HUMAN PELVIS BUTTRESS SYSTEM AND THE ROLE OF SKELETAL MUSCLES IN ITS FORMATION (REVIEW ARTICLE)

Full Text

Таз является важнейшей частью опорнодвигательного аппарата человека. Он представляет собой своеобразное стабилизационное кольцо для свободной нижней конечности, которое выполняет роль опорного пояса. Последний включает в себя мощный костный остов, связочный аппарат, а также развитую мускулатуру. В совокупности перечисленные структуры формируют сложную биомеханическую систему. Действие механических сил обуславливает моделирование внутренней структуры губчатого, компактного веществ тазовых костей и крестца. Скопления пластинок компактного вещества, расположенных в определенных направлениях, распределяющих напряжение при нагрузке и передающих его не только на губчатое вещество данной кости, но и на рядом расположенные кости, получили название «контрфорсов». В связи с тем, что в данном определении рассматриваются только костные структуры, правильным следует считать «костные контрфорсы». К механическим силам, обуславливающим особенности строения костей таза и его контрфорсной системы, относят массу тела, внутренностей, внутрибрюшное давление, тягу мышц [14, 39]. Структура костных балок губчатого и компактного веществ костей изменяется в местах прикрепления мышц, что связано с особенностями их тяги. J. C. Ferre и соавт. [21], согласно полученным анатомическим данным и физикоматематическому моделированию контрфорсов черепа, считают скелетные мышцы их составной частью, так как они могут передавать большую часть напряжений, возникающих при их сокращении между двумя костными точками на другие кости. Многие авторы считают также, что в понятие контрфорсной системы следует включать не только костные структуры, а также связочный аппарат и скелетные мышцы, прикрепляющиеся к ним [7, 9, 14, 23, 32-34]. По нашему мнению, в опорном поясе (костном тазу) можно выделить три кольца, имеющих отношение к костной контрфорсной системе таза и являющихся линиями распределения сил сжатия-растяжения. Первое кольцо расположено в области большого таза. Оно представлено IV и V поясничными позвонками, подвздошно-поясничной связкой, гребнем подвздошной кости, паховой связкой и верхней лобковой связкой. В некоторых случаях поперечный отросток V поясничного позвонка образует сустав с гребнем подвздошной кости, называемый поперечно-подзвдошным. При таком варианте строения этот сустав также необходимо включать в состав первого кольца. Второе костное кольцо располагается в пределах входа в малый таз и ограничено пограничной линией. Данное кольцо представлено тремя верхними крестцовыми позвонками, межкостной, передней и задней крестцовоподвздошными связками, дугообразной линией подвздошной кости, телом, верхней ветвью лобковой кости, а также симфизом. Плоскость входа этого кольца относительно горизонтальной плоскости составляет угол в 60º, что выгодно для поддержания равновесия тела при его вертикальном положении [8]. Третье костное кольцо расположено в пределах выхода из малого таза. Оно образовано латеральными краями нижних отделов крестца, крестцово-бугорной связкой, седалищным бугром, ветвью седалищной кости, нижней ветвью лобковой кости и нижней лобковой связкой. Важно отметить, что второе и третье кольца не только обеспечивают прочную связь структур таза, но и препятствуют раздвиганию в стороны его симметричных частей. В состав второго и третьего костных колец входит крестец, имеющий форму клина. Он под тяжестью всего тела стремится раздвинуть тазовые кости с поворотом своего основания вперед. Еще П. Ф. Лесгафт [6] указывал, что крестец играет роль своеобразного «ключа», обеспечивающего не только целостность таза, но и передачу механического давления на тазовые кости, формируя контрфорсную систему. Можно полагать, что крестец - это своеобразный «фундамент» опорной конструкции позвоночного столба, воспринимающей массу всего тела и распределяющей её на тазовые кости [2, 7, 40, 41, 43]. Опорной функции таза способствуют его вертикальное сжатие, боковое расширение и увеличение переднезадних размеров крыльев подвздошных костей. Отличительные особенности таза человека обусловлены, в первую очередь, прямохождением, при котором вся тяжесть тела переносится на таз [1, 2, 4, 5, 7, 11, 16, 24, 25, 27, 32]. Многие авторы [10-12, 26-28, 31] отмечают, что прямохождение привело к появлению у человека следующих особенностей строения таза: 1) сильное развитие таза в ширину и его укороченность; 2) наличие широких и сильно вогнутых крыльев подвздошных костей, образующих вместилище и опору для внутренностей; 3) его мощное скрепление с крестцом; 4) увеличение широтных размеров крестца с большими ушковидными поверхностями, что изменяет расстояние между крестцовоподвздошными суставами; 5) увеличение угла, образуемого шейкой и диафизом бедренной кости; 6) сильное развитие, особый способ прикрепления мышц и связок в области тазобедренного сустава; 7) резкое дорсальное отклонение крестцовой части подвздошной кости с образованием седалищной вырезки; 8) уменьшение высоты подвздошной костисближает крестцово-подвздошный и тазобедренный суставы, тем самым уменьшая силовое давление массы верхней части тела на тазобедренный сустав; 9) наибольшее развитие седалищной ости, что привело к изменению направления крестцовобугорной и крестцово-остистой связок (последние предотвращают смещение крестца назад при вертикальной нагрузке); 10) хорошо выраженный направленный назад и кнаружи седалищный бугор; 11) укорочение лобкового симфиза, смещение его вниз и назад, что связано с увеличением угла между ветвями лобковых костей. Такие эволюционные изменения таза человека облегчили его конструкцию, изменили конфигурацию тазовых костей, что привело к выгодному увеличению сопротивляемости механической нагрузке, связанной с толчками, возникающими при ходьбе, беге и прыжках [1, 3, 4, 7, 8, 42]. Формообразующее влияние мышц на строение костей таза и бедра описано в работах П. Ф. Лесгафта [5], А. Г. Кочеткова и соавт. [6]. Согласно исследованиям M. Dalstra, R. Huiskes [16], в формировании контрфорсной системы таза в общей сложности принимают участие 20 мышц. В доступных литературных источниках отмечается, что мышечные взаимодействия влияют на трабекулярную архитектуру костей таза уже в плодном периоде [8, 12, 13, 15, 17-19, 35]. У новорожденного уже есть предопределенный генетический шаблон трабекулярной структуры тазовых костей и крестца. В то же время, авторы утверждают, что этот генетический шаблон в процессе последующего онтогенеза может быть изменен различными механическими, анатомическими, ангиогенными и неврогенными факторами, направленными на обеспечение оптимальной трабекулярной архитектоники. По современной классификации, тазовые кости относят к плоским костям, состоящим преимущественно из губчатого вещества, покрытого снаружи тонким слоем компактного. Губчатое вещество состоит из костных балок (пластинок), ориентация которых обусловлена кривыми сжатия и растяжения. Такое расположение костных балок способствует равномерной передаче вертикального давления, а также тяге мышц, прикрепляющихся к тазовой кости. Компактное вещество представлено сплошной костной массой, которая определяет форму, прочность и упругость тазовой кости. Следует отметить, что строение костных балок губчатого вещества и структура компактного вещества тазовых костей в местах прикрепления различных мышц существенно отличаются. В зарубежной литературе имеются значительное количество работ, посвященных изучению балочной (трабекулярной) структуры костей таза и бедренной кости [12, 14, 20, 22, 26, 28-30, 36-39, 41]. Однако данные трабекулярные системы они описывают без связи с контрфорсной системой таза, которой по своей сути и являются. G. Stancu и соавт. [38] в строении губчатого вещества костей таза выделяют только две трабекулярные системы - крестцово-вертлужную и крестцово-седалищную, так как они передают основное давление, оказываемое на таз. Ю. М. Аникин и соавт. [3], на основании результатов исследования рентгенограмм препаратов таза и таза живых людей, выделяют всего 3 парных контрфорса: позвоночно-бедренный, лобково-крыловой и седалищно-остевой. Авторы отмечают, что описанные ими контрфорсы определены как участки повышенной плотности костной ткани, и подчеркивают их асимметричность. Следует обратить внимание на сделанный авторами вывод: контрфорсы распространяются за пределы отдельных костей и даже выходят за пределы таза. Они позволяют функционально и морфологически связать воедино позвоночный столб, тазовые кости и нижние конечности. К сожалению, в данной статье отсутствуют суждения о факторах и структурах, обеспечивающих передачу напряжений с одной кости на другую в местах их повышенной нагруженности. По нашему мнению, рассматривать трабекулярные системы таза, передающие и распределяющие силовое давление массы тела, необходимо с позиции арочных конструкций с обязательным взаимодействием контралатеральных сторон (рис. 1). Таз, представляющий собой непрерывное замкнутое кольцо, передает вертикально направленную нагрузку от позвоночного столба на оба тазобедренных сустава, а также на седалищные бугры и лобковые кости. При вертикальном положении тела функционируют три арочных конструкции, передающих и распределяющих силовое давление массы тела, а при сидячем положении - две арочных конструкции. Из биомеханики известно, что арочные структуры чрезвычайно устойчивы к создаваемым напряжениям и выдерживают нагрузку в 4-5 раз большую по сравнению с плоскостными конструкциями. Первая арочная трабекулярная конструкция принимает давление массы тела от V поясничного, I крестцового позвонков, а затем простирается от верхней части ушковидной поверхности подвздошной кости к верхнелатеральной поверхности вертлужной впадины. Далее силовые линии этой системы переходят на трабекулярную систему латеральной поверхности головки, шейки бедренной кости и заканчиваются в кортикальном слое внутренней поверхности ее диафиза. Эта система трабекул передает основную силу тяжести тела на бедренную кость. Вторая арочная трабекулярная конструкция воспринимает давление от II крестцового позвонка и проходит по нижней части ушковидной поверхности подвздошной кости, по границе большой седалищной вырезки к верхнемедиальной поверхности вертлужной впадины. Далее силовые линии этих трабекул переходят на трабекулы нижнемедиальной части головки и шейки бедренной кости и заканчиваются в кортикальном слое наружной поверхности диафиза ниже большого вертела. В области шейки бедренной кости силовые линии первой и второй трабекулярных систем перекрещиваются под углом 45º, что способствует более равномерной передаче давления массы тела на бедренные кости. По нашему мнению, первая и вторая тазовые арочные трабекулярные конструкции представляют пояснично-крестцово-подвздошно-бедренный контрфорс. Совместно с V поясничным, I и II крестцовыми позвонками эти трабекулярные арочные конструкции распределяют давление массы тела на головки бедренных костей. При этом, указанные позвонки замыкают правую и левую половины трабекулярных систем. Третья тазовая арочная трабекулярная конструкция принимает силовое давление от I, II и III крестцовых позвонков и передает его на всю площадь ушковидной поверхности крестца. Трабекулы этой конструкции идут вдоль пограничной линии малого таза до лобкового симфиза и образуют крестцово-подвздошно-лобковую трабекулярную систему, замыкающую тазовое кольцо. Учитывая, что на эту трабекулярную систему, кроме массы тела, воздействует тяга мышц брюшного пресса и тазового дна, ее целесообразно включить в состав крестцово-подвздошно-лобкового контрфорса. Лобковая и подвздошная кости испытывают влияние мышц брюшного пресса. Прямые, косые и поперечные мышцы живота при своем сокращении пытаются сместить эти кости кверху. Антагонистами этих мышц являются мышцы диафрагмы таза: мышца, поднимающая задний проход, копчиковая мышца и наружный сфинктер заднего прохода. По нашему мнению, поверхностные и глубокие поперечные мышцы промежности вместе с сухожильным центром образуют межседалищный контрфорс, который препятствует расхождению седалищных бугров при сокращении мышц живота. Последние, прикрепляяськ крыльям подвздошных костей, способствуют их сближению. Таким образом, поперечные мышцы промежности не только участвуют в поддержке органов малого таза, но и являются составной частью контрфорсной системы таза, обеспечивающей его механическую устойчивость. Смещению костей таза вверх также препятствуют ягодичные мышцы и приводящие мышцы бедра. Об их участии в контрфорсной системе таза будет сказано ниже. Четвертая и пятая арочные трабекулярные конструкции принимают и распределяют давление массы тела при сидячем положении. Четвертая арочная конструкция начинается от I-II крестцовых позвонков, идет по верхней части ушковидной поверхности подвздошной кости к нижнелатеральной поверхности вертлужной впадины и по ветви седалищной кости к ее бугру. Вершина пятой арочной конструкции находится на уровне III-IV крестцовых позвонков. Силовое давление от них передается по крестцово-остистым и крестцово-бугорным связкам к седалищным буграм. Четвертая и пятая арочные конструкции входят в состав пояснично-крестцово-подвздошно-седалищного контрфорса. Отмеченные сведения об арочных конструкциях таза побудили нас рассмотреть морфобиомеханические характеристики контрфорсной системы таза комплексно, т.е. с учётом костных структур, связочного аппарата и наиболее значимых мышц. Главным контрфорсом таза мы считаем пояснично-крестцово-подвздошно-бедренный контрфорс (рис. 2). При вертикальном положении он передает массу верхней части тела на свободную нижнюю конечность. При сидячем положении тела человека этот контрфорс практически не функционирует, а основная роль в перераспределении вертикальной нагрузки ложится на пояснично-крестцово-подвздошно-седалищный контрфорс. Дополняет его действие крестцово-седалищный контрфорс, в образовании которого принимают участие крестцово-остистая, крестцово-бугорная связки, а также одна из мышц тазового дна - копчиковая мышца. В образовании парных подвздошно-бедренных контрфорсов участвуют ягодичные и подвздошные мышцы, прикрепляясь к наружным и внутренним поверхностям крыльев подвздошных костей (рис. 3). Наружный подвздошно-бедренный мышечный контрфорс формируется тягой трех мощных ягодичных мышц, при сокращении которых обеспечивается передача напряжений с подвздошной кости на бедренную. Данный контрфорс вызывает отклонение (развертывание) крыльев подвздошных костей латерально, создавая дополнительную опору для внутренностей, предотвращая их смещение в полость малого таза и уменьшая давление на тазовое дно. Ягодичные мышцы вызывают не только отклонение крыльев подвздошных костей. Благодаря действию этих мышц, стремящихся удержать тело в вертикальном положении, создается равнодействующая сила тяжести, направленная не строго вертикально вниз, а наружу, что привело к появлению удлиненной шейки бедренной кости. Последняя увеличивает плечо силы, а следовательно, и момент вращения. На длину плеча силы влияет и величина шеечно-диафизарного угла, который с возрастом уменьшается (от 140º - у новорожденного до 128º - у взрослого). Уменьшение данного угла обеспечивает удлинение плеча силы, увеличивает силу ягодичных мышц, степень выраженности наружного подвздошно-бедренного контрфорса. На степень выраженности этого контрфорса также влияет и положение конечностей: coxa vara (варусная деформация шейки бедренной кости) или coxa valga (вальгусная деформация шейки бедренной кости). Подвздошная мышца по сравнению с ягодичными мышцами оказывает меньшее давление на внутреннюю компактную пластинку крыла подвздошной кости, что и приводит к отклонению крыла кнаружи. Совместно подвздошная и поясничная мышцы участвуют в формировании двух контрфорсов: подвздошно-бедренного и позвоночно-бедренного, которые при сокращении обеспечивают передачу напряжений с поясничных позвонков и крыла подвздошной кости на бедренную кость. Мышечные поясничноподвздошно-бедренные контрфорсы также играют важную роль в стабилизации первого тазового кольца, расположенного в области большого таза. Наружная и внутренняя запирательные мышцы начинаются от костных структур, ограничивающих запирательное отверстие, и от одноименной мембраны. Они участвуют в формировании мышечных запирательно-бедренных контрфорсов. Одновременное сокращение указанных мышц при фиксированной нижней конечности приводит к стабилизации положения тазовой кости. Важную роль в передаче давления с крестца на бедренную и седалищную кости играют мышечные крестцово-бедренный и крестцово-седалищный контрфорсы (рис. 4). Мышечный крестцово-бедренный контрфорс формируется с участием грушевидной мышцы, начинающейся от внутренней поверхности крестца и прикрепляющейся к верхушке большого вертела бедренной кости. При фиксированных свободных нижних конечностях сокращение грушевидных мышц с обеих сторон напрягает балочную структуру и компактное вещество передней поверхности крестца. В образовании крестцовоседалищного контрфорса принимают участие крестцово-остистая и крестцово-бугорная связки, начинающиеся от боковой поверхности крестца, а прикрепляющиеся к седалищной ости и седалищному бугру соответственно. Мышцы медиальной (приводящей) группы бедра (тонкая, гребенчатая, длинная, короткая и большая приводящие) начинаются от верхней и нижней ветвей лобковой кости, седалищного бугра, ветви седалищной кости и прикрепляются к медиальной губе шероховатой линии, медиальному мыщелку бедренной кости и бугристости большеберцовой кости. Сокращение этих мышц способствует напряжению компактного вещества лобковой, седалищной, бедренной и большеберцовой костей, передавая это усилие на трабекулы их губчатого вещества, формируя мышечный лобково-седалищно-бедренно-большеберцовый контрфорс (рис. 5). Последним контрфорсом в составе костномышечного комплекса таза мы рассматриваем мышечный седалищно-большеберцово-малоберцовый контрфорс. Он образован задней группой мышц бедра (двуглавая мышца бедра, полусухожильная и полуперепончатая мышцы), имеющих общее начало на седалищном бугре. Данные мышцы прикрепляются к бугристости большеберцовой и головке малоберцовой костей. При разгибании бедра они способствуют напряжению компактного вещества и балочной структуры седалищного бугра, большеберцовой и малоберцовой костей. Таким образом, таз является важнейшей частью опорно-двигательного аппарата человека и стабилизационным кольцом для свободной нижней конечности. В связи с вертикальным положением на таз человека действуют масса тела, внутренностей, внутрибрюшное давление, тяга мышц, связочного аппарата. Под воздействием указанных факторов происходит изменение костных структур - пластинок губчатого вещества и замыкательных пластинок компактного вещества. Наибольшая концентрация внутренних пластинок и значительное утолщение компактного вещества происходят в местах воздействия сил сжатия и растяжения, формируя его костную контрфорсную систему. В перераспределении нагрузки важная роль также принадлежит арочным трабекулярным конструкциям. Связующим фундаментом контрфорсной системы таза является крестец, воспринимающий воздействия механических сил и передающих их на тазовые кости. По нашему мнению, важной составной частью контрфорсной системы таза являются скелетные мышцы, прикрепляющиеся к костному тазовому кольцу. Они не только изменяют его костную структуру, но и передают напряжение при своем сокращении на другие кости, формируя мышечные контрфорсные системы. Следовательно, в понятие контрфорсной системы таза необходимо включать не только костный таз, его связочный аппарат, а также мышечные контрфорсные системы.

About the authors

I. V. Gaivoronsky

St. Petersburg State University; S. M. Kirov Military Medical Academy

Department of Morphology; Department of Normal Anatomy 7-9 Universitetskaya Emb., St. Petersburg 199034; 6 Akad. Lebedev St., St. Petersburg 194044

A. A. Rodionov

St. Petersburg State University

Department of Morphology 7-9 Universitetskaya Emb., St. Petersburg 199034

G. I. Nichiporuk

St. Petersburg State University; S. M. Kirov Military Medical Academy

Department of Morphology; Department of Normal Anatomy 7-9 Universitetskaya Emb., St. Petersburg 199034; 6 Akad. Lebedev St., St. Petersburg 194044

I. A. Goryacheva

St. Petersburg State University; S. M. Kirov Military Medical Academy

Department of Morphology; Department of Normal Anatomy 7-9 Universitetskaya Emb., St. Petersburg 199034; 6 Akad. Lebedev St., St. Petersburg 194044

M. G. Gaivoronskaya

St. Petersburg State University

Email: solnushko12@mail.ru
Department of Morphology 7-9 Universitetskaya Emb., St. Petersburg 199034

References

Supplementary files