Тема: Морфофункциональные характеристики подвижных соединений (суставов).

План:

1. Геометрия движений в суставах:

а) виды суставных поверхностей;

б) классификация суставов по форме;

в) классификация суставов по количеству осей вращения.

2. Объем движений в суставах:

а) степень свободы движения;

б) факторы, обуславливающие величину, размах в движениях сустава;

в) влияние физических упражнений на подвижность суставов.

Ранее уже было сказано, что суставы, в отличии от непрерывных соединений, отличаются организованностью, т.е. строгой направленностью движений, большим размахом (объемом) движений. Отсюда возникает вопрос: что обуславливает вид и количество движений в суставе? Отвечая на этот вопрос, можно коротко сказать, что характер и размах движений в суставе зависят в основном от формы суставных поверхностей с отрезками различных геометрических фигур вращения. Например, прямая образующая, вращаясь параллельно оси, опишет цилиндрическую фигуру, а образующая в виде полуокружности даст шар. Суставная поверхность определенной геометрической формы позволяет совершать движения только по соответственным ей осям. Вследствие чего суставы классифицируются на: одноосные, двухосные и трёхосные, или, практически, многоосные.

Одноосные суставы имеют цилиндрическую или блоковидную форму суставных поверхностей, и поэтому такие суставы называют цилиндрическими или блоковидными. В них возможен только один вид движений. Примером первого вида сустава является лучелоктевой сустав, а второго - межфаланговые суставы.

К двухосным суставам относятся седловидные, у которых в одном направлении суставная поверхность вогнута, а в другом, перпендикулярном ему – выпукла, и эллипсовидный или яйцевидный. Двухосные суставы допускают движения вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Примером седловидного сустава может служить первый запястно-пястный сустав, а эллипсовидного – лучезапястный.

Трехосные суставы – шаровидные. Это самые подвижные соединения, движения в которых происходят в трех главных взаимно перпендикулярных и пересекающихся в центре головки осей. Но через центр суставной головки можно провести бесконечное количество осей, почему шаровидные суставы и оказываются практически многоосными. Таковы, например, плечевой и тазобедренные суставы. К трехосным суставам можно отнести плоский сустав, в котором суставная поверхность представляет собой отрезок шара с большим радиусом, благодаря чему кривизна суставных поверхностей очень незначительна, выделить головку и ямку нельзя. Плоский сустав обычно малоподвижен и допускает лишь незначительные скольжения сочленяющих поверхностей в различных направлениях. Пример: крестцово-подвздошный сустав.

Классификация движений в суставах.Все движения в суставах происходят вокруг определенной оси в соответствующей плоскости. В анатомии принято выделять три основные взаимно перпендикулярные оси: сагиттальную, фронтальную, вертикальную. Сагиттальная ось идет горизонтально спереди назад, фронтальная – горизонтально слева направо и, наконец, вертикальная – соответственно ее названию, вертикально, перпендикулярно первым двум. Точно также выделяют три плоскости: сагиттальную, идущую вертикально спереди назад; фронтальную – вертикально слева направо и горизонтальную плоскость – параллельно горизонту и перпендикулярно первым двум. Необходимо отметить, что движения происходят в плоскости, которая стоит перпендикулярно оси вращения. Отсюда движения вокруг сагиттальной оси происходят во фронтальной плоскости и называются отведением или приведением (на примере движений конечностей). Вокруг фронтальной оси движения происходят в сагиттальной плоскости и называются сгибанием или разгибанием. Движение вокруг вертикальной оси называют ”вращением” – пронация и супинация – они происходят в горизонтальной плоскости.

Таким образом, вид, характер и количество видов движений в суставе целиком и полностью зависит от формы суставных поверхностей, т.е. от количества осей. Например, межфаланговые суставы пальцев кисти – блоковидные, одноосные с фронтальной осью; стало быть, движение в них может быть только одно, а именно, сгибание и разгибание. В лучелоктевом суставе, который также одноосный цилиндрический, с вертикальной осью, движение может быть только вращательное - пронация и супинация.

В двухосном суставе, примером которого может быть лучезапястный эллипсовидный сустав, возможно два вида движений: вокруг фронтальной оси – сгибание, разгибание и вокруг сагиттальной оси – отведение и приведение.

В шаровидных многоосных суставах (плечевой, тазобедренный) возможны три вида движений: сгибание и разгибание вокруг фронтальной оси; отведение и приведение – вокруг сагиттальной оси и, наконец, вращение - пронация и супинация – вокруг вертикальной оси. Кроме описанных движений, в двухосных и трехосных суставах возможно еще так называемое круговое движение. При этом конец кости, противоположный закрепленному в суставе, описывает круг, а кость в целом – поверхность конуса.

Все сказанное выше о названиях движений относится к суставам конечностей. Что касается движений туловища и головы, то здесь применяются несколько иные термины. Так, движения туловища или головы вокруг фронтальной оси, происходящие в сагиттальной плоскости, называются наклонами вперед и назад. А движение вокруг сагиттальной оси называются наклонами вправо и влево, и происходят они во фронтальной плоскости. Поворотом вправо и влево называют движения тела или головы, происходящие вокруг вертикальной оси в горизонтальной плоскости. Можно встретить еще одно название движений, происходящих вокруг вертикальной оси, а именно, скручивание (торзия), в ту или иную сторону.

Прежде, чем перейти к анализу движений сустава, следует подчеркнуть, что величина движения в суставах вращения зависит не столько от абсолютной величины поверхности тела вращения (головки), сколько от разности между соприкасающимися поверхностями головки и впадины сустава. В суставах вращения движения лучше всего выражать в градусах. Если в одном суставе головка имеет, например, цилиндрическую форму и суставная поверхность достигает 300° по окружности, тогда как в другом суставе такой же формы головка будет иметь 150°, то, казалось бы, что в первом движения будут совершаться по большой дуге. На самом же деле это не решает вопроса. Это легко понять, если представить себе, что первая головка находится во впадине, имеющей 200˚. При этих условиях возможный размах движений будет всего 100° (300° - 200 °). Если же во втором суставе впадина будет в 50°, то и в нём будет 100-градусный размах движения. Это зависит от того, что движение головки будет продолжаться до тех пор, пока её край не упрётся в край суставной впадины. При этом дуга движения кости будет равна разнице поверхностей головки и впадины, выраженной в градусах.

Переходим к рассмотрению вопроса о “степенях свободы” движений. Как известно, тело, ничем не ограниченное в движениях, называется свободным, так как может двигаться в любом направлении. Отсюда, каждое свободное твердое тело имеет шесть степеней свободы движения. Оно обладает возможностью производить следующие перемещения: три перемещения поступательного характера, соответственно трем основным системам координат и три вращательных движения вокруг этих трех координатных осей. Наложение связей (закрепление) уменьшает количество степеней свободы. Так, если тело в одной своей точке закреплено, оно не может производить перемещение вдоль координатных осей, его движения ограничиваются лишь вращением вокруг этих осей, т.е. тело имеет три степени свободы. В том случае, когда закрепленными являются две точки, тело обладает только одной степенью свободы, оно может лишь вращаться вокруг линии (оси), проходящей через обе эти точки. И, наконец, при трех закрепленных точках, не лежащих на одной линии, количество степеней свободы равно нулю, и никаких движений тела быть не может. Все звенья человеческого тела связаны между собой, т.е. соединены каким-либо соединением, и поэтому они теряют возможность к трем видам движений вдоль координатных осей. У них остаются только возможности вращения вокруг этих осей. Таким образом, максимальное количество степеней свободы, которым может обладать одно звено тела по отношению к другому звену, с ним смежному, равняется трем. Это относится к наиболее подвижным суставам человеческого тела, имеющим шаровидную форму. В открытых кинематических цепях человеческого тела подвижность исчисляется десятками степеней свободы. Например, подвижность запястья относительно лопатки и подвижность предплюсны относительно таза насчитывает по семь степеней свободы, а кончики пальцев кисти относительно грудной клетки – 16 степеней свободы.

Если суммировать все степени свободы конечностей и головы относительно туловища, то это выразится числом 105, слагающимся из:

Голова – 3 степени свободы,

Руки – 14 степеней свободы,

Ноги – 12 степеней свободы,

Кисти и стопы – 76 степеней свободы.

Для сравнения укажем, что преобладающее большинство машин обладает всего одной степенью свободы движений. В шаровидных суставах возможны вращения около трех взаимно перпендикулярных осей. Общее же количество осей, около которых возможны в этих суставах вращения, до бесконечности велико. Следовательно, относительно шаровидных суставов можно сказать, что сочленяющиеся в них звенья из возможных шести степеней свободы движений имеют три степени свободы и три степени связанности. Меньшей подвижностью обладают суставы с двумя степенями свободы движений и четырьмя степенями связанности. К ним относятся суставы яйцевидной или эллипсовидной и седловиной формы, т.е. двухосные суставы. В них возможны движения вокруг этих двух осей. Одну степень свободы подвижности и вместе с этим пять степеней связанности имеют звенья тела в тех суставах, которые обладают одной осью вращения, т.е. имеют две закрепленные точки.

В преобладающей части суставов тела человека две или три степени свободы. При нескольких степенях свободы движений (двух или более) возможно бесчисленное множество траекторий, значит, в движениях в неодноосных суставах отсутствует определенность, задаваемая способом соединения. Соединения костей черепа имеют шесть степеней связанности и являются неподвижными. Соединение костей при помощи хрящей и связок (синхондрозы и синдесмозы) могут иметь в некоторых случаях значительную подвижность, которая зависит от эластичности и от размеров хрящевых или соединительнотканных образований, находящихся между данными костями.

Как известно, пассивный аппарат движения составляет последовательно или разветвленные соединения между собой части тела – звенья. Они образуют кинематическую цепь. Различают открытые кинематические цепи, имеющие свободный подвижный конец, закрепленный лишь на одном своем конце (например, рука по отношению к туловищу). Другой вид – замкнутые кинематические цепи, закрепленные на обоих концах (например, позвонок – ребро – грудина – ребро – позвонок). Здесь необходимо отметить, что все это касается потенциально возможных размахов движений в суставах. В действительности же у живого человека эти показатели всегда меньше. Это доказано многочисленными работами наших отечественных исследователей – П.Ф. Лесгафтом, М.Ф. Иваницким, М.Г. Привесом, Н.Г. Озолиным, и другими. На величину подвижности в соединениях костей у живого человека влияет ряд факторов, связанных с возрастом, полом, индивидуальными особенностями, функциональным состоянием нервной системы, степенью растяжения мышц, температурой окружающей среды, времени дня и, наконец, что важно для спортсменов, степенью тренированности. Так, во всех соединениях костей (прерывных и непрерывных) степень подвижности у лиц молодого возраста больше, чем у старшего возраста; у женщин в среднем больше, чем у мужчин. На величину подвижности оказывает влияние степень растяжения тех мышц, которые находятся на стороне, противоположной движению, а также сила мышц, производящих данное движение. Чем эластичней первые из названных мышц и сильнее вторые, тем размах движений в данном соединении костей больше, и наоборот. Известно, что в холодном помещении движения имеют меньший размах, чем в теплом, утром они меньше, чем вечером. Применение различных упражнений по-разному влияют на подвижность соединений. Так, систематические тренировки упражнениями «на гибкость» увеличивают амплитуду движений в соединениях, тогда как «силовые» упражнения, наоборот, уменьшают ее, приводя как бы к «закрепощению» суставов. Однако уменьшение амплитуды движений в суставах при применении силовых упражнений не является абсолютно неизбежным. Его можно предотвратить правильным сочетанием силовых упражнений с упражнениями на растяжение тех же самых мышечных групп.

Таким образом, при прочих равных условиях, степень подвижности или размах движений в суставах зависит от соответствия по величине площади суставных поверхностей. Причем, чем это соответствие больше, тем подвижность в суставе меньше, и наоборот. Наиболее демонстративным примером этого являются практически однотипные плечевой и тазобедренный суставы. Так, в плечевом суставе площадь суставной поверхности головки плечевой кости значительно больше, чем поверхность суставной впадины лопатки, вследствие чего плечевой сустав является одним из наиболее подвижных. В тазобедренном же суставе, хотя площадь суставной поверхности головки бедренной кости больше, чем вертлужной впадины, но (последняя охватывает головку на 2/3) раз-ница между ними невелика. Поэтому степень подвижности тазобедренного сустава меньше чем в плечевом суставе. В этом смысле все плоские суставы, имея почти полное соответствие площадей суставных поверхностей, обладают ничтожной степенью подвижности (крестово-подвздошный, межпозвоночный и другие суставы). Величину угла, на которую в данном суставе возможно движение, можно ориентировочно определить, рассматривая форму суставных поверхностей костей, а еще лучше по рентгенограмме данного сустава. Как в том, так и в другом случае необходимо определить углы кривизны головки и впадины; из угла большей кривизны вычесть угол меньшей. Полученная величина и будет характеризовать степень подвижности в суставе. Так, например, для определения возможности сгибания в плечелоктевом суставе следует вычесть из величины угла блока плечевой кости: 320⁰, величину полулунной вырезки локтевой кости: 180⁰. В данном случае в числах это составило 320⁰-180⁰=140⁰, т.е. как раз тот угол подвижности 140⁰, которым располагает локтевая кость по отношению к плечевой кости.

Вопросы для самоконтроля и коррекции знаний:

1).Что входит в понятие геометрии движений в суставах.

2).Объем движений в суставах, его характеристика.

Лекция № 5