Коленный сустав — самый крупный, структурно и функционально сложный синовиальный сустав в организме человека, образованный костью, суставным хрящом, мягкими тканями (крестообразные связки, мениск и т.д.), синовиальной жидкостью в полости сустава, капсулой сустава и укрепленный внесуставными связками. Коленный сустав состоит из латерального тибиофеморального сустава, образованного бедренным надмыщелком и большеберцовым надмыщелком, медиального тибиофеморального сустава, образованного медиальным мыщелком бедра и медиальным мыщелком голени, и пателлофеморального сустава, образованного пателлофеморальной суставной поверхностью и таранной костью бедра.
Основной двигательной функцией коленного сустава является сгибание и разгибание. Движения сгибания и разгибания колена представляют собой комбинацию перекатывания и скольжения. В нормальных условиях движения сгибания и разгибания происходят вокруг переходного центра, вначале как движение качения, постепенно переходящее в движение скольжения. При разгибании колена на 20° до 0° бедренная кость начинает вращаться внутрь, а при полном разгибании вращение заканчивается, завершая блокировку, и в этот момент коленный сустав наиболее стабилен. При сгибании колена на 30° может наблюдаться небольшое движение внутрь и наружу. Таким образом, нормальные внутрисуставные структуры являются анатомической основой для нормальной функции колена. Травма любой из основных структур колена влияет на его двигательную функцию.
(i) Синовиальная бурса колена
Синовиальная бурса, связанная с артроскопией, — это прежде всего супрапателлярная бурса, которая является самой большой бурсой в коленном суставе. Эта бурса интенсивно сообщается с полостью сустава и может считаться частью синовиальной полости колена. Супрапателлярная бурса расположена над основанием надколенника, между сухожилием четырехглавой мышцы и бедренной костью, прилегая с обеих сторон к медиальной и латеральной мышцам бедра, с задней синовиальной мембраной над передними мыщелками бедра. Мышца колена расположена над супрапателлярной капсулой (вне капсулы сустава) и тянет супрапателлярную капсулу вверх. Синовиальное поражение колена также в основном присутствует в этой области; из-за большого зазора в этой области часто присутствуют свободные тела; в случае спаек колена в полости супрапателлярной капсулы имеются клейкие полосы, которые могут быть уменьшены в размере или даже полностью закрыты из-за спаек и других факторов, и супрапателлярная капсула должна быть полностью освобождена, когда спайки освобождаются микроскопически.
(ii) Суставной хрящ
Нормальный коленный хрящ — это гиалиновый хрящ, светло-голубого цвета, полупрозрачный, гладкий и блестящий. Сам хрящ не имеет сосудистых нервов и питается за счет капилляров внутри хрящевой мембраны и синовиальной жидкости суставной полости. Суставной хрящ состоит из хондроцитов и хрящевого матрикса (коллагеновые волокна и яичные полисахариды). Он подразделяется на: поверхностный слой, мигрирующий слой, столбчатый слой и слой кальцифицированного хряща. Кальцифицированный хрящевой слой ограничен линией прилива от столбчатого слоя, но не имеет четкой границы с субхондральной костью.
Суставной хрящ передает нагрузку во время движения и обеспечивает опорную поверхность, которая является гладкой и износостойкой. Суставной хрящ — это вязкоупругий материал с низким трением, высокой эластичностью и высокой проницаемостью, который проводит нагрузки, поглощает удар, смазывает и мало изнашивается.
Из-за низкой скорости метаболизма суставного хряща и отсутствия способности к регенерации, дефекты хряща, вызванные любой причиной, трудно восстановить самостоятельно. Это затрудняет клиническое лечение. Существует четкая взаимосвязь между изменениями в суставном хряще и движением. В нормальных суставах обмен внутрисуставной жидкости с жидкостью хрящевого матрикса при физиологической нагрузке позволяет питать хрящевые клетки и поддерживать нормальную физиологическую функцию. Однако, когда передача нагрузки в суставе нарушается и на хрящ действуют аномальные нагрузки, превышающие физиологические пределы, могут быть повреждены как хрящевые клетки, так и матрикс. Травма колена может непосредственно повредить хрящ, а разрыв связок и повреждение мениска могут вызвать повреждение хряща из-за нарушения проводимости нагрузки в коленном суставе.
(iii) Мениск
Мениск представляет собой диск из фиброхряща, один изнутри, другой снаружи, расположенный между бедренной костью и медиальным и латеральным мыщелками большеберцовой кости соответственно. Мениск имеет клиновидную форму. Медиальный мениск обычно имеет «С»-образную форму, в некоторых случаях «G»-образную форму, он больше и тоньше латерального мениска, с большим отверстием, более узким спереди и более широким сзади, и часто показывает угол примерно 90° между ними со стороны свободного края. Передний угол прикрепляется к переднему аспекту передней межкондилярной ямки, а задний угол — к переднему аспекту задней межкондилярной ямки. Край медиального мениска прикреплен к медиальной капсуле сустава и менее подвижен, что делает его более восприимчивым к повреждениям при травмах. Латеральный мениск похож на букву «О», с небольшим отверстием между передним и задним рогом, более широким в середине и более узким спереди и сзади, с передним рогом, прикрепленным к переднему аспекту латерального межкондилярного отростка и заднему аспекту крепления передней крестообразной связки; задний рог прикреплен к заднему аспекту латерального межкондилярного отростка. Латеральный мениск отделен от капсулы сустава сухожилием N и относительно более подвижен, чем медиальный мениск. Фиброзный пучок, исходящий из заднего конца латерального мениска, прикрепляется косо вверх к задней крестообразной связке на латеральном аспекте медиального межмыщелкового мыщелка и называется связкой menisco-femorale. Если эта связка лежит кзади от задней крестообразной связки, она называется связкой menisco-femorale posterius, также известной как связка Врисберга, а если она лежит кпереди от задней крестообразной связки, она называется связкой menisco-femorale anterius, или связкой Хамфери. Оба могут присутствовать одновременно.
1. Движение мениска
Во время движения колена мениск между тибиофеморальным суставом находится в парадоксальном движении. Во время сгибания и разгибания мениск фиксируется на большеберцовой кости и, соответственно, перемещается относительно бедренной кости, при этом мыщелок бедренной кости катится по вершине мениска. При сгибании-разгибании точка контакта между тибиофеморальным суставом смещается назад и мениск смещается назад, а задняя половина сдавливается между мыщелками бедренной кости и задней частью большеберцового плато; при сгибании-разгибании происходит обратное, точка контакта между тибиофеморальным суставом смещается вперед и мениск сдвигается вперед, а передняя половина сдавливается между мыщелками бедренной кости и передней частью большеберцового плато. При сгибании и разгибании мениск движется против большеберцовой кости вместе с бедренной костью, при вращении мениск скользит по большеберцовой кости. Из нейтрального положения два мениска движутся в противоположных направлениях на большеберцовом плато. При наружной ротации голени латеральный мениск перемещается к передней части плато, а медиальный мениск — к задней части большеберцового плато, при внутренней ротации все наоборот. Во время всего движения диапазон движения смещения латерального мениска примерно в два раза превышает диапазон движения медиального мениска.
2. Кровоснабжение мениска
Кровоснабжение происходит в основном из кровеносных сосудов на стыке края и синовиальной капсулы и из кровеносных сосудов, входящих в прикрепления переднего и заднего рогов. Наружная 1/3 мениска снабжается кровью от края до свободного края, а внутренняя 1/3 не снабжается кровью и питается суставной жидкостью. Таким образом, наружная 1/3 мениска легко заживает после наложения швов, в то время как средняя 1/3 плохо восстанавливается после наложения швов, а внутренняя 1/3 заживает нелегко.
3.Функция мениска
①Усиливают проскальзывание, уменьшают трение, аналогично роли шарика для проскальзывания при движении сустава. ② Сделать суставную поверхность большеберцовой кости более подходящей и стабилизировать коленный сустав. ③ Амортизация и поглощение ударов для защиты суставного хряща. ④Регулирует внутрисуставное давление. ⑤ Действует синергично со связками колена, направляя вращательное движение коленного сустава. ⑥Передача нагрузки.
4. деформация мениска — хряща диска
Дисковидный хрящ — это деформация мениска коленного сустава, причина которой до конца не изучена. Большинство людей считают, что он формируется во время врожденного роста и развития. На ранних эмбриональных стадиях мениск имеет форму диска и постепенно рассасывается по мере роста, при этом центральная часть сдавливается мыщелками бедренной кости, образуя то, что мы видим как нормальный мениск, либо по каким-то причинам физиологическая резорбция прекращается и появляется диск разной степени выраженности. Дисковидный хрящ чаще встречается латерально и, реже, медиально. Дисковидный хрящ может быть круглой, овальной, квадратной или запятой формы и может покрывать всю поверхность большеберцового плато. (ii) Маленький ребенок: похож на мениск плода, находящегося на полном сроке беременности, с особенно широкой центральной частью латерального мениска. (iii) Промежуточный тип: меньше, чем примитивный тип, почти дисковидный, с тонкой центральной частью.
Дисковидный хрящ не имеет тканевой структуры и физиологических свойств нормального мениска и обладает меньшей прочностью, поэтому он более подвержен травмам при физических нагрузках, чем нормальный мениск.
(iv) Передняя крестообразная связка
Передняя крестообразная связка окружена синовиальной мембраной, которая углублена с задней стороны, причем синовиальная мембрана покрывает переднюю и обе стороны, а синовиальная мембрана не покрывает заднюю центральную часть вне фиброзной капсулы, поэтому передняя крестообразная связка является экстрасиновиальной фиброзной интрамембранозной структурой, расположенной внутри двойной синовиальной складки.
1. анатомические особенности
Передняя крестообразная связка начинается от переднемедиальной части мыщелков большеберцовой кости и заканчивается в верхней задней части латерального межкондилярного края мыщелков бедренной кости от передней слегка медиальной части межкондилярного отростка, при этом большеберцовый конец имеет длинную передне-заднюю овальную форму, относительно толстый, с площадью прикрепления около 3,0 см2, а бедренный конец — веерообразную форму, относительно небольшой, с площадью прикрепления около 2,0 см2, длиной 37-41 (в среднем 39) мм, шириной 10-12 (в среднем 11) мм. Переднюю крестообразную связку можно разделить на три пучка: (1) передний внутренний пучок, который напряжен при сгибании колена и относительно свободен при разгибании колена. Задний наружный пучок напряжен при разгибании колена и относительно расслаблен при сгибании колена. (iii) Средний пучок: напряжение сохраняется на протяжении всего сгибания и разгибания. Передняя крестообразная связка поддерживает определенный угол с большеберцовым плато, который составляет 30° при сгибании на 90° и 40-45° при разгибании.
Врожденный дефицит передней крестообразной связки:Врожденный дефицит передней крестообразной связки встречается очень редко, но может иметь место и должен быть отмечен. Часто это сопровождается деформацией нижней конечности или коленного сустава.
2. Функциональная анатомия
Передняя крестообразная связка является основной статической стабилизирующей структурой коленного сустава, и ее основная функция заключается в предотвращении смещения большеберцовой кости вперед. Однако он выполняет не только функцию фиксатора, но и особую роль в предотвращении внутренней ротации голени. Вместе с задней крестообразной связкой передняя крестообразная связка обеспечивает нормальное движение тибиофеморального сустава. Как таковая, она также является динамической стабилизирующей структурой со специфической функциональной анатомией.
Связки оказывают ограничивающее и направляющее воздействие на движение колена: сеть связок капсулы сустава, образованная крестообразной связкой и капсулой сустава, является основополагающим фактором в поддержании стабильности коленного сустава, ограничении движения колена определенным диапазоном и направлении движения колена в соответствии с определенной схемой. Действие связок и капсулы сустава осуществляется, прежде всего, через связочно-мышечный рефлекторный механизм. В связках имеются рецепторы напряжения, и когда напряжение в связках увеличивается, немиелинизированные сенсорные нервные волокна в связках проводят импульс, и центральный рефлекс заставляет мышцы вокруг колена сокращаться, мышцы и связки работают вместе, чтобы контролировать движение в физиологических пределах и поддерживать стабильность коленного сустава. Если мышцы теряют контроль, связка продолжает поддерживать механическое ограничение. Связки анатомически связаны с мениском и обладают определенной степенью непрерывности. Волокна передней крестообразной связки соединяются с медиальным мениском, передний рог медиального и латерального менисков соединяются с поперечной связкой колена, а задний рог латерального мениска выделяет бедренную связку мениска, которая встречается с задней крестообразной связкой и заканчивается у медиального мыщелка бедра, образуя «шнур» в форме буквы «8». Это формирует «8» образную «веревочную» структуру, направляющую вращательное движение колена. Если ограничивающая и направляющая роль связок колена повреждена каким-либо фактором и не восстановлена вовремя или восстановлена неправильно, длительное хроническое напряжение приведет к дряблости связок опорно-двигательного аппарата колена и нестабильности колена при определенных спортивных условиях.
7. биомеханические характеристики
ACL состоит из коллагеновых волокон и эластичных волокон, причем коллагеновые волокна на 90% являются растяжимыми, а эластичные волокна — хрупким тканевым материалом. Передняя крестообразная связка обладает эластичными свойствами. ACL подвержена изменениям при стрессовой нагрузке. При небольших нагрузках и обычных ежедневных упражнениях волокна связки подвергаются воздействию сил, растяжению и распрямлению, эластичной деформации и определенному напряжению; когда напряжение достигает предела текучести связки (точка текучести), коллагеновые волокна связки могут получить небольшое повреждение; если напряжение увеличивается дальше и достигает или превышает максимальное напряжение, которое связка может выдержать, коллагеновые волокна связки начинают разрушаться, когда эластичный Когда деформация превышает 6%-8%, коллагеновые волокна связки полностью разрушаются, теряют свою первоначальную эластическую роль, теряют натяжение и не способны нести какую-либо нагрузку.
4. Основные функции ACL
① Предотвращайте движение голени вперед при сгибании колена. ② Для предотвращения гиперэкстензии коленного сустава. (3) В определенной степени контролировать вращение колена. ④Контроль инверсии колена при различных углах сгибания колена. ⑤ Участвует в блокировке во время окончательного разгибания колена и оказывает стабилизирующее действие (во время окончательного разгибания колена на 20° голень вращается кнаружи, а ACL расслабляется при разгибании, что приводит к «феномену чрезмерного укорочения»).
(v) Задняя крестообразная связка
1. анатомические особенности
Задняя крестообразная связка расположена в заднем отделе полости коленного сустава, начинается примерно на 10 мм ниже задней суставной поверхности задней межкондилярной ямки большеберцовой кости, охватывая задний край большеберцового плато косо вверх к передней верхней части межкондилярного края медиального мыщелка бедренной кости, с округлым прикреплением. Задняя крестообразная связка в среднем имеет длину 38 мм и ширину 13 мм, она в два раза прочнее передней крестообразной связки и является основным стабилизатором коленного сустава при сгибании и вращении, а также выполняет функцию оси вращения.
Задняя крестообразная связка делится на два пучка: передний наружный и задний внутренний. Переднелатеральный пучок расположен латеральнее большеберцового прикрепления и перед бедренным прикреплением и толще; заднемедиальный пучок расположен медиальнее большеберцового прикрепления и зад бедренного прикрепления и меньше переднелатерального пучка. Задняя крестообразная связка не связана с медиальным мениском и соединена с задним рогом латерального мениска связкой (Ligament menisco-femorale). Во время перехода от разгибания к сгибанию колена задняя крестообразная связка подвергается вращению по часовой стрелке вдоль продольной оси, при этом передняя наружная связка перемещается от передней к верхней задней и связка стремится к вертикальному положению.
2. Роль задней крестообразной связки
1) Ограничить заднее смещение большеберцовой кости. Эта роль особенно важна в положении согнутого колена. Разрыв задней крестообразной связки вызывает не только заднюю нестабильность большеберцовой кости, но и заднюю латеральную ротационную нестабильность. (ii) Ограничивает гиперэкстензию колена и помогает передней крестообразной связке выполнять свою роль. (iii) Ограничивает внутреннее вращение голени. Задняя крестообразная связка напрягается при внутренней ротации голени, приводя тибиофеморальные суставные поверхности в тесный контакт, а также является важной структурой для стабилизации коленного сустава, действуя как эквивалент оси вращательного движения колена. Она ограничивает аддукцию и абдукцию колена и работает совместно с передней крестообразной связкой и медиальной и латеральной боковыми связками.
При сгибании колена передне-заднее насилие над верхней частью большеберцовой кости приводит к повреждению задней крестообразной связки; при гиперэкстензии колена под действием внешних сил также может произойти повреждение задней крестообразной связки. Если одновременно повреждена задняя капсула сустава, кровотечение может проникнуть в задний отдел голени через перелом капсулы сустава, вызывая отек. Если в это время проводится артроскопия или операция, жидкость для орошения сустава может попасть в заднюю икроножную перегородку через разрыв капсулы сустава, вызывая или усиливая отек икры, и на это следует обратить внимание, чтобы предотвратить возможность развития септального синдрома.
(vi) Медиальная коллатеральная связка (MCL)
1. анатомические особенности
MCL начинается от медиального надмыщелка бедренной кости и заканчивается у переднего края заднего медиального гребня большеберцовой кости и задней половины проксимальной медиальной стороны большеберцовой кости, на 4-6 см дальше от линии сустава глубокой стороны сухожилия гусиной лапки. и глубокие пучки. Поверхностный пучок расположен во втором слое медиальной волокнистой структуры колена (первый слой — поверхностный фасциальный слой), а глубокий пучок, который можно описать как утолщенную часть капсулы сустава, расположен в третьем слое. При разгибании и сгибании наблюдается передне-заднее колебание поверхностного слоя MCL на 1-2 см относительно третьего слоя структуры и края тибиального плато.
2. Роль медиальной коллатеральной связки
Основная функция MCL заключается в предотвращении вальгуса колена. Было показано, что при 25o сгибания колена, MCL обеспечивает 78% блокаду вальгуса колена, а при 5o сгибания колена, MCL обеспечивает 57% блокаду вальгуса колена. Количественная величина влияния МКЛ на блокирование вальгуса колена в полностью разогнутом положении колена еще предстоит изучить. передняя часть волокон МКЛ напряжена в согнутом положении колена, а задняя часть волокон напряжена в разогнутом положении колена.
(vii) Латеральная коллатеральная связка (ЛКС)
1. анатомические особенности
Латеральная коллатеральная связка расположена в задней 1/3 латеральной части колена и может быть разделена на две головки: длинная головка начинается от латерального надмыщелка бедренной кости, а короткая головка начинается от гороховидной кости (fabella) и заканчивается у ножки малоберцовой кости. Латеральная коллатеральная связка натянута при полном разгибании колена и имеет тенденцию к ослаблению при сгибании. Во время разгибания и сгибания колена расслабление латеральной коллатеральной связки, сопровождающее ротацию большеберцовой кости, поддерживается в постоянном напряжении сухожильными волокнами, окружающими двуглавую мышцу бедра, что обеспечивает стабильность сустава. Стабильность латеральных структур поддерживается латеральной коллатеральной связкой, бицепсом бедра и подвздошно-большеберцовой связкой.
2. Роль латеральной коллатеральной связки
Латеральная коллатеральная связка предотвращает внутреннюю ротацию коленного сустава, а также помогает предотвратить внешнюю ротацию и заднее падение большеберцовой кости.