Функциональная морфология коленного сустава

УДК 611.728.3:616.728.3-018 © В.Ш. Вагапова, 2007

В.Ш. Вагапова

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОРФОЛОГИЯ КОЛЕННОГО СУСТАВА

ГОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет Росздрава», г. Уфа

В статье освещаются новые данные о строении коленного сустава, полученные на кафедре анатомии человека за последние 20 лет.

Коленный сустав изучался комплексом морфологических методов в пре - и постнатальном онтогенезе, в эксперименте и патологии.

Обсуждаются концепция о внутренней оболочке суставов, новые сведения о морфологических основах транссиновиального обмена, о связях вне - и внутрисуставных элементов, а также активных и пассивных укрепляющих структур между собой. Приводятся данные о новом способе пластики суставной капсулы и методе определения границ между частями менисков.

Ключевые слова: коленный сустав, внутренняя оболочка суставов, кровеносные и лимфатические микрососуды, мениски и связки, функциональная морфология.

V.Sh. Vagapova FUNCTIONAL MORPHOLOGY OF THE KNEE JOINT

The paper highlights new data on the knee joint structure obtained at the chair of human anatomy over the last 20 years.

The knee joint has been studied using a complex of morphologic methods in the pre- and postnatal ontogenesis, experiment and pathology.

The concept of the knee internal membrane, new findings on morphologic grounds of transsynovial exchange, relationship between extra- and intra-articular elements as well as active and passive fixing structures are discussed. The findings on a new plastic technique of the joint capsule and the method determining boundaries between meniscus parts are presented.

Key words: knee joint, joint internal membrane, blood and lymphatic microvessels, menisci and ligaments, functional morphology.

На кафедре анатомии человека БГМУ более 20 лет назад под руководством нашего Учителя профессора Габбасова Ахнафа Габ-басовича начаты исследования морфологии подвижных сочленений человеческого тела -суставов. Учитывая сложность строения и функциональное значение в организме, особое внимание уделяется изучению коленного сустава на этапах онтогенеза, в эксперименте и при патологии. Материалом исследования являются коленные суставы эмбрионов и плодов, детей, людей зрелого, пожилого и старческого возрастов, а также экспериментальных животных. В работе применяются морфологические (анатомические и гистологические), функциональные, гистохимические и биомеханические методы, а также морфомет-рия и методы математической статистики.

Анализ полученных данных позволяет нам переоценивать ставшие хрестоматийными анатомические знания, формулировать новые положения о функции и обосновывать новые подходы диагностики и лечения заболеваний суставов. Так, нами получены новые сведения, касающиеся морфологических основ транссиновиального обмена; доказано наличие в суставах единой внутренней оболочки; выявлены морфологические и функциональные связи вне - и внутрисуставных элементов между собой и активных и пассивных укрепляющих структур; установлены оптимальные сроки оперативного вмешательства при разрывах менисков коленного сустава;

предложена методика определения частей менисков; разработана в эксперименте методика восстановления целостности капсулы и связок.

Впервые нами в синовиальной мембране коленного сустава открыты локальные истончения, напоминающие «насасывающие люки» диафрагмальной брюшины [5, 11]. Они образуются путем расхождения коллагеновых и эластических волокон глубокого коллагено-во - эластического разрежения волокон поверхностного коллагеново - эластического слоя и истончения клеточного слоя. Последний здесь состоит лишь из одного слоя клеток. Участки истончения синовиальной мембраны имеют овальную или округлую формы. Коллагеновые и эластические волокна глубокого волокнистого слоя ограничивают ровные их края. Такие локальные истончения - «люки» - характерны для тех участков синовиальной мембраны, которые ограничивают места скопления в полости сустава синовиальной жидкости и обеспечивают процессы транссиновиального обмена. Такие же локальные истончения - «люки» - в последующем были открыты Минигазимовым Р.С. в синовиальной мембране тазобедренного сустава и Валиуллиным Д.Р. - в синовиальной мембране жирового тела коленного сустава [12, 18]. В области «люков» располагаются кровеносные и лимфатические капилляры, посткапиллярные венулы.

Анализ результатов наших работ (Вагапова В.Ш., Минигазимов Р.С., Дильмухаме-това Л.М., Борзилова О.Х.) позволил установить в синовиальной мембране коленного сустава особую структуру кровеносных и лимфатических микрососудов, приспособленных для транссудации и резорбции синовиальной жидкости [3, 4, 5, 11, 16, 18]. Особого внимания с позиций транссиновиального обмена заслуживают широкие, диаметром до 20 мкм и больше, кровеносные капилляры поверхностной сети синовиальной мембраны. Они залегают непосредственно под синовио-цитами и нередко в области локальных истончений - «люков».

Глубина их расположения здесь небольшая - 3-4 мкм от свободной поверхности мембраны.

Стенки поверхностных капилляров поляризованы: ядросодержащая часть их эндо-телиоцитов обращена в глубину синовиальной мембраны, а истонченная периферическая зона ориентирована к синовиоцитам. Часто непосредственно над такими кровеносными капиллярами обнаруживаются расширения межклеточных промежутков синовиальных клеток. Межэндотелиальные контакты локализуются на стороне стенки, обращенной к свободной поверхности синовиальной мембраны, и нередко - под расширенными межклеточными промежутками синовиоцитов. Стыки между эндотелиоцитами представлены, как правило, короткими простыми или полусложными «открытыми щелями». В око-локонтактной зоне цитоплазмы эндотелиальных клеток поверхностных кровеносных капилляров определяются микропиноцитозные везикулы, многие из которых связаны с цитолеммой их латеральной поверхности. Слияние нескольких микровезикул выявляет о тенденции к образованию трансцеллюлярных каналов. Поверхностные кровеносные капилляры, судя по вышеизложенным морфологическим признакам и локализации, приспособлены для транссудации и резорбции синовиальной жидкости.

Другим приспособлением поверхностных кровеносных сосудов для обеспечения транссиновиального обмена является капиллярная сеть синовиальных ворсинок. Архитектоника капилляров ворсинок представлена разнообразными капиллярными петлями и клубочками или мелкопетлистой сетью. Калибр кровеносных капилляров ворсинок непостоянный и варьирует от 5 до 20 мкм. Некоторые капилляры находятся непосредственно под синовиоцитами, расположенными

здесь в один - два слоя. Сходная с капиллярами конструкция стенок и локализация поверхностных посткапиллярных венул позволяют считать, что и эти сосуды кровеносного микроциркуляторного русла принимают непосредственное участие в процессах транссиновиального обмена.

Нами также впервые описаны лимфатические капилляры поверхностных слоев синовиальной мембраны (Вагапова В.Ш.), имеющие особую конструкцию [5, 9, 10, 15, 20]. Поверхностная сеть слагается из ячеек и петель лимфатических капилляров и посткапилляров и слепо начинающихся их отростков, которые локализуются на глубине 30-60 мкм от свободной поверхности синовиальной мембраны и нередко в области «люков», она обеспечивает резорбцию синовиальной жидкости. Ячейки лимфатической сети формируются из капилляров различной длины и диаметра, согласно чему формы ячеек бывают разными. Направление длинного их размера определяется ходом пучков коллагеновых волокон и совпадает с продольной осью конечности. Слепо начинающиеся лимфатические капилляры впадают в ячеистые сети, а своим расширенным концом направляются к сино-виоцитам; некоторые из них располагаются в области «люков» и являются специализированными структурами для резорбции синовиальной жидкости из полости сустава. Довольно частое обнаружение у верхушки слепо начинающихся лимфатических капилляров цитоплазматического выроста эндотеолиоцита у плодов, детей и подростков, а также в условиях экспериментальной и клинической патологии суставов свидетельствует о способности лимфатического русла синовиальной мембраны к новообразованию.

Предметом нашего исследования являются также так называемые «слабые места» суставов, к которым относятся переходные зоны различных их элементов друг в друга, такие как: места перехода синовиальной мембраны с капсулы на суставные концы костей, места прикрепления связок к хрящам и костям и внутрисуставных хрящей к суставной сумке, а также граница между суставным хрящом и субхондральной костью. Названные участки суставов чаще других страдают при травмах; патоморфологические изменения суставов при заболеваниях раньше всего выявляются именно здесь.

Известно, что синовиальная мембрана выстилает изнутри суставную капсулу и внутрисуставные связки и образует различные производные типа складок, ворсинок и аркад.

С суставной капсулы она переходит на суставные концы костей, образуя переходную зону, но по общепринятому мнению не распространяется на суставные и внутрисуставные хрящи. Однако, как свидетельствуют результаты наших исследований, синовиальная мембрана, постепенно изменяясь, продолжается через переходную зону на суставные хрящи в виде хондральной мембраны. Таким образом, полость суставов, как и все замкнутые полости (брюшины, плевральная, перикардиальная), выстлана единой внутренней оболочкой, состоящей из трех частей: синовиальной и хондральной мембран и переходной между ними зоны.

Пучки коллагеновых волокон бескле-точной пластинки (lamina splendens) суставного хряща ни что иное, как хондральная мембрана по J.Wolf (1969, 1974) [36]. Продолжение волокнистых элементов синовиальной мембраны через переходную ее зону в волокна бесклеточной пластинки суставного хряща нами установлено при изучении ориентационной упорядоченности макромолекул матрикса, выявляемых в гистохимических реакциях, на тотальных препаратах при поляризационной микроскопии.

Как следует из результатов исследований пре - и постнатального онтогенеза синовиальной мембраны, переходной ее зоны и хряща коленного сустава (Вагапова В.Ш. 1999, 2001, 2004; Дильмухаметова Л.М., 2000; Борзилова О.Х., 2003), формирование бескле-точной пластинки хряща в коленном суставе тесно связано с развитием переходной зоны синовиальной мембраны [3, 16, 29, 30, 31]. При этом волокнистые структуры на поверхности суставного хряща дифференцируются позднее, чем в переходной зоне: эластические и коллагеновые волокна здесь начинают выявляться четко лишь во второй половине внутриутробного развития, и только после рождения они увеличиваются в диаметре и формируют пучки. К моменту рождения на суставных хрящах четко определяется пластинка, образованная коллагеновыми и эластическими волокнами, являющимися продолжением таких же волокон переходной зоны синовиальной мембраны.

Возрастные изменения этой пластинки также сопутствуют таковым переходной зоны и синовиальной мембраны. Они начинаются с середины первого периода зрелого возраста, достигают максимального развития во втором периоде зрелого возраста и приобретают устойчивый характер в пожилом и старческом возрастах. В переходной зоне возрастные из-

менения проявляются ее утолщением, как и других участков синовиальной мембраны, и разрастанием в сторону суставного хряща с заполнением дефектов краевого и периферического его участков, образованием складок и ворсинок на поверхности хряща. Одновременно разволокнивается и истончается бес-клеточная пластинка суставного хряща, местами она разрушается до полного исчезновения, что приводит к «оголению» поверхности суставного хряща и нарушению структуры подлежащих его слоев. Синхронность развития и возрастных преобразований синовиальной мембраны, ее переходной зоны и бескле-точной пластинки суставного хряща (хондральной мембраны) свидетельствует об их морфологической и функциональной взаимосвязи.

Установленный нами факт о наличии единой внутренней оболочки, выстилающей полость сустава, проливает свет на некоторые механизмы возрастных изменений и ряда заболеваний суставов.

На основании комплексного исследования менисков коленного сустава и их связочного аппарата (Вагапова В.Ш., Самоходова

О.В., Рыбалко Д.Ю.) определены варианты их формы и фиксации [11, 20, 22]. Выявлено, что форма менисков в течение онтогенеза не меняется: наиболее часто как в пре-, так и в по-стнатальном онтогенезе встречаются медиальный мениск с широким задним рогом и латеральный - С-образной формы. Кроме того, определены крайние формы менисков, встречающиеся от 0,88 до 9,25% случаев. Сопоставление форм менисков с частотой их травм представляет практический интерес для травматологов. Мениски коленного сустава и их связочный аппарат представляют собой единый комплекс, развивающийся из одного источника, они взаимосвязаны структурно и функционально. При этом выявленная нами фиксация менисков посредством собственных связок к крестообразным связкам представляет интерес не только для понимания биомеханики сустава, но и для интерпретации известных фактов о дегенеративных изменениях менисков при повреждениях названных связок. Также наши данные о более подвижной фиксации латерального мениска по сравнению с медиальным объясняют большую частоту травм последнего.

Нами также выявлено (Вагапова В.Ш., Валиуллин Д.Р., Иманова В.Р., Гибадуллина Ф.Б.), что горизонтальные пучки связки надколенника продолжаются в полость сустава и, пройдя через жировое тело коленного сустава,

вплетаются в связки менисков и через них - в крестообразные связки [12, 13, 15, 17].

Обнаруженные нами эти морфологические связи позволяют судить о передаче силы и направления сокращения четырехглавой мышцы бедра непосредственно на связки менисков и крестообразные связки, что может иметь значение для травматологов и ортопедов.

Наши исследования с моделированием травм менисков на животных (Вагапова В.Ш., Гумеров Р.А., Рыбалко Д.Ю.) показали, что при этом через 2-3 месяца наступают необратимые изменения синовиальной мембраны и ее микроциркуляторного русла, ухудшающие транссудацию и резорбцию синовиальной жидкости и поэтому являющиеся причиной развития артрозов [7, 25]. Эти данные были подтверждены на биопсийном материале синовиальной мембраны, полученном при операциях по поводу травм менисков. Полученные результаты имеют значение для выбора сроков хирургических вмешательств при повреждениях. Нами (Вагапова В.Ш., Самохо-дова О.В., Рыбалко Д.Ю.) разработана методика определения границ между телом и рогами менисков, которая позволяет унифицировать топическую диагностику повреждений и уточнять места приложения манипуляций на менисках [9].

Учитывая то обстоятельство, что синов-и капсулэктомия производятся при различных заболеваниях суставов и согласно сведениям литературы после операций отмечается ухудшение функции оперированного сустава с ограничением подвижности, нами экспериментально разработан и предложен способ аллопластики капсулы суставов. Для предупреждения внутрисуставных спаек после частичной или субтотальной резекций суставной капсулы мы рекомендуем производить пластику ее дефекта консервированной аллоген-ной висцеральной плеврой (Вагапова В.Ш., Габбасов А.Г., Ахмалетдинов А.С., Аминов Д.З.) [8, 23]. Последняя в ранние сроки после

операции (до 10 суток) изолирует грануляционную ткань от суставных поверхностей и тем самым предотвращает образование внутрисуставных спаек. Аллотрансплантат полностью рассасывается на 15-е сутки и поэтому не препятствует формированию естественных взаимоотношений между компонентами синовиальной среды. Рассасывание висцеральной плевры осуществляется при участии макрофагов. Мобилизация последних в зону новообразования суставной капсулы является благоприятным фактором для регенерации синовиальной мембраны, одна из разновидностей клеток которой по своему происхождению и функции имеет макрофагальную природу. Восстановление суставной капсулы при аллопластике происходит без натяжения с сохранением первоначальных ее размеров.

В результате исследований фиброзной мембраны капсулы, вне- и внутрисуставных связок коленного сустава (Габбасов А.Г., Ах-малетдинов А.Г., Вагапова В.Ш., Стрижков

А.Е., Ахметдинова Э.Х., Галлямов М.М., Сальманов А.А.) получены новые сведения об их развитии на этапах пре- и постнатального онтогенеза и критических периодах формирования, обнаружены зональность и крайние варианты их строения, детализирована морфология мест фиксации к костям, а также определены биомеханические характеристики различных их зон [1, 2, 14, 21, 24, 27, 35]. На основе этих данных предложены новые способы восстановления их целостности, защищенные авторскими свидетельствами 14, 23].

Кафедра анатомии человека БГМУ является в настоящее время единственной в России научной школой, занимающейся арт-роморфологией. Изучение функциональной морфологии суставов, в том числе и коленного, на кафедре продолжается. Полученные результаты наших исследований позволяют ставить новые задачи, решение которых будет иметь фундаментальное и прикладное значение.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ахмалетдинов, А.С. Фиброархитектоника, биомеханические свойства и микроваскуляриза-ция фиброзной мембраны капсулы коленного сустава: автореф. дис ... канд. мед. наук. - Ярославль, 1985. - 24 с.

2. Ахметдинова, Э.Х. Строение и биомеханические свойства мест фиксации коллатеральных и крестообразных связок коленного сустава человека в пренатальном онтогенезе: автореф. дис ... канд. мед. наук. - Саранск, 1994. - 23 с.

3. Борзилова, О.Х. Морфология переходной зоны синовиальной мембраны коленного сустава на этапах онтогенеза: автореф. дис ... канд. мед. наук. - Уфа, 2003. - 24 с.

4. Вагапова, В.Ш., Габбасов, А.Г. Пути лимфоциркуляции синовиальной мембраны коленного сустава / ЦНИИ. - М., 1987. - 173 с. - Деп. в ВИНИТИ 06.02.1987; № 851.

З. Вагапова, В.Ш. Микроциркуляторное русло синовиальной мембраны коленного сустава: автореф. дис ... д-ра мед. наук. - Новосибирск, 1988. - 38 с.

6. Вагапова, В.Ш. Способ аллопластики капсулы коленного сустава I В.Ш. Вагапова, А.С. Ахмалетдинов, Д.З. Аминев: метод. реком. по МЗ РСФСР. - Уфа, 1988. - 12 с.

7. Вагапова, В.Ш. Артериоло-венулярные анастомозы в синовиальной мембране коленного сустава I В.Ш. Вагапова II Арх. анат., гистол. и эмбриол. - 1988. - Т. 94, Вып. 4. - С. 14-19.

8. Вагапова, В.Ш. Руководство по гистологии. - СПб., 2001. - Т.2. - С. 70З-719.

9. Вагапова, В.Ш. Методика определения границ между телом и рогами менисков коленного сустава человека I В.Ш. Вагапова, О.В. Самоходова, Д.Ю. Рыбалко II Морфология. - 2006. - Т. 129, № 4. - С. 28-29.

10. Вагапова, В.Ш. Внутренняя оболочка суставов II Клиническая анатомия и экспериментальная хирургия (приложение к журналу «Морфол. ведом.»). - 2006. - Вып. 6. - С.112-117.

11. Вагапова, В.Ш. Упруго-прочностные свойства менисков коленного сустава человека в зрелом, пожилом и старческом возрастах I В.Ш. Вагапова, Д.Ю. Рыбалко, О.В. Самоходова II Аст-рахан. мед. ж. - 2007. - Вып. 2. - С.42-43.

12. Валиуллин, Д.Р. Морфология жирового тела коленного сустава у людей зрелого возраста и его развитие в пренатальном онтогенезе: автореф. дис ... канд. мед. наук. - Уфа, 2003. - 24 с.

13. Валиуллин, Д.Р. Структурные преобразования синовиальной мембраны в области жирового тела коленного сустава на этапах онтогенеза I Д.Р. Валиуллин, В.Ш. Вагапова, Р.С. Минигази-мов II Астрахан. мед. ж. - 2007. - Вып. 2. - С. 42-43.

14. Габбасов, А.Г. Способ восстановления боковых связок коленного сустава I А.Г. Габбасов,

В.Ш. Вагапова, А.С. Ахмалетдинов II Авт. свид. СССР №1227187. - Бюл. №16, 1986.

1З. Гибадуллина, Ф.Б. Морфология надколенника и его фиксирующего аппарата у людей в зрелом, пожилом и старческом возрастах: автореф. дис ... канд. мед. наук. - Уфа, 2004. - 23 с.

16. Дильмухаметова, Л.М. Морфология переходной зоны синовиальной мембраны коленного сустава у плодов и детей: автореф. дис ... канд. мед. наук. - Уфа, 2000. - 22 с.

17. Иманова, В.Р. Морфология надколенника и его фиксирующего аппарата в пренатальном онтогенезе: автореф. дис . канд. мед. наук. - Уфа, 2004. - 24 с.

18. Минигазимов, Р.С. Микроциркуляторное русло, рельеф и строение синовиальной мембраны тазобедренного сустава: автореф. дис ... канд. мед. наук. - Ярославль, 1988. - 23 с.

19. Минигазимов, Р.С. Синовиальный насос коленного сустава I Р.С. Минигазимов, В.Ш. Вагапова, А.А. Хайретдинов ИМорфология. - 2006. - Т. 129, № 4. - С. 83.

20. Рыбалко, Д.Ю. Строение менисков коленного сустава человека и их фиксирующего аппарата в зрелом, пожилом и старческом возрастах: автореф. дис ... канд. мед. наук. - Уфа, 2006. -24 с.

21. Сальманов, А.А. Строение связочного аппарата голеностопного сустава человека в пре- и неонатальном онтогенезе: автореф. дис ... канд. мед. наук. - Уфа, 2007. - 24 с.

22. Самоходова, О.В. Развитие менисков коленного сустава и их фиксирующего аппарата в пренатальном онтогенезе: автореф. дис ... канд. мед. наук. - Уфа, 2004. - 22 с.

23. Способ аллопластики капсулы коленного сустава I А.Г. Габбасов, В.Ш. Вагапова, А.С. Ахмалетдинов, В.З. Аминев II Авт. свид. СССР №1142109 от 01.11.1984. - Бюл. №8.

24. Стрижков, А.Е. Строение и биомеханические свойства связочного аппарата коленного сустава человека в пренатальном онтогенезе: автореф. дис . канд. мед. наук. - Новосибирск, 1992. - 22 с.

2З. Clinical anatomy of human knee joint menisci and their ligaments I V.Sh. Vagapova, D. Rybalko, R. Gumerov, Z. Menshikova, O. Samohodova II 4th Asian-Pacific Intern. Cong. of Anat. - Kusadasi,

200З. - P. 271.

26. Morfological aspects of the transsynovial exchange in knee joint I V.Sh. Vagapova, L.M. Dilmuchametova, O.Ch. Garieva, A.E. Strizhkov II XIVth Intern. Symp. on Morphol. Sci. - Beijing, 1997. - p.192.

27. Strizhkov, A.Ye. Basic stages of organogenesis of joint ligaments of the lower extremities I A.Ye. Strizhkov, A.A. Salmanov II 4th Asian-Pacific Intern. Cong. of Anat. - Kusadasi, 200З. - P. 249.

28. Vagapova, V.Sh. Destructive changes of knee joint with a rupture of the meniscus I V.Sh. Vagapova, A.S. Achmaletdinov II17th Symp. of the Europ. Soc. Ostearthrol. 28-31 August. 1988. -Budapest, 1988 - p. 78.

29. Vagapova, V.Sh. Development of microcirculatory bed of the knee joint synovial membrane II Ital. J. of Anat. and Embriol. - 1999. - Vol. 104, Suppl. 1. - P.732.

30. Vagapova, V.Sh. The «hatches» of synovial membrane of knee joint; their and microvessel interrelations // Folia morphol. - 1999. - Vol. 58, № 1.

31. Vagapova, V.Sh. Age - related changes in microcirculatory bed of knee joint synovial membrane / V.Sh. Vagapova, D.Sh. Sabirzjanova, Z.F. Menshikova // Bras. J. Morphol. Sci. - 2001. - Vol. 18, № 2. - P. 119-120.

32. Vagapova, V.Sh. Development of microcirculatory bed of the knee joint synovial membrane of children different ages / V.Sh. Vagapova, D.Sh. Sabirzjanova // 16th Intern. Sympos. on Morphol. Sci. - 2001. - p. 235.

33. Vagapova, V.Sh. Functional morphology of inner membrane of joints / V.Sh. Vagapova, Z.F. Menshikova, A.M. Menshikov // 16th Intern. Congr. of the IFAA. - Anat. Sci. 2004: From Gene to Body.-Kyoto, Japan. - 2004. - p. 229.

34. Vagapova, V.Sh. Structure of hatches of serous coat / V.Sh. Vagapova, R.S. Minigazimov, A.G. Gabbasov // 16th Intern. Cong. of the IFAA. - Anat. Sci. 2004: From Gene to Body.-Kyoto, Japan. -

2004. - p.25.

35. Vagapova, V.Sh. Form and size of the places of knee joint ligaments fixation in prenatal ontogenesis / V.Sh. Vagapova, E.Ch. Achmetdinova // 16th Intern. Cong. of the IFAA. - Anat. Sci. 2004: From Gene to Body.-Kyoto, Japan. - 2004. - p. 10.

36. Wolf, J. Transition from synovial into chondral membrane // Folia Morphol. - 1974. - Vol. 22, №

2. - P. 161-164.