Энтезис ахиллова сухожилия

Энтезис – место прикрепления любого сухожилия к кости. Он характеризуется особой гистологической структурой, представленной постепенным переходом сухожилия в кость посредством хрящевой зоны (Рисунок 12).

Ахиллово сухожилие прикрепляется к площадке трапециевидной формы по задней поверхности бугра пяточной кости, при этом большая часть области прикрепления находится медиальнее [256]. Средняя высота области прикрепления (расстояние межу верхней и нижней точками энтезиса) 19, 8 мм, а средняя ширина – 23, 8 мм вверху и 31, 2 мм внизу [452]. Таким образом, трапециевидная форма энтезиса обращена вершиной вверх, а сухожилие в дистальном направлении постепенно распластывается по поверхности бугра пяточной кости, что приводит к равномерному распределению механической нагрузки. При этом, несмотря на увеличившуюся площадь сухожилия, не происходит увеличения количества сухожильных волокон. Вокруг сухожильно-костных переходов других сухожилий в состав энтезиса входит жировая муфта, однако энтезис ахиллова сухожилия лишен ее [194].

Как и у других сухожилий, угол, под которым ахиллово сухожилие прикрепляется к кости, относительно постоянен вне зависимости от положения стопы и голени. Когда стопа находится в положении тыльного сгибания, верхняя часть бугра пяточной кости функционирует как направляющий блок для сухожилия, а при плантарной флексии стабилизация положения ахиллова сухожилия обеспечивается за счет глубокой фасции голени (fascia cruris profunda) [180]. При пронации и супинации пяточной кости стабилизирующий механизм менее выражен, хотя и тут глубокая фасция голени, срастающаяся с надкостницей пяточной кости, обеспечивает константность угла прикрепления. Кроме того, угол прикрепления стабилизирует и сам энтезис, который обеспечивает эластическое выравнивание векторов сил [191], сохраняя при этом жесткость соединения, подобно дополнительной оплетке электрического провода у штепселя [689]. Благодаря этому любое физиологическое изменение положения и формы коллагеновых волокон не приводит к концентрации силы в области соединения кости и мягких тканей, а напряжение по экспоненте распределяется на проксимальные отделы сухожилия, что уменьшает риск разрыва в, казалось бы, такой биомеханически уязвимой зоне, как энтезис.

Однако задача распределения нагрузки в области сухожильно-костного перехода ахиллова сухожилия выполняется не только энтезисом. При дорсифлексии стопы передняя поверхность сухожилия плотно соприкасается с верхней частью задней поверхности бугра пяточной кости, что приводит к уменьшению нагрузки на сам энтезис. При оперативном лечении по поводу деформации Haglund резецируют верхний край бугра пяточной кости, что неминуемо изменяет механизм перераспределения нагрузки при соприкосновении передней поверхности сухожилия с костью. Степень увеличения нагрузки на энтезис при этом зависит от объема резецируемой части. Несмотря на то, что точный биомеханический процесс перераспределения нагрузки в зависимости от площади соприкосновения сухожилия и кости не изучен, эту особенность стоит учитывать при планировании объема резекции пяточной кости, особенно у профессиональных спортсменов. При спортивных нагрузках отсутствие соприкосновения передней поверхности сухожилия с верхней частью бугра пяточной кости может привести к катастрофическому повышению нагрузки на энтезис и возможному разрыву в этом редком и весьма неблагоприятном месте.

Перемежающийся контакт сухожилия с верхней поверхностью бугра пяточной кости приводит к локальным специализированным морфологическим изменениям поверхностей этих образований. Верхняя поверхность бугра пяточной кости покрыта толстой фибрознохрящевой надкостницей, а передняя поверхность ахиллова сухожилия в его дистальной части выстлана «сесамовидным фиброхрящем» (Рисунок 12) [671]. Последний термин имеет в своем составе слово «сесамовидный» ввиду того что фибрознохрящевая прослойка располагается не на поверхности сухожилия, а слегка внутри него, подобно сесамовидной кости. Свободным движениям этих двух поверхностей относительно друг друга способствует bursa retrocalcanea, в которую при плантарной флексии вдается языкообразный выступ нижней части жировой подушки Kager. Энтезис, периостальный и сесамовидный фиброзные хрящи, сумка и жировая подушка коллективно функционируют как единый орган, который иногда называют «энтезис-орган» [192, 193]. Эти разнородные ткани объединены одной целью – перераспределить концентрацию сил и снизить риск разрыва в области сухожильно-костного перехода [671, 672].

 

Рисунок 12. Микроскопическая картина ахиллова сухожилия и энтезис-органа.

A - Сагиттальный срез, общий вид. Энтезис состоит из выступающего фиброзного хряща (ФХ), который наиболее выражен в верхней части сухожильно-костного перехода (два черных треугольных маркера). Непосредственно проксимальнее сухожильно-костного перехода передняя поверхность сухожилия контактирует (отмечено жирной черной стрелкой) с верхней частью бугра пяточной кости (БП) посредством bursa retrocalcanea (BR). В сумку выступает языкообразный отросток нижней части жировой подушки Kager (K). Проксимальная часть сумки и выступ жировой подушки выстланы синовиальной мембраной (черные стрелки). Дистальная часть сумки с поверхностной стороны образована сесамовидным фиброзным хрящом (СФХ), а с дистальной – периостальным фиброзным хрящом (ПФХ). По задней поверхности ахиллова сухожилия виден эпитенон (Э), содержащий кровеносные сосуды (КС). В самой нижней части ахиллово сухожилие покрыто сзади пяточной жировой подушкой (ПЖП) (трихроматичная окраска по Masson).

Б – сагиттальный срез «границы прилива» (ГП). Клетки фиброзного хряща организованы в продольные ряды (черные стрелки) в зоне некальцифицированного фиброзного хряща (НкФХ). Непосредственно глубже НкФХ располагается кальцифицированный фиброзный хрящ (КФХ) (трихроматичная окраска по Masson).

В – сагиттальный срез глубже «границы прилива». Кальцифицированный фиброзный хрящ постепенно замещается костными трабекулами (КТ) (Окраска толуидином голубым).

Г – сагиттальный срез дистальной части bursa retrocalcanea. По задней поверхности сухожилия располагается сесамовидный фиброзный хрящ (СФХ), а противоположная поверхность кости выстлана периостальным фиброзным хрящом (ПФХ). Синовиальная оболочка на сочленяющихся поверхностях отсутствует (трихроматичная окраска по Masson)

 

Дистальная часть bursa retrocalcanea не содержит синовиальной выстилки, а ее стенки представлены непосредственно сесамовидным и периостальным фиброзным хрящом [192, 671]. С одной стороны, эти данные неожиданны, но, с другой стороны, в отсутствии синовиальной выстилки сумки нет ничего удивительного, если вспомнить о том, что сумки имеют много общего с синовиальным суставом [192, 235]. Сесамовидный и периостальный фиброзные хрящи функционируют как суставные поверхности, на которые приходится нагрузка при дорсифлексии стопы. Следовательно, как и классический гиалиновый хрящ суставной поверхности, они не могут быть покрыты синовиальной мембраной, содержащей сосуды, а сама синовиальная мембрана сосредоточена в проксимальной части bursa retrocalcanea. У пожилых людей в периостальном и сесамовидном фиброзном хряще наблюдаются такие же дегенеративные изменения (особенно фиссурация и кластеризация хондроцитов), что и при артрозе обычных суставов. Кроме того, в полости сумки могут иметься свободные тела, образовавшиеся в результате отрыва и миграции участков тканей, выстилающих сумку изнутри. Воспалительные изменения, характерные для ретрокальканеального бурсита, могут быть вторичными по отношению к дегенеративным изменениям фиброзного хряща [671].

В самом энтезисе выделяют четыре зоны тканей: плотная фиброзная соединительная ткань, некальцифицированный фиброзный хрящ, кальцифицированный фиброзный хрящ и кость [192, 671]. Между зонами кальцифицированного и некальцифицированного фиброзного хряща есть четкая линия (так называемая «граница прилива»). В норме эта линия прямая, и именно ее принято считать механической границей между мягкими тканями и костью. Однако эта линия не является гистологической границей (т.е. точным местом сухожильно-костного перехода), а скорее местом встречи зоны кальцифицированного фиброзного хряща энтезиса и субхондральной кости. Сложное взаимопроникновение этих двух разнородных тканей лежит в основе прочного прикрепления сухожилия к кости, причем это происходит по якорному принципу за счет прямого продолжения хода коллагеновых волокон из сухожилия в кость [567]. Следовательно, гистологическая и механическая границы сухожилия не идентичны. Они и не могут совпадать ввиду функциональных требований. Механическая граница должна находиться на прямой линии, в противном случае зазубренные выступы кости будут травмировать сухожилие при движениях. Гистологическая граница наоборот не должна быть прямой, чтобы обеспечить прочное якорное соединение сухожилия и кости. Механический парадокс в энтезисе взрослого человека разрешается присутствием на поверхности кости тонкой прослойки кальцифицированного хряща, который можно сравнить с цементом на кирпиче. Присутствие этого слоя обеспечивает гладкий гистологический переход сухожилия (волокна Sharpey) в истинную кость [190].

Волокна Sharpey не являются уникальной особенностью энтезиса ахиллова сухожилия: они обнаруживаются и в других фибрознохрящевых энтезисах, что соответствует как процессу формирования энтезиса, так и малому количеству компактного костного вещества в субхондральной пластинке. У крыс энтезис пяточного сухожилия развивается путем метаплазии фибробластов в плотной фиброзной соединительной ткани сухожилия рядом с поверхностью кости. При этом клетки фиброзного хряща, так же как и их предшественники, фибробласты, организованы в продольные ряды. Вероятно, развитие фиброзного хряща индуцируется механическими стимулами сразу после рождения. При этом ткань функционирует как «мини зона роста» кости. C одной стороны энтезиса фибробласты сухожилия превращаются в клетки фиброзного хряща (граница между зонами плотной фиброзной соединительной ткани и некальцифицированного фиброзного хряща), а с другой стороны кость замещает фиброзный хрящ аналогично эндохондральной оссификации зоны роста длинных трубчатых костей [331].

Фиброзный хрящ энтезиса распространен по плоскости сухожильно-костного перехода неравномерно. Более он выражен в верхней части (т.е. под глубокими слоями ахиллова сухожилия), чем в нижней, где энтезис отличается большим количеством плотной фиброзной соединительной ткани. Примечательно, что именно в задне-нижней части бугра пяточной кости образуются костные шпоры при энтезопатии. Трапециевидная форма фиброзного хряща энтезиса ахиллова сухожилия вероятно способствует функционированию этого образования в качестве мягкотканого направляющего блока благодаря вязкоупругим свойствам [567]. В свою очередь эта функция дополняет более явный направляющий блок, сформированный верхней поверхностью бугра пяточной кости. Однако мягкотканый блок может лишь несильно компенсировать векторы сил и только при коротком плече силы ахиллова сухожилия, например, при дорсифлексии стопы. Quigley и Chaffi n [651] вычислили, что расстояние от ахиллова сухожилия до оси движений в голеностопном суставе (плечо силы) уменьшается на 40% при 35 градусах дорсифлексии. Это означает, что наибольшие энергозатраты необходимы для приподнимания веса тела на носках стоп, и именно при дорсифлексии нагрузка на мышечно-сухожильный переход и на само сухожилие максимальна.

В литературе уделяется незаслуженно мало внимания и той части пяточной кости, которая располагается непосредственно под энтезисом. Ее отличительной особенностью является то, что она лишена кортикального слоя. Кость в этом месте имеет хорошо организованные трабекулы, которые преимущественно ориентированы вдоль волокон ахиллова сухожилия, связывая энтезисы сухожилия и подошвенного апоневроза [567]. Архитектоника трабекул предполагает распределение сил по линиям основной направленности внутри кости, соединяя при этом две мягкотканые структуры (ахиллово сухожилие и подошвенный апоневроз). У молодых людей трансмиссия силы происходит не только по трабекулам кости, но и по мягкотканым структурам. Как было отмечено выше, часть волокон ахиллова сухожилия вплетается в подошвенный апоневроз [713]. Аналогичный биомеханический механизм можно наблюдать и в надколеннике – где передача силы частично происходит по костным трабекулам, ориентированным параллельно сухожилию, а частично – по самим сухожильным волокнам [763]. В обоих случаях этот механизм иллюстрирует принцип миофасциальной непрерывности одноименной теории [586].

Биомеханика сухожилия

Экспериментальные исследования прочности мышечно-сухожильно-костного комплекса на конечностях трупов показали, что слабейшим местом в этой системе обычно была мышца [556, 796]. При изолированном исследовании биомеханических характеристик ахиллова сухожилия in vitro (без мышечно-сухожильного перехода) Wren и соавторы обнаружили, что средняя прочность на разрыв превышает 5000 Н, эластичность в области сухожильно-костного перехода составляет 12, 5%, а эластичность самого сухожилия – 7, 5% [810].

Однако следует подчеркнуть, что измерение истинной прочности мышцы может быть получено только на такой экспериментальной модели, при которой сохранялись бы нервно-рефлекторные связи мышечно-сухожильного комплекса с организмом. Так, при мышечной стимуляции у живых крыс удавалось вызвать разрыв самого сухожилия [180]. В теноцитах присутствуют актин и миозин [390], в результате чего само по себе сухожилие обладает активным контракционно-релаксационным механизмом, регулирующим трансмиссию силы от мышцы к кости [326]. Большинство проводившихся исследований абсолютных цифр прочности на разрыв не учитывали эти особенности [97].

Под действием внешних сил всякое твердое тело деформируется. В теории упругости под деформацией понимают увеличение длины, выраженное в процентах от первоначальной длины образца. Отношение нагрузки к площади поперечного сечения образца называют напряжением. Характер деформации плотной волокнистой соединительной ткани (сухожилие, связка) отражает определенной формы кривая «нагрузка-растяжение» или «напряжение-деформация» (Рисунок 13).

Кривая «нагрузка-растяжение» для ахиллова сухожилия имеет нелинейную форму, что обусловлено спиралеобразным ходом сухожильных волокон и изгибом самого сухожилия [606]. Многие исследователи выделяют до 5 фаз этой кривой [180, 269, 320, 415, 440, 796]:

I фаза. Первоначальное удлинение на 1-2% происходит уже при небольшом напряжении за счет выпрямления извитых коллагеновых волокон.

II фаза. Исчерпаны эластические свойства спиралеобразной деформации сухожильных волокон, которые теперь ориентированы по вектору приложенной силы. Происходит быстрый рост жесткости ткани. Появляющиеся микроразрывы небольшого количества межволоконных связей все еще позволяют восстановить сухожилию первоначальную длину при прекращении силы (эластическое удлинение). Зависимость растяжения от нагрузки линейная.

III фаза. При растяжении сухожилия до 7-8% (точка текучести) происходит прогрессирующее повреждение волокон, но макроскопически ткань еще имеет нормальный вид. Зависимость становится нелинейной, т.е. растяжение возрастает без увеличения деформирующей силы.

IV фаза. Достигается максимальная нагрузка, которую сухожилие может выдержать - предел прочности на разрыв.

V фаза. Полное разрушение пучков сухожилия. Ткань уже не способна поддерживать напряжение.

 

I фаза кривой «нагрузка-растяжение», при которой коллагеновые волокна начинают выстраиваться линейно, может распространяться до 4%, что соответствует диапазону большинства физиологических нагрузок [606].

Начиная с III фазы, происходит пластическое удлинение сухожилия, достигающее 7-8% (или даже до 16%) от первоначальной длины [97, 180, 320, 602]. При этом прекращение нагрузки не приводит уже к полному восстановлению длины и структуры сухожилия. Эластичность сухожилия, вероятно, обусловлена спиралевидной организацией коллагеновых волокон. Первый нелинейный участок кривой, где наблюдается большое растяжение при малом увеличении напряжения, соответствует выпрямлению извитых волокон, что играет значительную роль в амортизации потенциально опасных ударных нагрузок между мышцей и костью [818]. Если же сухожилие предварительно натянуто, то оно ведет себя как жесткий материал (II фаза кривой). При этом малое смещение сухожилия мышцей передает большое напряжение кости, вызывая немедленный эффект движения. Функция сухожилия определяется особенностями формы кривой «нагрузка-растяжение» лишь частично [247, 368].

Fukashiro и соавторы зарегистрировали максимальную силу, которая трансмиттировалась ахилловым сухожилием при прыжках (in vivo): она составила 2233Н [325, 326]. Komi и соавторы [454], используя специальные измерительные устройства стременного типа, выяснили, что при ходьбе сила формируется и регистрируется непосредственно перед касанием пятки пола, затем в течении 10-20 мсек сила снижается (фаза раннего толчка, удара). Затем сила относительно быстро возрастает и достигает пика в конце фазы отталкивания. Аналогичная закономерность прослеживается при беге. Позже Arndt и соавторы [156] обнаружили, что ахиллово сухожилие подвержено неодинаковым стрессовым нагрузкам в зависимости от модификаций мышечного вклада. Следовательно, разрыв ахиллова сухожилия может произойти вследствие асинхронного сокращения различных компонентов трехглавой мышцы голени или некоординированного сокращения мышц агонистов и антагонистов при нарушенной проприоцепции [513].

 

Рисунок 13. Зависимость нагрузки от деформации сухожилия (компиляция данных Frankel V.H., Nordin M., 1980 и Kannus P., 1997 ) [320, 415]. Зигзагообразными линиями схематически обозначены сухожильные волокна, которые изогнуты спиралью вне нагрузки. Прямыми непрерывными линиями обозначено распрямление сухожильных волокон при физиологичном растяжении (деформация менее 4% позволяет сухожильным волокнам полностью восстановить спиральную форму после прекращения нагрузки). Одна или две прерывистых линии соответствуют началу критичного соскальзывания сухожильных волокон друг относительно друга (разрыв межмолекулярных связей). Все прерывистые линии схематически обозначают макроскопический разрыв ввиду нарушения целостности самих волокон и их оболочек

 

С возрастом эластичность и прочность коллагеновых тканей постепенно начинает уменьшаться [602]. Например, если в 25 лет разрывная нагрузка ахиллова сухожилия человека составляет 530 кг, то в 61 год-268, т.е. в 2 раза меньше [97]. Важным фактором, влияющим на прочность сухожилия, является уровень двигательной активности. Иммобилизация и отсутствие нагрузки сухожилия неизбежно влечет за собой значительное уменьшение жесткости и прочности к механической нагрузке. Обездвиживание конечности уже в течение 4-8 недель вызывало заметные адаптивные изменения микроструктуры сухожильной ткани, уменьшение диаметра и площади поверхности коллагеновых волокон [591], снижение активности ферментов биосинтеза коллагена, дегидрогеназ и повышение активности лизосомальных ферментов, а также уменьшение объема кровеносных капилляров в сухожилии [206, 329, 681].

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: