Форма и величина суставных поверхностей и связь их с механизмом движении

Так как цель изучения анатомии суставов есть уяснение их функции, т.е. механизма происходящих в них движений, а также механизма происхождения вывихов и их вправления, то по необходимости вместе с анатомией связок должна быть изучаема форма и величина суставных поверхностей костей как моментов, определяющих объем и форму движений.

Главный момент, определяющий объем движения в истинном суставе, есть разность величины суставных поверхностей двух сочленяющихся костей. Это обстоятельство лучше всего разъясняется на примере; суставная головка нижнего конца плечевой кости представляет почти целую окружность цилиндра по крайней мере в той части, которая назначена для сочленения с локтевой костью; соответствующая ей вырезка локтя (incisura sigmoidea major) представляет вогнутую поверхность, равную половине окружности цилиндра. При полном разгибании processus olecranon упирается в дно задней надблоковой ямки (fossa supratrochlearis post.). Начиная с этого положения, движение сгибания предплечья будет продолжаться до тех пор, пока processus coronoideus ulnae упрется в дно передней надблоковой ямки. При этом каждая точка суставной поверхности локтевой кости и, стало быть, всего предплечья сделает движение, почти равное половине круга, т.е. ровно столько, насколько суставная впадина ulnae меньше соответствующей суставной поверхности плечевой кости. Но это правило не без исключений: в некоторых суставах зависимость объема движения от относительной величины суставных поверхностей не так строга. В суставе основных фаланг пальцев верхней конечности с головками пястных костей объем движений меньше разности протяжения суставных поверхностей по причине существования особенностей в прикреплении боковых вспомогательных связок. Разность между сечением головки пястной кости и сечением суставной впадины фаланги больше четверти окружности; между тем движение, т. е. сгибание и разгибание пальцев, совершается только в размере четверти окружности, или одного прямого угла, Это зависит от того, что точки прикрепления боковых связок лежат не на оси движения, а в стороне от нее, именно ближе к тыльной стороне пястной головки; от этого при разогнутом состоянии пальцев расстояние между точками прикрепления боковых связок (к пястной кости и к фаланге) меньше, чем в тот момент, когда фаланги согнуты. В этом последнем положении боковые связки оказываются натянутыми настолько, что они задерживают дальнейшее сгибание.

Рис. 81. Разрез локтевого сустава. А - положение полного разгибания; А' - положение сгибания по совершении полной экскурсии, определяемой разностью протяжения суставной головки и суставной впадины; с - точка, где проходит поперечная ось блоковидной головки сустава

Отсюда название связок, таким образом ограничивающих движение, - задерживающие связки. Наоборот, существуют случаи, где объем движения больше разности размеров суставных поверхностей. Так, например, суставные поверхности косых отростков позвонков почти равны между собой - если есть разность, то она весьма незначительна. Между тем движение некоторых из этих суставов, например, в суставе атланта со вторым позвонком, довольно объемисто и определяется исключительно степенью натяжения окружающих связок, суставные же поверхности при движении соскальзывают одна с другой, чего в локте никогда не бывает.

Форма движения в суставах, или, иначе говоря, фигура кривых, описываемых точками движущейся части тела в пространстве, зависит от формы суставных поверхностей. Точнее говоря, кривые линии, описываемые в пространстве точками движущейся части тела, представляют линии, подобные и параллельные сечениям суставной головки и впадины, проведенным в том направлении, в котором происходит данное движение. Эта тесная зависимость формы движений от формы суставных поверхностей очень понятна без дальнейших объяснений при непременном условии плотного и постоянного соприкосновения поверхностей сочленяющихся костей, что в действительности и бывает в большинстве случаев. Но мог бы возникнуть вопрос: почему сочленовные поверхности не расходятся и почему движения не могут разнообразиться, становясь вне зависимости от формы суставных поверхностей? Этому есть несколько причин, действующих в различной мере в различных суставах и при разных обстоятельствах. Прежде всего расхождению суставных поверхностей при движении препятствует прилипание одной поверхности к другой, обусловленное частью молекулярным притяжением плотно прилегающих поверхностей хряща, частью клейкостью синовиальной жидкости, которой они покрыты. Но эта сила не может действовать очень значительно, потому что суставные поверхности костей, как видно будет ниже, часто не вполне подобны, а потому не могут прилегать одна к другой так плотно, чтобы молекулярное притяжение обнаружилось между ними в значительной мере. Вторая причина, v препятствующая расхождению суставных поверхностей, есть натяжение вспомогательных связок, и это есть, без сомнения, самая главная из сил, удерживающих кости. Значение ее выясняется тем фактом, что суставы, не имеющие вспомогательных связок, а только одну сумочную, каков, например, плечевой сустав, подвергаются вывихам чаще тех, которые имеют вспомогательные связки. В том же смысле и почти так же энергично удерживаются кости окружающими их мускулами, находящимися при жизни в постоянном, так называемом тоническом сокращении. Наконец, есть еще одна сила, которой некоторые авторы и в настоящее время приписывают сполна все влияние на удержание костей от расхождения, игнорируя другие моменты: это атмосферное давление. Сустав, замкнутый герметически сумочной связкой, рассматривают, как магдебургские полушария в известном физическом опыте, употребляемом для доказательства существования воздушного давления, или с цилиндром, замкнутым с одного конца, в который вдвинут до самого дна плотно притертый поршень. Но это сравнение, конечно, неправильно, потому что магдебургские полушария имеют внутри или пустоту, или во всяком случае пониженное напряжение воздуха и удерживаются разностью внутреннего и наружного давления атмосферы, а поршень, вдвинутый в цилиндр, удерживается воздушным давлением только при попытке его оттянуть от дна, т. е. образовать под ним пустоту; в Спокойном положении или даже при вращательных движениях, когда он остается в плотном соприкосновении со стенками и дном цилиндра, он относится к атмосферному давлению, как всякое солидное тело, испытывающее давление атмосферы со всех сторон, причем давления, действующие в противоположных направлениях, друг друга уничтожают. То же самое и в суставе до тех пор, пока он находится в условиях обыкновенных для жизни, так как в нем нет пустоты, вся полость его выполнена, и нет условий, которые стремились бы образовать ее. Учение о влиянии атмосферного давления на удержание сочленяющихся костей обязано своим происхождением опытам братьев Weber (в сороковых годах XIX века); эти опыты состояли в следующем: они отрезали у трупа нижнюю конечность вместе с половиною таза, обрезали вокруг тазобедренного сустава все мягкие части, за исключением связок, и подвешивали конечность, укрепляя ее за таз. При этом, несмотря на значительную тяжесть висящей конечности, головка бедра не выходила из суставной впадины; но, как скоро дно acetabuli просверливали, т. е. давали доступ воздуху внутрь полости сустава, воздух входил туда со свистом, и одновременно с этим головка бедра выскальзывала из суставной впадины. Отсюда и заключали, что пока сустав герметически замкнут, внешнее давление атмосферы прижимает кости друг к другу. Заключение это было совершенно правильно по отношению к условиям, в которых находится тазобедренный сустав в опыте братьев Weber. Но условия эти были совершенно невозможны для живого существа: все мышцы были отрезаны и не могли влиять на кости, а связки хотя и не были перерезаны, но на трупе, конечно, не имели той упругости, какую они имеют при жизни. Вследствие этого значительная тяжесть конечности, без сомнения, стремилась удалить кости одну от другой или по крайней мере уменьшала напряжение жидкости внутри полости сустава - являлись, стало быть, условия, тождественные с условиями магдебургских полушарий, и наружное атмосферное давление, конечно, обнаруживало свое влияние. Но при жизни условии опыта братьев Weber никогда не бывает. Сила тонического сокращения мускулов так велика, что ее с избытком достаточно для противодействия не только тяжести висящей конечности, но даже для сопротивления значительному внешнему насилию, как это доказал точным вычислением Büchner для тазобедренного сустава. Правда, в некоторых суставах при движениях, вследствие неполной правильности суставных поверхностей, необходимо должно происходить некоторое расхождение их, но пустоты между ними образоваться не может, потому что для выполнения образующегося свободного пространства в полости сустава всегда имеется синовиальная жидкость и мягкие подвижные образования (жирные складки синовиальной оболочки и пр.). Приведенные соображения против учения братьев Weber получили в недавнее время полное подтверждение экспериментальным путем в опытах Геркена, который произвел непосредственное измерение давления синовиальной жидкости в коленном суставе живой собаки и нашел, что оно не только не ниже и не равно атмосферному, как можно было бы ожидать, но превосходит его в среднем (в нескольких наблюдениях) на 6 mm ртутного столба. Несмотря на это, спор об участии атмосферного давления в укреплении суставов продолжается (см. R. Fick, Handb. d. Anat. u. Mechan. der Gelenke, 1911; статьи Christen и R. Fick. Anat. Hefte, Bd. 43, H. 2, 1911).

Для ближайшего знакомства с формой движений, возможных в суставах, весьма естественно, наряду с анатомией связок, изучать и форму суставных поверхностей. Подробное исследование, произведенное в последние десятилетия, показало, что все суставные поверхности имеют приблизительно фигуру геометрически правильных тел вращения или плоскостей. Приравнивая суставы к геометрическим фигурам, можно различить следующие виды их:

1. Плоские суставы, или амфиартрозы. Суставные площадки на обеих сочленяющихся костях в таких суставах обыкновенно невелики, равны между собой и приблизительно плоски. Движения, допускаемые такой формой суставных поверхностей, есть соскальзывание одной кости в ту или другую сторону, смотря по устройству и растяжимости связок. Размеры движения обыкновенно невелики, экскурсия, совершаемая каждой точкой движущейся кости, есть прямая линия. Примером амфиартрозов могут служить суставы запястья и предплюсны между собой.

2. Цилиндрические суставы, или гинглимы. Эта форма суставов представляет два видоизменения: а) правильный цилиндрический сустав и б) блоковидный. Правильные цилиндрические суставы характеризуются тем, что суставная головка (т. е. выпуклая суставная поверхность) и впадина, совершенно подобные друг другу, представляют части поверхности одного цилиндра, ось которого проходит в кости, несущей на себе выпуклую суставную площадку. Обыкновенно она приблизительно параллельна оси тела этой кости или совпадает с ней. Движение в таких суставах есть вращение той или другой кости вокруг оси цилиндрической головки. Но, кроме того, возможно еще продвигание одной из костей вдоль оси вращения, что в действительности и совершается в некоторых правильных цилиндрических суставах. Гинглимы, или блоковидные суставы, как показывает уже самое название, имеют суставные головки,представляющие большую или меньшую часть поверхности блока, т. е. цилиндра, на котором, более или менее совпадая с сечением его, проходит канавка. Впадина имеет такую же кривизну, только вместо канавки по ней проходит валик, своей формой соответствующий форме канавки суставной головки. Размером впадина обыкновенно меньше головки, т. е. представляет меньшую долю окружности блока. Ось блоковидной фигуры проходит, естественно, в той кости, которая имеет головку, и обыкновенно перпендикулярна к оси тела кости. Движение в блоковидных суставах есть также вращение вокруг оси суставной головки, по продвигание вдоль оси, как в правильных цилиндрических суставах, здесь невозможно, потому что этому препятствует существование канавки на суставной головке и валика на впадине.

Правильные цилиндрические суставы и гинглимы допускают наименее разнообразные движения, так как они имеют только одну ось, почему называются по этому признаку одноосными.

Правильные цилиндрические суставы встречаются между локтевой и лучевой костями, а также в сочленении зубовидного отростка с дугой атланта. Гинглимы довольно распространены и встречаются в локте и суставах фаланг между собой.

3.Артродии, или шаровидные суставы. Головка таких суставов представляет отрезок приблизительно правильного шара. Впадина есть часть той же шаровой фигуры, только вогнутая; размером она обыкновенно значительно меньше головки, т. е. представляет меньшую долю шаровой поверхности. Подвижность костей в суставах этого рода весьма разнообразна и совершается вокруг множества осей или, все равно, вокруг одной точки, в которой все оси устава пересекаются - это центр суставной головки. Движение может совершаться: а) по меридианам шаровой головки, б) по параллельным кругам ее и, 'наконец, в) каждая кость может вращаться вокруг своей продольной оси. В отличие от цилиндрических суставов артродии называются еще многоосными. Артродии встречаются в плечевом и тазобедренном суставах.

4. Яйцевидные суставы. Головка и впадина подобных суставов представляют части поверхности тела вращения, которое образуется: от вращения дуги вокруг своей хорды, причем получается Гфигура, похожая на яйцо, откуда и происходит название этих суставов. Движение в них может совершаться в двух направлениях и около двух осей: а) в одном случае движущаяся кость вращается вокруг той оси, около которой вращалась дуга, описывая яйцевидную фигуру (линия аb, рис. 82); б) в другом - кость движется вокруг оси, проходящей через центр того круга, от которого отрезана дуга, описавшая яйцевидную фигуру, в направлении, перпендикулярном к первой оси (на рис. отвесно к плоскости бумаги), отчего и направление этих двух движений перпендикулярно друг другу. Дуги, которые описывает движущаяся кость в пространстве, в первом случае будут иметь более короткий радиус, так как ось движения лежит ближе к поверхности суставной головки; во втором - эти дуги имеют более длинный радиус, так как ось движения лежит дальше от суставной поверхности. Особенность этой формы суставов заключается в том, что при движении вокруг оси, проходящей через центр круга (второй случай, под буквой b), суставная впадина, сдвинувшись с середины головки, перестает плотно касаться ее потому что поверхность боковой части яйцевидной головки не подобна поверхности впадины.

Рис. 82. Яйцевидная фигура, образующаяся от вращения дуги вокруг своей хорды аb. Единственный в теле правильный яйцевидный сустав - сочленение суставных отростков затылочной кости с боковыми массами атланта, представляет две части одной яйцевидной фигуры, вырезанной из ее поверхности так, как это обозначено на рисунке пунктиром

В теле человека существует только один, несомненно, яйцевидный сустав, да и то разделенный на две части, - это сочленение между затылочной костью и атлантом.

5. Седловидные суставы. Отличаются от других суставов тем, что в них нельзя различить ни головки, ни впадины: обе кости имеют совершенно одинаковые и по форме кривизны, и по величине суставные поверхности, которые представляют как бы два седла, опрокинутые одно поперек другого. Сравнивая седловидные поверхности с геометрическим телом, мы должны их представлять себе как часть поверхности, образовавшейся от движения дуги вокруг линии, лежащей вне того круга, от которого дуга отрезана (рис. 83). Если из такой поверхности со стороны, обращенной к оси, вырезать две части в виде четырехугольников или овалов и опрокинуть одну поперек другой, то мы получим ту форму и отношения поверхностей, которые имеются в седловидном суставе. Такие поверхности соприкасаются друг с другом только по двум пересекающимся под прямым углом линиям; на остальном протяжении поверхности несколько отстают одна от другой. Движения, допускаемые подобным суставом, совершаются по двум направлениям, перпендикулярным друг другу, около двух осей, также пересекающихся под прямым углом. Оси эти лежат уже не в одной кости, как в артродиях и яйцевидных суставах, а распределены на обе кости: они проходят через концы костей невдалеке от суставных поверхностей. Как пример правильного седловидного сустава, можно указать сочленение между многотранной и пястной костью большого пальца руки.

Рис. 83. Поверхность, образовавшаяся от движения дуги abc вокруг оси ED, лежащей вне круга. Пунктиром обозначена часть этой поверхности, представляемая седловидными суставами

6. Гинглимо-артродии. Эти суставы сходны с артродиями в том отношении, что имеют ясно выраженную суставную головку с несколькими осями движения и впадину, причем последняя, как в артродиях, гораздо меньше головки. С блоковидными суставами эта форма имеет сходство по направлению осей движения - перпендикулярно к оси тела кости (обыкновенно длинной). Кривизну суставной поверхности головки гинглимо-артродия нужно представлять себе образовавшейся от вращения дуги вокруг нескольких осей последовательно, причем расстояние осей от дуги изменяется. Наиболее простой подобный случай будет следующий: пусть сначала дуга движется на полокружности вокруг своего диаметра - она опишет при этом половину правильной шаровой фигуры; в следующий момент движение дуги совершается на четверть окружности около оси, лежащей от нее дальше, чем диаметр, - дуга опишет при этом кривую поверхность, которую представляет наружная сторона круглого кольца. Сложная кривизна, полученная от такого двоякого движения дуги, и будет представлять то, что мы встречаем в гинглимо-артродиях (рис. 84). Но на самом деле головки гинглимо-артродий никогда не имеют только две оси, а обыкновенно больше. Суставные впадины таких суставов, как сказано, несравненно меньше головок и подобны только какой-нибудь одной части кривизны головки, поэтому при движении в некоторые моменты неплотно прилегают к головке. Движение в гинглимо-артродиях есть последовательное вращение той или другой кости вокруг целого ряда параллельных осей, которые лежат в головке поперечно к продольной оси кости. Кроме того, в тот момент, когда впадина находится на шаровидной части головки, возможны все движения, свойственные артродиям. Надо заметить, однако, что такие суставы представляют еще предмет спора. Два автора, больше других разработавшие учение о форме суставных поверхностей, Meyer и Henke, не согласны относительно их распространения. Meyer считает их очень распространенными, Henke - напротив. Как пример подобного сустава, можно указать коленное сочленение.

Рис. 84. Схема поверхности гинглимо-артродия. Часть, лежащая направо от линии асc', шаровидна; часть, лежащая налево от этой линии, образовалась от движения той же дуги около оси, лежащей далее центра (в точке с')

Группируя таким образом суставы по сходству их поверхности с геометрическими фигурами и перенося свойства последних на суставы, нужно, однако, помнить, что сходство их только приблизительное; кривизны, существующие в действительности, никогда не бывают строго правильны. Так, нет ни одной совершенно плоской суставной площадки, и нет ни одной совершенно правильной шаровидной головки. Некоторые же суставные поверхности так неправильны, что их до сих пор не удалось подвести под какую-нибудь категорию; таков, например, сустав между первым и вторым рядом костей запястья.