К основным элементам сустава относят: суставные поверхности соединяющихся костей, суставную капсулу, полость сустава и синовиальную жидкость. Соединяющиеся в суставе поверхности костей покрыты слоем гиалинового (реже волокнистого) хряща, гладкая поверхность которого, обращенная в полость сустава, облегчает движение одной кости, относительно другой. Эластичность хряща в суставах способствует смягчению ударов и сотрясений, которые могут испытывать сочленяющиеся кости при ходьбе, прыжке и других движениях.
Кроме того, благодаря эластическим свойствам хряща, его способности деформироваться
увеличиваются подвижность в суставах и смазка суставных поверхностей под давлением. Определенную роль в этом играют также микроскопические особенности строения суставного хряща. На его поверхности, обращенной в полость сустава, имеются неровности: изгибы 1-го порядка длиной около 1000 мкм, 2-го порядка — около 50 мкм. Под действием механической нагрузки неровности исчезают и поверхность суставного хряща сглаживается (изгибы 1-го порядка сглаживаются при удельном давлении 3,5 кг/см2,2- го порядка — при 20 кг/см2). При этом вначале сплющиваются лишь краевые выпячивания волнистой поверхности и в глубине хряща давление относительно понижается. Туда и перемещается часть синовии. Между соприкасающимися поверхностями суставных концов костей, покрытых хрящом, остается часть жидкости, обладающая большой вязкостью и содержащая гиалуроновую кислоту, благодаря чему сустав продолжает функционировать и при большом сдавливании сочленяющихся поверхностей, хотя трение повышается. С уменьшением давления на хрящ жидкость из глубинных его частей вновь поступает в полость сустава и коэффициент трения суставных
поверхностей снижается. Поверхности хрящей обычно конгруэнтны, т.е. по своей форме соответствуют друг другу: если на одной кости имеется выпуклость, то на другой, сочленяющейся с ней, — вогнутость. Головки трубчатых костей покрыты более толстым гиалиновым хрящом в средней, самой выпуклой, части и более тонким — по периферии. У соответствующих головкам суставных впадин, наоборот, хрящ более тонкий в середине и более толстый по краям.
Суставная капсула, или сумка, имеет два слоя: наружный — фиброзный и внутренний — синовиальный, от названия которого суставы и получили наименование синовиальных соединений костей. Фиброзный слой суставной капсулы представляет собой переход надкостницы одной из сочленяющихся костей в надкостницу другой. Пучки фиброзного слоя идут в различных направлениях; более поверхностно лежащие — продольно, более глубокие — поперечно. Синовиальный слой построен из рыхлой соединительной ткани. Он доходит до суставных хрящей. Его внутренняя поверхность, обращенная в сторону сустава, гладкая и блестящая. Она покрыта слоем эндотелиальных клеток. Толщина суставной капсулы не везде одинакова. Обычно в тех местах, где капсула не покрыта мышцами, она толще, в других — тоньше. Полость сустава представляет собой щелевидное пространство, ограниченное суставными поверхностями сочленяющихся костей и капсулой сустава. Она заполнена синовиальной жидкостью, которая вырабатывается эндотелиальным (синовиальным) слоем суставной капсулы.
Добавочными образованиями суставов являются синовиальные складки и ворсинки, внутрисуставные диски, мениски и губы, а также связки. Синовиальные складки — это выросты синовиального слоя капсулы, заполненные жировой тканью. Они занимают свободные пространства в суставе при несоответствии суставных поверхностей сочленяющихся костей и выполняют роль амортизаторов. Ворсинки в большом количестве находятся на внутренней поверхности синовиального слоя. Они являются источником образования и резорбции синовиальной жидкости.
Внутрисуставные диски — это хрящевые образования в виде пластинок, расположенные внутри полости сустава и разделяющие ее на две части (камеры). Диски обеспечивают большую подвижность в суставе. Мениски в отличие от дисков — не сплошные образования, они имеют в середине отверстие. Наружный край мениска утолщен и срастается с суставной капсулой, а внутренний, острый, свободен. Мениски улучшают конгруэнтность костей, амортизируют толчки и сотрясения, способствуют разнообразию движений. Суставные губы построены из волокнистого хряща. Они прикрепляются по краю суставных впадин. Суставные губы увеличивают площадь соприкосновения сочленяющихся поверхностей костей и способствуют более равномерному давлению одной кости на другую.
В укреплении суставов играют роль следующие факторы.
1. Натяжение вспомогательных связок. Связочный аппарат разных суставов построен не одинаково. В одних случаях связки представляют собой утолщенные места суставной сумки (например, подвздошно-бедренная связка), в других—они находятся на некотором, иногда довольно значительном, расстоянии от суставной сумки (например, крестцово-остистая и крестцово-бугорная связки), в третьих—расположены внутри сустава (например, крестообразные связки коленного сустава). Укрепляя суставы, связки одновременно играют роль тормоза, ограничивающего подвижность соединяющихся костей. С помощью систематических упражнений можно увеличить эластичность связочного аппарата и степень подвижности в суставе.
2. Тяга мышц, проходящих около того или иного сустава. Особенно это относится к тем суставам, подвижность в которых очень большая (плечевой сустав). У них сумка широкая и не может играть существенной роли в укреплении сустава.
3. Атмосферное давление. Оно также играет существенную роль в удержании одной суставной поверхности в соприкосновении с другой. Например, если на подвешенном трупе перерезать находящиеся около тазобедренного сустава мягкие ткани, не повреждая его сумки, то окажется достаточным одного атмосферного давления, чтобы удержать суставные поверхности в соприкосновении, хотя расхождению их будет способствовать сила тяжести самой нижней конечности; при повреждении же и суставной сумки воздух попадает в полость сустава, вследствие чего немедленно произойдет расхождение суставных поверхностей.
4. Прилипание одной суставной поверхности к другой. В тех суставах, где сочленяющиеся поверхности костей при плотном прилегании полностью соответствуют друг другу, имея одинаковые радиусы кривизны (конгруэнтные суставы, например тазобедренный), одну поверхность в соприкосновении с другой удерживает сила молекулярного притяжения. Склеивающее действие оказывает и синовиальная жидкость.
Форма суставов. Степень подвижности в том или ином суставе зависит от особенностей его строения, и прежде всего от формы суставных поверхностей костей. Суставы принято классифицировать по их форме.
Шаровидные суставы являются наиболее подвижными. Они имеют бесконечное количество осей вращения, проходящих через центр головки кости, среди которых обычно выделяют три взаимно перпендикулярные:
1) поперечную, или фронтальную, 2) переднезаднюю, или сагиттальную, и 3) вертикальную, или продольную. Вокруг поперечной оси в области конечностей возможно сгибание и разгибание, в области туловища и головы — наклоны вперед и назад; вокруг переднезадней оси в области конечностей — отведение и приведение, в области туловища головы — наклоны в сторону; вокруг вертикальной оси в области конечностей — поворот внутрь и поворот наружу (пронация и супинация), в области туловища и головы — повороты в стороны, которые объединяются под общим названием ротация (вращение). Кроме того, в шаровидных суставах возможно так и называемое круговое движение (циркумдукция). Примером шаровидного сустава может служить плечевой сустав. Не во всех шаровидных суставах можно производить движения вокруг всех трех осей. Например, в пястно-фаланговом суставе возможны движения только вокруг поперечной и переднезадней осей, активное же движение вокруг вертикальной оси невозможно ввиду отсутствия необходимых для его выполнения мышц, а также из-за сопротивления связок, укрепляющих суставы.
К суставам со множеством осей вращения принадлежит чашеобразный, или ореховидный сустав, в котором головка кости погружена глубоко в суставную впадину. Движения в нем совершаются как и в шаровидном суставе, однако размах их значительно меньше. Примером чашеобразного сустава является тазобедренный сустав.
Эллипсовидные суставы имеют две оси вращения — поперечную и переднезаднюю. В них возможны сгибание и разгибание, приведение и отведение, а также круговое движение. Повороты внутрь или наружу невозможны. В некоторых суставах, например в лучезапястном, можно пассивно произвести небольшую ротацию, используя эластические свойства суставного хряща.
Седловидные суставы также принадлежат к двухосным. Суставная поверхность сочленяющихся в них костей несколько напоминает форму седла. В этих суставах возможно помимо приведения, отведения, сгибания и разгибания также круговое движение. Примером седловидного сустава является запястно-пястный сустав большого пальца кисти. Говоря об этом суставе, вместо терминов «сгибание» и «разгибание» употребляют «противопоставление и «отставление» (оппозиция и репозиция).
К двухосным суставам относят еще мыщелковый сустав, имеющий промежуточную форму эллипсовидного и блоковидного суставов. Примером может служить коленный сустав.
Блоковидные и цилиндрические суставы относятся к одноосным суставам. Блоковидные суставы в чистом виде находятся, например, между фалангами пальцев. В блоковидных суставах одна фронтальная ось вращения, вокруг которой возможны сгибание и разгибание. Цилиндрические суставы напоминают по форме суставной поверхности отрезок цилиндра. В этих суставах возможны повороты вокруг вертикальной оси внутрь и наружу (лучелоктевои сустав) или направо и налево (атлантоосевой сустав).
Плоские суставы характеризуются тем, что их суставные поверхности представляют собой отрезки шара с большим радиусом и незначительной кривизной.) Движения в этих суставах могут заключаться лишь в небольшом скольжении одной суставной поверхности относительно другой. Они происходят отчасти и за счет деформации суставных хрящей. Примером плоских суставов являются соединения многих костей запястья или костей предплюсны друг с другом.
Есть суставы, в которых движения тесно связаны между собой. Например, движение в одном височно-нижнечелюстном суставе невозможно без одновременного движения и в другом суставе. Такие два сустава объединяются под общим названием комбинированный сустав.
Суставы, внутри которых имеются суставные диски, по сути дела, состоят из двух суставов и носят название двухкамерных (например, грудино-ключичный и височно-нижнечелюстной суставы). Суставы, в образовании которых принимают участие только две кости, называются простыми; суставы, в образовании которых участвуют три или большее количество костей, принято называть сложными. Примером первых может служить межфаланговый сустав, примером вторых—локтевой, лучезапястный.
Степень подвижности в суставах зависит от соответствия сочленяющихся поверхностей (по величине их площадей). Чем это соответствие больше, тем подвижность в суставе меньше, и наоборот. Например, суставная поверхность головки плечевой кости значительно больше, чем поверхность суставной впадины лопатки. В связи с этим плечевой сустав является одним из наиболее подвижных. В суставах плоской формы (например, в суставах между клиновидными костями предплюсны) сочленяющиеся поверхности полностью
соответствуют друг другу, поэтому подвижность в них ничтожна. Величину угла максимального сгибания и разгибания, приведения и отведения в данном суставе можно ориентировочно определить, вычитая из угла суставной поверхности большей кривизны угол суставной поверхности меньшей кривизны. Так, для определения подвижности в плечелоктевом суставе следует вычесть из величины угла блока плечевой кости величину угла полулунной вырезки локтевой кости. В данном случае это составит: 320°—180° = 140°,— угол подвижности, которым приблизительно располагает локтевая кость в отношении плечевой кости. Таким образом, степень подвижности в соединениях костей зависит от особенностей строения этих соединений. Она неодинакова у людей различного возраста, пола, индивидуальных особенностей и степени тренированности.
У женщин подвижность в среднем больше, чем у мужчин; улиц молодого возраста больше, чем у лиц старшего возраста; у тренированных (особенно в упражнениях «на гибкость») больше, чем у нетренированных. На величину подвижности оказывает влияние степень растяжимости тех мышц, которые находятся на стороне, противоположной движению, а также сила мышц, производящих данное движение. Чем эластичнее первые и сильнее вторые, тем амплитуда движения в данном суставе больше, и наоборот. На величину подвижности влияет также окружающая температура. В холодном помещении движения имеют обычно меньший размах, чем в теплом. Даже время дня оказывает влияние на величину подвижности звеньев тела: утром она меньше, чем вечером.