Осанка и заболевания опорно-двигательной системы // Синдром патологического выравнивания нижних конечностей и феморопателлярный артроз.

В.И. Угнивенко, кандидат медицинских наук, врач ортопед

Осанка это сочетание всех положений суставов тела в данный момент времени (Kendall, 1989), поэтому выравнивание тела в статике и динамике удобнее всего рассматривать в терминах для описания положений сегментов тела и суставов. Особенно это важно для понимания скелетного и мышечного баланса нижних конечностей. Силы гравитации и силы мускульной тяги, действующие на сегменты конечности и на ее суставы, детерминированы ориентацией анатомических и механических осей сегментов конечности и осей суставов. Система нижних конечностей и в статике и в динамике представляет собой сложную кинематическую цепь, изменение положения одного из звеньев которой приводит к отклонению всей системы. Механизм осанки (выравнивания) автоматически настраивает эту систему при любом изменении положения и предохраняет звенья этой системы и систему в целом от повреждения.

Выравнивание конечностей во многом определено анатомическим особенностями отдельных составляющих ее органов, таких как тазобедренный сустав, бедренная кость, коленный сустав, голень, стопа.  Но и благополучие этих структур, в свою очередь, зависит от привычного взаимного расположения осей сегментов нижней конечности и от ориентации осей суставов, то есть связано с осанкой.  В медицине описаны многочисленные последствия неправильной нагрузки или даже заболевания суставов. К таким патологическим состояниям безусловно относят так называемы синдром патологического выравнивания, феморопателлярный артроз, заболевания сводов стопы. Нарушение распределения нагрузки по меньшей мере ускоряет деформацию при артрозе таких мощных нагружаемых суставов, как коленный и тазобедренный, и т.д. В принципе, с позиции осанки можно рассматривать патологию любого нагружаемого сустава, любого сустава нижней конечности. Однако, следуя традиции изложения, рассмотрим эту проблему на примере небольшого феморопателлярного сустава. Тем более, что по моему наблюдению, обращаемость пациентов в связи с болью в области колена, которая обусловлена именно этой патологией, в разы превышает случаи обращения по поводу собственно коленного и тазобедренного суставов вместе взятых.

1. Синдром патологического выравнивания нижних конечностей.

"Miserable malalignment syndrome" - так в англоязычной медицинской литературе обозначают наиболее распространенный вариант патологического выравнивания, сутью которого является многочисленные патологические изменения, вызванные биомеханической триадой: внутренней ротацией бедра, вальгусной позицией коленных суставов и пронацией стопы. В русскоязычной литературе аналога этого понятия не существует (чаще всего эту проблему обозначают термином плоскостопие, - наиболее частой причиной таких биомеханических нарушений). "Malalignment syndrome" можно перевести как синдром патологической несоосности или патологического выравнивания (по крайней мере я так перевел).

Эта триада, этот сложный биомеханический феномен существует и в норме, являясь механизмом усиливающим подкосоустойчивость ноги при опоре на нее. На рисунке 5 (здесь и далее для увеличения рисунка - click левой кнопкой по рисунку) изображена схема нижних конечностей. При переносе веса на одну (в данном случае на левую) происходит целый каскад ротационных перемещений бедра, голени и стопы с одной единственной целью: создать положение максимальной устойчивости нижней конечности для переноса контралатеральной конечности, например, при ходьбе.

В опорной ноге происходят следующие движения :

• Внутренняя ротация бедра (1),

• Наружная ротация голени (2),

• Пронация стопы (3) или распластывание стопы, при которой закономерно происходит наружная ротация голени,

• Наружная ротация голени в сочетании с внутренней ротацией бедра приводят к усилению вальгуса в коленном суставе и к приведению бедра (4).

• Таз на стороне переносной ноги опускается (5), увеличивая приведение бедра опорной ноги.

Таким образом под действием сил гравитации перестраивается кинематическая схема нижней конечности. Устойчивость при этом существенно повышается, а способность к эффективным движениям в суставах этой ноги, напротив, снижается. Надколенник при этом имеет тенденцию к смещению кнаружи под действием неизбежно возникающей силы (F). Более детально рассмотрим эти преимущественно ротационные движения.

На рисунке 6 изображена схема нижних конечностей в горизонтальной плоскости (вид сверху). Левая половина рисунка - нейтральное положение, правая - положение нагружения. Ось тазобедренного сустава образует некий угол с осью коленного сустава, именуемый углом антеторсии. Антеторсия это  анатомическая особенность бедренной кости, это скручивание верхней трети бедренной кости со смещением головки бедра вперед. Угол антеторсии мы видим как угол между осью тазобедренного сустава (линия 1) и осью коленного сустава (линия 2). При нагрузке ноги бедренная кость поворачивается внутрь так, что головка бедренной кости полностью входит в вертлужную впадину, центр верлужной впадины и головки бедра совмещаются. Это максимально конгруэнтное положение сустава. Стопа не может изменить свое положение, она стоит на опоре, а голень в месте с голеностопным суставов вращается кнаружи относительно бедра. Ось голеностопного сустава (линия 3) смещается относительно оси коленного сустава. И, наконец, стопа относительно подтаранного сустава (ось 4) поворачивается внутрь - пронируется. Такое положение придает устойчивость ноге. Если предполагается движение вся схема "раскручивается" в обратном направлении к нейтральному положению. Восстанавливается соосность суставов ноги и возможность эффективного движения. Такой механизм существует в норме и реализуется при обычных для человека локомоциях, при ходьбе и при беге.

Синдром патологического выравнивания нижних конечностей - это патологическое стойкое нарушение осей суставов ноги, которое приводит к перегрузке суставов ноги при ходьбе и беге и к их заболеванию. Чаще всего это отражается на функции коленного сустава. При работе прямой мышцы бедра (направление действия этой мышцы обозначено красной линией на рисунке 5) возникает некая сила (F), смещающая надколенник кнаружи, прижимающая его к наружному мыщелку бедра. Если эти движения не компенсируются, возникает избыточная нагрузка надколенника, которая при многократно повторяющихся движениях приводит к микропереломам трабекулярной структуры кости - к  хондромаляции надколенника, а также к возникновению изъязвлений суставной поверхности – развитию феморопателлярного артроза.

2. Биомеханика феморопателлярного сустава.

  Как при ходьбе, так и при беге важную роль выполняет прямая мышца бедра, которая разгибает колено, сообщая телу вертикальный импульс в фазу отталкивания. Эта же мышца, работая в уступающем режиме, смягчает подгибание колена в фазу амортизации при приземлении ноги. Энергия работающей мышцы передается через мощное сухожилие – собственную связку надколенника, которое перекидывается через своеобразный блок, образованный надколенником. Задняя поверхность надколенника, также как и блок бедренной кости покрыта хрящом, образуя феморопателлярный сустав. Контактная площадка бедренной кости образована межмыщелковым углублением (блоком), вдоль которого скользит надколенник. Перемещаясь от положения полного сгибания в коленном суставе полного его разгибания на расстояние до 7 см., надколенник имеет максимальную площадь контакта с бедренной костью при сгибании колена под углом 45 градусов. Сгибание – разгибание в коленном суставе сопровождается многократным скольжением вверх-вниз суставной поверхности надколенника по блоку бедренной кости. Величина поперечной нагрузки надколенника при ходьбе и беге составляет более 3000 Н, увеличиваясь до 5000 Н у молодых тренированных людей.

Положение надколенника определяет плечо силы прямой мышцы бедра и соответственно момент этой силы. Плечо силы (d) минимально при полном разгибании колена и увеличивается при сгибании (рис 7А). Плечо силы это перпендикуляр, опущенный из центра вращения коленного сустава на направление силы тяги собственной связки надколенника. Силы, действующие на надколенник при активном движении в коленном суставе, показаны на рисунке 7б. Сила F1 – сила напряжения собственной связки надколенника, F2 – сила, создаваемая прямой мышцей бедра, F3 – сила, прижимающая надколенник к блоку бедренной кости (это результирующая сила, направленная к центру вращения коленного сустава). Сила, прижимающая надколенник существенно увеличивается с увеличение угла сгибания коленного сустава.

При движении надколенника в цикле ходьбы или бега, он испытывает значительные повторяющиеся нагрузки, превышающие 2-3-крактный вес тела, эти нагрузки увеличиваются с увеличением угла сгибания в колене и с увеличением энергичности движения.  При движении надколенника возникают силы, стремящиеся сместить его относительно блока бедренной кости.

Например, при сгибании в коленном суставе возникает движение – наружная ротация голени (или внутренняя ротация бедра при фиксированной стопе, при опоре на стопу). Это обусловлено особенностью строения коленного сустава, которое определяет винтообразным движением площадки берцовой кости относительно мыщелков бедра при сгибании. Направление тяги прямой мышцы бедра не совпадает с траекторией скольжения надколенника, ограниченной блоком бедренной кости, и надколенник при сгибании колена прижимается к наружному краю блока, что еще больше увеличивает нагружение надколенника. При этом, соскальзыванию надколенника препятствует увеличенный и выступающий вперед наружный мыщелок бедра (рис 8).

Сгибание сустава более 90 градусов происходит лишь в переносную фазу бегового шага (при спринте), поэтому смещение и перегрузка надколенника не имеют существенных биомеханических последствий. В фазу опоры конечности угол сгибания в коленном суставе не превышает 45 градусов. Именно в этой фазе выравнивание траектории скольжения надколенника имеет решающее значение для эффективности и безопасности работы коленного сустава.

Для идеального скольжения надколенника направление тяги прямой мышцы бедра и тяги собственной связки должны максимально соответствовать этой линии. Однако в реальности этого не происходит. Соотношения бедренной и берцовой костей  характеризуются варусом или вальгусом коленных суставов, которые собственно и определяют направление тяги прямой мышцы, которая имеет прикрепление в области передневерхней ости таза. Это направление всегда отклонено кнаружи от механической оси, и это отклонение увеличивается с шириной таза. В целом выравнивание скольжения надколенника характеризуется углом квадрицепса или Q-углом. Q-угол образован двумя линиями: линией, соединяющей центр надколенника и передне-верхнюю ость подвздошной кости, и линией, соединяющей середину надколенника и место прикрепления связки надколенника к большеберцовой костью. Для мужчин этот угол составляет 10-14⁰, а для женщин – 15-17⁰.

Механизм коррекции неизбежно возникающих отклонений движения надколенника заключается в синергических сокращениях мышц, составляющих  квадрицепс бедра. Как известно, квадрицепс состоит из 4 самостоятельно функционирующих мышц или головок квадрицепса: прямой мышцы бедра – основного разгибателя голени, широкой внутренней косой мышцы (внутренней головки), широкой наружной и промежуточной мышцы. Внутренняя и наружная широкие мышцы бедра выполняют важную корригирующую функцию, они выравнивают движения надколенника, смещая его при необходимости внутрь или кнаружи. Другими важными корригирующими мышцами при опоре на ногу являются средняя ягодичная мышца на стороне опорной ноги и передняя большеберцовая мышца. Средняя ягодичная мышца, аддуктор и наружный ротатор бедра,  контролирует наклон таза в сторону переносной ноги, а также уменьшает внутреннюю ротацию бедра. Передняя большеберцовая мышца (мышца, поднимающая внутренний продольный свод), контролирует пронацию опорной стопы.

Работа мышц при обеспечении движения надколенника определена их функциональными и анатомическими особенностями. Прямая мышца бедра – типичная гиперактивная мышца, т.е. это мышца способна выполнять мощную и продолжительную работу. Она легко адаптируется к возрастающей нагрузке, тренировка этой мышцы приводит к ее гипертрофии и укорочению. Наружная и внутренняя головки квадрицепса – типичные вялые мышцы, они способны к быстрому сокращению, легко «устают» и растягиваются. Направление тяги этих мышц определено расположением мышечных волокон: прямая мышца осуществляет тягу вверх, наружная косая – тягу вверх и в латерально, внутренняя косая – тяге вверх и медиально под углом примерно 55⁰.

Стабильность движения надколенника обеспечивают связки, противостоящие мышечной тяге: собственная связка надколенника, медиальная и латеральная пателлярная связка-удерживатель. Надколенник как бы подвешен на сухожильно-мышечных растяжках (Рис.10А). В норме внутренняя головка квадрицепса, сокращаясь, отклоняет надколенник медиально, компенсирует Q-угол и обеспечивает свободное скольжение надколенника в направлении тяги прямой мышцы бедра (рис.10Б). Минимизацию Q-угла обеспечивает согласованная работа средней ягодичной и передней большеберцовой мышцы.

 3. Феморопателлярный конфликт и феморопателлярный артроз.

Нарушение скольжения надколенника чаще всего ассоциируют с плоскостопием, при котором уплощение поперечного свода и пронация стопы неизбежно запускает механизм патологической несоосности. Нарушение синергии мышц бедра также является причиной целого ряда патологических состояний, включая так называемый синдром патологической несоосности нижней конечности, обычно сопровождающийся феморопателлярным конфликтом. Это распространенная  патология встречается как у людей с не очень высокой повседневной двигательной активностью, так и у спортсменов  (как результат нарушения техники безопасности при спортивных локомоциях).

Как мы уже рассмотрели существует две главные причины, которые приводят к нарушению скольжения надколенника по блоку бедренной кости: это увеличенный Q-угол и недостаточность мышц корректоров коленного сустава. На рисунке 11 схематично изображен блок бедренной кости и надколенник, образующие феморопателлярный сустав. Стрелками показаны наиболее вероятные зоны перегрузки, возникающие при нарушении скольжения надколенника: верхний полюс, нижний полюс и наружная суставная фасетка надколенника. Боль в коленном суставе при подъеме вверх по ступенькам, подсечки в колене при опоре на ногу, дискомфорт в коленном суставе после продолжительной ходьбы - наиболее частые симптомы такой перегрузки. В дальнейшем к этим симптомам присоединяются хруст и ощущение "цепляния" надколенника, которые отчетливо определяются при проведении теста на феморопателлярный конфликт. Почти всегда выявляется гипотрофия внутренней головки 4-х главой мышцы бедра и изменение Q-угла.

Лечение феморо-пателлярного артроза не представляет сложности и всегда успешно, в случае правильной диагностики причин патологического выравнивания. Назначение ортопедических стелек, устраняющих пронацию стопы, укрепление средней ягодичной, передней большеберцовой мышц и мышц корректоров движений в коленном суставе, включая ЭСМ, уменьшают болевые ощущения и являются решающими в лечении артроза этого сустава.