Фазы движений коленного сустава с точки зрения биомеханики

Автор: Фидель Субботин, Академик АМТН, Профессор РАЕ, Doctor of science, honoris causa, кандидат медицинских наук.

Коленный сустав — крупнейший и наиболее сложный сустав человеческого тела, играющий ключевую роль в опорной и двигательной функциях нижней конечности. Его биомеханика определяется взаимодействием костных структур, связок, менисков и мышц, обеспечивающих сгибание, разгибание, а также ротационные движения.

Нарушение баланса мышечной активности или структурные повреждения ведут к патобиомеханическим изменениям, таким как нестабильность сустава, дегенеративные процессы и хронический болевой синдром. В статье мы детально рассмотрим функции мышц, их вклад в движения, а также клинические аспекты дисфункций.

Функцию коленного сустава обеспечивает взаимодействие мыщелков бедренной и большеберцовой костей. Важную роль в этом играет надколенник, самая крупная сесамовидная кость скелета, она усиливает рычаг четырёхглавой мышцы. Также в пассивную структуру сустава входят передняя крестообразная связка, задняя крестообразная связка, медиальная и латеральная коллатеральные связки, а также латеральный и медиальный мениски.

К основным мышечным группам участвующим в движении коленного сустава в соответствии с их действием, относятся:

1. Разгибание коленного сустава - четырёхглавая мышца бедра (m. quadriceps femoris), в состав которой входят: прямая мышца бедра (m. rectus femoris), медиальная широкая мышца бедра (m. vastus medialis femoris), латеральная мышца бедра (m. vastus lateralis femoris) и промежуточная широкая мышца бедра (m. vastus intermedius femoris).

2. Сгибание коленного сустава - двуглавая мышца бедра (m. biceps femoris), полусухожильная и полуперепончатая мышцы (mm. semitendinosus, semimembranosus), икроножная мышца (m. gastrocnemius).

3. Ротация голени, возможна при сгибании в коленном суставе 90 градусов:
внутренняя ротация - полусухожильная, полуперепончатая мышцы, медиальная головка икроножной мышцы, подколенная мышца; наружная ротация - двуглавая мышца бедра, латеральная головка икроножной мышцы.

4. Также в движении коленного сустава принимают участие мышцы синергисты: подколенная мышца (m. popliteus) - «разблокирует» коленный сустав в начале сгибания, участвует в сгибании и внутренней ротации голени; тонкая мышца (m. gracilis) - участвует в сгибании и внутренней ротации голени; портня́жная мы́шца (m. sartorius), наиболее длинная мышца человеческого организма участвует во внутренней ротации голени; напрягатель широкой фасции бедра (m. tensor fasciae latae) через илиотибиальный тракт. участвует в сгибании и разгибании коленного сустава.

Рассмотрим более подробно, вклад каждой из мышц в биомеханику движений коленного сустава:

Основные мышцы - четырёхглавая мышца бедра осуществляет до100% усилия. Из них: медиальная широкая мышца бедра до 30% усилия, основная функция стабилизация надколенника; латеральная широкая мышца бедра до 40% усилия, основная мышца движения; прямая мышца бедра до 20% усилия, с учётом двусуставной функци; промежуточная широкая мышца бедра до 10% усилия.

Синергист: напрягатель широкой фасции (m. tensor fasciae latae), при движении в пределах 150° в конце разгибания. 

Особенности сокращения четырёхглавой мышцы бедра - концентрическое сокращение, например при подъёме из приседа или по лестнице; эксцентрическое сокращение для замедления сгибания, например, при приседании и спуске по лестнице.

Основные мышцы - двуглавая мышца бедра до 50% усилия; полусухожильная и полуперепончатая мышцы до 40% усилия; икроножная мышца до 10% усилия. Синергист: напрягатель широкой фасции (m. tensor fasciae latae), при движении после 150° сгибания.

Особенности - при сгибании до 150° доминируют медиальные мышцы, полусухожильная и полуперепончатая мышцы; при глубоком сгибании, более 90° активность смещается к двуглавой мышце.

Основные мышцы - полусухожильная мышца до 60% усилия, полуперепончатая мышца до 30% усилия , тонкая мышца до 10% усилия.

Синергисты - подколенная мышца и медиальная головка икроножной мышцы.

Основные мышцы - двуглавая мышца бедра до 80% усилия, латеральная головка икроножной мышцы до 20% усилия.

1. Фаза переноса - активация подколенной мышцы для инициирования сгибания, преобладающая функция мышц задней поверхности бедра для замедления разгибания голени.
2. Фаза контакта пятки - эксцентрическое сокращение четырёхглавой мышцы для амортизации.
3. Фаза опоры - медиальная широкая мышца бедра стабилизирует надколенник.
4. Фаза отталкивания - мощное разгибание за счёт латеральной широкой мышцы бедра.

При беге в фазе приземления эксцентрическая активность мышц задней поверхности бедра, когда они развивают до 70% усилия, снижает нагрузку на переднюю крестообразную связку.

Интеграция современных методов диагностики, лечения и тренировок, с использованием метода терапевтического тейпирования, способствует восстановлению функциональности и профилактике рецидивов. Знание биомеханики для врача является базой для диагностики и лечения заболеваний суставов.