сумки, которые могут сообщаться с полостью сустава или быть изолированными. Располагаясь снаружи вокруг сустава в виде мягких упругих прокладок между костью и сухожилиями мышц, они уменьшают трение, обладают буферными свойствами, смягчающими удары при травме. Помимо выпячиваний и сумок, синовиальная оболочка образует складки (plicae synoviales), содержащие жировую ткань и вдающиеся в полость сустава, заполняя в ней свободные участки (коленный сустав). Мелкие выросты – синовиальные ворсинки (villi synoviales) увеличивают поверхность синовиальной оболочки и выделяют прозрачную тягучую жидкость – синовию, участвующую в обменных процессах в суставе. Синовиальная оболочка богата кровеносными и лимфатическими сосудами, нервами, обладает высокой чувствительностью. При воспалениях и повреждениях суставов возникает сильная боль, препятствующая движениям.

Суставная полость (cavum articulare) представляет собой щелевидное пространство, ограниченное сочленяющимися поверхностями костей, покрытыми хрящом и суставной капсулой, выстлана изнутри синовиальной оболочкой. В полости сустава находится небольшое количество синовиальной жидкости, необходимое для нормальной функции сустава.

Синовиальная жидкость (synovia) выделяется клетками синовиальной оболочки в норме в небольшом количестве, но в зависимости от размера сустава ее объем может варьировать от 0,1 до 4,0 мл. Синовия – это питательная среда для суставного хряща, участвует в обмене веществ в суставе; кроме того, она играет роль смазки, уменьшая трение, и способствует лучшему скольжению покрытых хрящом суставных поверхностей. Свойства синовии – вязкость и упругость. Вязкость зависит от гиалуроновой кислоты, которая входит в состав основного вещества соединительной ткани. При движении в суставе вязкость в синовии уменьшается в 500 раз, что облегчает работу сустава. Упругость синовии обеспечивает постоянное разделение соприкасающихся суставных поверхностей, играя важную роль в механизме движения сустава.

Суставной диск (discus articularis) относится к добавочным приспособлениям сустава, представляет собой пластинку из коллагенового хряща, прикрытую синовиальной оболочкой, как правило, находится между неконгруэнтными поверхностями сочленяющихся костей и срастается с суставной капсулой (грудино-ключичный сустав и др.). Разновидностью диска являются суставные мениски – menisci articulares (коленный сустав), которые имеют вид хрящевой пластинки полулунной или серповидной формы, укрепленные в суставе с помощью связок. Суставные диски и мениски ввиду своей эластичности не только смягчают компрессию, возникшую вследствие различных воздействий (удары, сотрясения и др.), передающихся на сустав, но и участвуют в механизме движений, создавая конгруэнтность (соответствие) между сочленяющимися суставными поверхностями.

Конгруэнтность имеет большое значение в артрокинематике (учении о движении в суставах): если суставные поверхности полностью соответствуют друг другу – они конгруэнтны, если нет, то неконгруэнтны. Для исправления неконгруэнтности и существуют внутрисуставные включения. Конгруэнтность не является постоянной для каждого сустава, она изменяется при движениях и в зависимости от нагрузки. При увеличении давления площадь контакта в суставе увеличивается за счет эластичности хряща и конгруэнтность возрастает. Это способствует более равномерной передаче нагрузки на суставные концы костей.

Суставная губа (labrum articulare) – это кольцевидное образование из коллагенового хряща, которое прикрепляется по краю суставной впадины, углубляя ее и увеличивая ее поверхность (плечевой сустав и др.).

По отношению к суставной капсуле различают вне- и внутрикапсулярные связки. Первые расположены вокруг капсулы и часто вплетаются в нее. Вторые находятся в полости сустава и покрыты синовиальной оболочкой (крестообразные связки коленного сустава). Как правило, связки малорастяжимы, вследствие чего они ограничивают, тормозят движения в суставах. Кроме того, связки могут направлять движения, взаимодействуя с другими элементами сустава.

Таковы общие черты строения суставов. Конструкция сустава объединяет ряд взаимосвязанных элементов, образующих целостный орган. Одним из основных моментов, определяющих целостность сустава, является постоянный контакт суставных поверхностей как в покое, так и при движениях. В неповрежденном суставе сочленяющиеся поверхности плотно прилегают друг к другу и их трудно разъединить, необходимо приложить усилие.

В укреплении суставов и обеспечении контакта суставных поверхностей имеют значение: 1) суставная капсула и связочный аппарат; 2) мышцы, находящиеся около сустава; 3) слипчивость суставных поверхностей; 4) атмосферное давление; 5) полное соответствие рельефа суставных хрящей – конгруэнтность; 6) отрицательное давление в полости сустава.

Какова же роль давления в учении о суставах – артрологии? Давление в суставной полости отрицательное благодаря герметичности суставов и равно 60–120 мм водного столба. Вследствие этого атмосферное давление с силой прижимает суставные поверхности друг к другу. Если убрать все связки, сухожилия, мышцы, изолировать сустав, то соединение суставных поверхностей все равно сохраняется. Чтобы суставные поверхности разошлись, необходимо рассечь суставную капсулу или ввести под давлением газ в суставную полость. Этот прием лежит в основе клинических исследований суставов при помощи рентгеновских лучей (травматология, спортивная медицина).

Развитие суставов

В зависимости от среды обитания и образа жизни в процессе филогенеза формировался объем и характер движений (передвижения) в животном мире. Для низших позвоночных, обитающих в воде, был характерен в основном непрерывный вид соединений, который с выходом их на сушу, где требовалось выполнять движения с большим объемом, размахом, амплитудой и разнообразием, необходимым для передвижения в пространстве, привел к формированию переходной формы (полусуставы), характеризующейся появлением в непрерывном соединении одного из признаков сустава – щели, а затем и более свободной формы движений (суставы).

В соответствии с этим в онтогенезе человека все соединения костей проходят две стадии развития: вначале формируются непрерывные соединения, а в дальнейшем из них образуются прерывные (синовиальные) соединения – суставы.

На 4-й – 5-й нед внутриутробного развития зародыша человека определяется сгущение эмбриональной соединительной ткани – мезенхимы. Эта стадия называется бластемной, которая быстро переходит в хрящевую (6 нед эмбриогенеза), затем в костную (6-я – 7-я нед). При формировании хрящевых закладок костей в мезенхимной бластеме остаются промежуточные зоны, в которых не происходит охрящевение. В этих местах и развивается сустав. Вначале в мезенхимной прослойке на втором месяце развития появляется щель; образование последней связано с натяжением, которое оказывают мышечные закладки на суставные концы сочленяющихся костей. Начиная с 6-й нед эмбрионального периода, у зародыша длиной 12 мм формируются зоны плечевого и локтевого суставов, длиной 13 мм – зоны тазобедренного и коленного суставов, длиной 14 мм – появляются характерные очертания суставных концов костей.

На 7-й нед развития у зародыша длиной 16–20 мм происходит дифференцировка основных элементов сустава: промежуточной зоны, суставной капсулы, ее фиброзной и синовиальной оболочек, связок и суставного хряща. Разряжается центральная часть промежуточной зоны и образуется суставная полость. Появление полостей в различных суставах происходит не одновременно. На 6–7-й нед эмбриогенеза образуется полость в плечевом и коленном суставах, на 8-й – 9-й нед – в локтевом и лучезапястном, на 10-й–11-й нед – в височно-нижнечелюстном и голеностопном суставах и т.д. Внутрисуставные образования (диски, мениски, сухожилия, проходящие через сустав) закладываются на месте и не мигрируют в полость сустава извне. В местах развития коленного, грудиноключичного и других суставов появляются две суставные щели, а слой мезенхимы между ними превращается в суставной диск. Хрящевая суставная губа формируется из внутрисуставного хряща, у которого рассасывается центральная часть, а периферические отделы прирастают к краю суставной поверхности кости (плечевой, тазобедренный и другие суставы).

У новорожденного ребенка все элементы сустава анатомически сформированы, однако тканевая структура значительно отличается от окончательной. Суставные концы при рождении целиком состоят из хряща, окостенение большинства эпифизов начинается на 1-м – 2-м году жизни и продолжается до юношеского возраста. Суставные хрящи у новорожденных и в первые месяцы жизни имеют волокнистое строение. В связи с нарастанием двигательной активности ребенка особенно интенсивно перестройка хряща идет в первые 3 года жизни, затем она замедляется в период с 3 лет до 14летнего возраста, а к 16 годам суставной хрящ приобретает строение типичного гиалинового хряща.

С увеличением объема движений во всех суставах у детей с 3 до 8 лет происходит усиленная коллагенизация суставной капсулы и связок; в фиброзной оболочке увеличиваются количество коллагеновых волокон и их толщина. В синовиальной оболочке после рождения нарастают число и размеры складок и ворсинок, происходит развитие сосудистой сети и нервных окончаний. В возрасте 6 – 10 лет усложняется строение ворсинок, часть из них приобретает разветвленную форму. В подростковом периоде происходит утолщение суставной капсулы и связок, завершается формирование суставных поверхностей. Окончательного развития суставы, как и кости, достигают к 22–25 годам жизни.

В пожилом и старческом возрасте в суставно-связочном аппарате происходят значительные изменения, в основе которых лежат глубокие ультраструктурные и биохимические преобразования, протекающие в соединительной ткани. Они заключаются в обеднении тканей водой, уменьшении содержания основного вещества и нарастании количества волокнистых структур, изменении свойств коллагена, дегенерации эластических волокон. Основное вещество хряща начинает изменяться уже с 30 лет, а в пожилом и старческом возрасте идет процесс обызвествления суставных хрящей. Суставные хрящи становятся тоньше, и на рентгеновских снимках отмечается сужение промежутков между суставными концами костей. Изменения в суставных хрящах, капсуле и связках приводят к ограничению и уменьшению объема движений в суставах. Снижается сопротивление межпозвоночных дисков сжатию, уменьшается предел прочности на разрыв связок, укрепляющих крупные суставы.

12 3 4 5 Следующая ⇒