Суставы нашего организма являются уникальными конструкциями

Подлинный шедевр инженерной мыс­ли — суставы нашего организма. Они сочетают достаточную просто­ту и компактность конструкции с высо­кой прочностью. Однако многие аспек­ты их функции изучены не до конца. В организме человека насчитывает­ся более 230 суставов. Суставы представ­лены в скелете повсюду, где происхо­дят отчетливо выраженные движения частей тела: сгибание и разгибание, отведение и приведение, вращение… И несмотря на то, что величина и форма суставов чрезвычайно разнообразны, в конструкции любого из них есть обязательные элементы. Это прежде всего две — как минимум — кости, ибо сустав не что иное, как способ соеди­нения костей, который специалисты называют прерывистым. (Существует и непрерывное соединение. Так, на­пример, соединены кости черепа, тела позвонков).

Прерывистое соединение позволя­ет сочленяющимся костям совершать движения относительно друг друга, разумеется, с помощью мышц. Сустав­ные поверхности костей неодинаковы. По своей форме они могут напоминать шар, эллипс, цилиндр и другие геомет­рические фигуры. На обе сочленяющи­еся поверхности «нанесен» материал высокой прочности — хрящ, толщина которого в разных суставах колеблет­ся от 0,2 до 6 миллиметров.

Суставы в нашем организме выполняют разнообразные функции

По внешнему виду однородный, гладкий и блестящий хрящ под элек­тронным микроскопом напоминает губ­ку с очень тонкими порами. Ткань хряща образована клетками-хондроцитами и межклеточным веществом, че­рез посредство которого осуществля­ется снабжение хондроцитов пита­тельными веществами, водой, кисло­родом. Наблюдения показали, что во­локна межклеточного вещества могут менять свое направление, приспосаб­ливаясь к длительно действующим на­грузкам. Такая динамичность волокон увеличивает износоустойчивость хря­щевой ткани.

Место сочленения костей окружено суставной капсулой. Наружный слой капсулы прочный, волокнистый; внут­ренняя ее поверхность покрыта слоем эндотелиальных клеток, которые вы­рабатывают тягучую, прозрачную, желтоватого цвета жидкость — сино­вию. Синовии в суставе, как говорится, кот наплакал: от одного до трех мил­лилитров. Но значение ее трудно пере­оценить. Во-первых, это прекрасная смазка: увлажняя суставные повер­хности, она уменьшает трение между ними и тем самым предотвращает их преждевременное изнашивание. Од­новременно синовия укрепляет суставы, создавая силу сцепления между су­ставными поверхностями. Она, словно буфер, смягчает толчки, которые ко­сти испытывают при ходьбе, прыжках, различных движениях. Синовиальной жидкости принадлежит также суще­ственная роль в обеспечении питания хрящевой ткани.

Установлено, что в каждом суставе поддерживается характерный для не­го уровень синовии. А вот состав ее не всегда одинаков. Например, с увеличе­нием скорости движения в суставе вязкость синовии снижается, благода­ря этому еще больше уменьшается трение между суставными поверхно­стями костей. Исследуя функцию синовиальной оболочки, ученые пришли к выводу, что она работает как биологический насос. Экспериментаторы обнаружили в этой оболочке узкодифференциро­ванные клетки типа А и В. Клетки типа В специализируются на выработке гиалуроновой кислоты, которая и сооб­щает синовии чудесное свойство спо­собствовать осуществлению «движе­ния без трения». Клетки типа А — это своеобразные уборщики: они отсасы­вают из синовиальной жидкости отра­ботанные продукты жизнедеятельно­сти клеток.

Однако специалистам известна лишь общая схема устройства и дей­ствия этого живого насоса. Основные его «узлы» и особенности его работы еще предстоит изучить. С функцией биологического насоса тесно связано поддержание постоян­ного отрицательного давления внутри суставной полости. Это давление все­гда ниже атмосферного (что увеличи­вает силу сцепления между суставны­ми поверхностями, они плотнее приле­гают друг к другу), но человек этого не ощущает. Однако все мы знаем людей, у которых суставы с возрастом стано­вятся чувствительны к перепадам ат­мосферного давления. А вот чем объ­ясняется такая чувствительность, ис­следователям не вполне ясно.

Конструкция большинства суставов не ограничивается обязательными элементами и включает различные диски, мениски, связки и прочие «тех­нические усовершенствования», кото­рые природа создала в процессе эво­люции. В коленном суставе, например, два мениска: наружный и внутренний. Благодаря этим серповидным хрящам совершаются вращательные и сгибательно-разгибательные движения в су­ставе, они служат также буферами, защищающими суставные поверхности от резких толчков. Роль их в физиоло­гии и механике коленного сустава столь велика, что мениски иногда на­зывают суставом в суставе.

Функция, возложенная на суставы, диктует их конструкцию. Убедительней­шее тому доказательство — суставы кисти. В процессе трудовой деятельно­сти человека суставной и связочный аппарат кисти достиг конструктивного совершенства. Разнообразные сочета­ния суставов — а их в кисти насчитыва­ется более двадцати, включая блоко­видные, эллипсоидные, шаровидные, седловидные,— позволяют произво­дить дифференцированные движения. Или такие суставы, как плечевой и тазобедренный. Оба они шаровидные, оба простые, так как каждый составлен двумя костями.

В плече­вом суставе относительно большой го­ловке плечевой кости соответствует небольшая суставная впадина лопат­ки: головка приблизительно в три раза больше впадины. Емкость ее увеличи­вает волокнисто-хрящевое кольцо, так называемая суставная губа, которое присоединяется к краю впадины. Та­кое строение позволяет совершать в плечевом суставе движения практиче­ски во всех направлениях. В тазобедренном суставе такой объем движений не предусмотрен. Здесь главное другое — прочность кон­струкции: ведь суставу постоянно при­ходится испытывать значительные и динамические и статические нагрузки.

В этом суставе впадина тазовой кости почти полностью охватывает головку бедра, что, естественно, ограничивает объем движений. Но не только поэтому тазобедренный сустав менее подви­жен, чем плечевой. Если в плечевом суставе капсула весьма просторная и слабо натянутая, то в тазобедренном она менее объемна и очень прочна, в некоторых местах даже усилена доба­вочными связками. А почему же гимнастам, акробатам, артистам балета, цирка ничего не сто­ит не только поднять ногу вертикально вверх, но проделать и более сложные движения? Это еще одно доказатель­ство пластичности опорно-двигатель­ного аппарата, его огромных потенци­альных возможностей. Специалисты и сегодня ведут исследования, ко­торые помогут раскрыть секреты пластичности, высокой работоспособности и здоровья суставов. Результаты научных поисков имеют не только теоретиче­ский интерес. В них заинтересована практическая медицина: хирургия, ор­топедия, трансплантология…