Форма, присоединение и функции

Мениски коленного сустава – парные волокнисто-хрящевые структуры, имеющие С-образную (полулунную) форму и располагающиеся между мыщелками бедренной и большеберцовой кости. Основная функция данных менисков – улучшение конгруэнтности суставной поверхности верхнего и нижнего отделов коленного сустава. По сути, они стабилизируют коленный сустав, защищают его от преждевременного износа, выступают амортизаторами и распределяют нагрузку.

Периферическая (абаксиальная) граница каждого мениска утолщена, она выпуклая и присоединяется к внутренней поверхности капсулы сустава; внутренняя (аксиальная) граница сужается до тонкого свободного края. Проксимальная поверхность мениска выпуклая и находится в контакте с мыщелками бедра, тогда как дистальная поверхность мениска плоская и располагается на мыщелках большеберцовой кости. Мениски являются примером специфических структурно-функциональных взаимоотношений. Их клиновидная форма создает поверхность с значительно уменьшает трение, вызываемое компрессионными и выталкивающими силами в коленном суставе.

Мениски – функциональное продолжение большеберцовой кости, достаточно жестко удерживаются на месте связками и мягкими тканями. Знакомство с нормальным паттерном присоединения менисков коленного сустава критично для понимания механизма разрыва менисков и проведения хирургических процедур на них.

Основную роль в процессе присоединения играют краниальные и каудальные мениско-большеберцовые связки, они присоединяют краниальные и каудальные рога менисков к подлежащей большеберцовой кости. Данные связки фундаментальны для распространения нагрузочной функции менисков, т.к. они противостоят круговым силам, которые развиваются в менисках в момент приложения аксиальных нагрузок.

Каудальная большеберцовая связка медиального мениска – плоская, веерообразная структура, которая простирается к наиболее каудальной стороне медиального плата большеберцовой кости. Данная каудальная локация должна рассматриваться при процедурах на менисках, такая как релиз мениска и каудальная гемименискэктомия, т.к. наиболее каудальный аспект не виден при артроскопии или артротомии. Периферия медиального мениска, присоединенного к капсуле сустава (и непрямо к большеберцовой кости и бедру), и медиальная коллатеральная связка через коронарную связку, которая простирается вдоль большей части мениска.

Тело мениска также жестко присоединено к большеберцовой кости и бедру через коронарную связку, которая варьирует между медиальным и латеральным мениском. Медиальный мениск твердо присоединен к медиальной коллатеральной связке и капсуле сустава через коронарную связку, но латеральный мениск присоединен значительно слабее.

Межменисковая связка локализована между краниальными рогами латерального и медиального менисков. Значимость данной связки точно не определена, но вероятно она вносит вклад в стабильность краниальных рогов и в ответе за возникающее круговое напряжение (hoop tension). Понимание локализации данной связки помогает избежать непреднамеренного ее повреждения в период хирургических процедур, проводимых в тесной близости к межменисковой связке.

Абаксиальная граница медиального мениска смешивается с медиальной коллатеральной связкой, обеспечивая другой сильное прикрепление к большеберцовой кости.

Латеральный мениск присоединен к большеберцовой кости менее сильно, чем медиальных мениск. Краниальная связка большеберцовой кости латерального мениска якорит краниальный рог к краниальной межмыщелковой зоне большеберцовой кости, к межмыщелковому выступу и каудально к месту прикрепления краниальной крестовидной связки

Малая каудальная связка большеберцовой кости латерального мениска может быть, как представлена, так и отсутствовать, и может быть присоединена краниально или каудально к месту прикрепления на большеберцовой кости каудальной крестовидной связки, и может быть представлена подколенная вырезка на латеральной стороне. Данная связка может состоять из тонкого и нефиброзного соединения между каудальным рогом и большеберцовой кости. Каудальный рог латерального мениска также жестко присоединен к межмыщелковой ямке бедра, т.к. он смешивается в медиальную поверхность в медиальный мыщелок бедра посредством мениско-бедренной связки.

Латеральный мениск имеет менее интенсивное присоединение к капсуле сустава, чем медиальный мениск, т.к. сухожилие подколенной мышцы располагается между капсулой сустава и латеральным мениском. В дополнение, ввиду недостатка присоединения к латеральной коллатеральной связки, абаксиальный аспект латерального мениска формирует границу желоба, в котором может скользить сухожилие подколенной связки.

Подколенно-менисковые связки присоединяют латеральный мениск к подколенному сухожилию вдоль латерального и каудальной стороны желоба.

Присоединение латерального мениска к бедру и его тесное взаимоотношение с подколенным сухожилием совместно с его движением во время поворота мыщелка бедра при ротации может служить причиной меньшего травмирования по сравнению с неподвижным медиальным мениском.

Радиальные силы, возникающие при нагрузке, получают противостояние посредством стресса растяжения, развивающегося в выстроенных по кругу коллагеновых волокнах тканей. Данный стресс растяжения описывается как напряжение по окружности (hoop stress).

Рисунок. Мениски и связки коленного сустава, дорсальная сторона. LM – латеральный мениск, MM – медиальный мениск.

Рисунок. Места присоединения связок на большеберцовой кости. LM – латеральный мениск, MM – медиальный мениск.

Состав

Мениски – фиброзно-хрящевые структуры, первично состоящие из перемежающейся сети коллагеновых волокон (преимущественно коллаген I-го типа), смешанных с клетками и внеклеточным матриксом, состоящим из протеогликанов и гликопротеинов.

Коллагеновые фибриллы в матриксе хорошо структурированы в три слоя, их совместный эффект позволяет противостоять компрессионным силам и рассеивать их периферически и по касательной (тангенциально) при развитии кольцевого напряжения. Данное распространение создает высокоэффективный механизм разделения нагрузки между телом и рогами менисков.

Коллагеновые пучки поверхностного слоя ориентированы беспорядочно, их состав схож с таковым составом гиалинового хряща. Это связано с его функцией, которая облегчает движения без трения между тканями мениска, мыщелками бедра и большеберцовой кости при сгибании и разгибании коленного сустава.

В более глубоких слоях тканей менисков различают две отдельных области с различной направленностью коллагеновых волокон. В наиболее глубоком слое мениска, волокна коллагена преимущественно составляют радиальный паттерн, тогда как наружные две трети содержат коллагеновые волокна с ориентацией по окружности. Это предполагает, что внутренняя треть может функционировать при компрессии и наружные две трети могут функционировать в напряжении. Наблюдаемое менее частое радиальное расположение волокон коллагена в толще ткани мениска; это наводит на мысль что они могут действовать как утягивающие волокна, и противостоят продольному расщеплению кольцевых коллагеновых волокон мениска.

Другой важный компонент внеклеточного матрикса мениска – протеогликаны, которые представляют из себя большие, отрицательно заряженные гидрофильные молекулы, которые могут захватить воды в 50 раз более своего веса в свободном растворе. Способность протеогликанов формировать агрегаты помогает им иммобилизироваться в пределах сети коллагеновых фибрилл. Протеогликаны дают тканям менисков высокую способность противостоять большим компрессионным нагрузкам и играют важную роль в определении свойств тканей.

На основании двухфазной теории, развитой Mow et al., механическое поведение менисков под нагрузкой зависит от солидной матричной фазы и интерстициальной жидкостной фазой. Поэтому, когда нагрузка наносится на ткани менисков, солидная фаза, состоящая преимущественно из циркулярно ориентированных коллагеновых пучков, проявляет эластический ответ. Однако, одновременно, компрессионная нагрузка создает движение жидкости, когда она очень медленно экструдируется со степенью, зависимой от проницаемости тканей и вискозности жидкости. Данное поведение также зависит от времени; поэтому, динамическая компрессия с высокой нагрузочной частотой, мениски приобретают эластичность, схожую с резиной, но при низкой частоте, развивается значительное вискозное рассеивание.

Степень как статических, так и динамических компрессионных модулей зависит по большей части от состава внеклеточного матрикса, т.к. он увеличивается с повышением содержания гликозаминогликанов и снижается при повышении содержания воды. Точное соотношение структуры и функции в мениске предполагает патологические изменения, вызываемые биохимическими нарушениями в матриксе менисков, что также поражает биомеханическое свойства.

Кровоснабжение

Кровоснабжение менисков собак происходит от малых отражений сосудистого слоя синовия, синовиальной бахромы, представленных на бедренной и большеберцовой поверхности менисков. Данные кровеносные сосуды дают питание 15%-25% менисков. Данную область именуется как red-red zone, по причине богатого кровоснабжения (61-5). Оставшаяся часть менисков по большей части аваскулярна и разделена на аксиальную white-white zone и промежуточную red-white zone, в которую проникает лишь малое количество сосудов. Кровоток организован в вокругменисковое капиллярное сплетение, которое происходит от медиальной и латеральной коленной артерии. Относительная аваскулярность менисков играет важную роль в принятии решения о лечении менисков. Периферическое кровоснабжение менисков делает рациональным восстановление разрыва в red-red zone. Другие факторы, такие как наличие дегенерации и хроничности повреждения, должны также рассматриваться при принятии решения восстановления или резекции мениска.

Рисунок. Проксимальная сторона мениска отображающая приблизительное распространение трех сосудистых зон менисков. Красная зона характеризуется большим количеством сосудов и простирается на 15%-25% на периферию мениска. Оставшиеся части мениска по большей части аваскулярны и разделены в аксиальную «белую-белую» (white- white) зону и промежуточную зону, именуемую «красно-белой» (red-white) с малым количеством сосудов.

Функция менисков

Условно в функции менисков можно выделить следующие витальные функции: несение веса; распределение нагрузки; абсорбция шока; стабильность сустава.

Несение веса и распределение нагрузки

Клинообразная форма менисков идеально подходит для действия в качестве прокладки между мыщелками бедра и платом большеберцовой кости, и при отсутствии компрессии поперек сустава, они ограничивают контакт между суставными поверхностями. При статических состояниях с нагрузкой весом, мениски принимают на себя значительную несущую функцию коленного сустава. При нагрузке на сустав, контакт между мыщелками бедра и менисками повышается, и создается большая контактная зона посредством снижения стресса на мениско-суставную поверхность, защищая против механического повреждения как хондроцитов, так и внеклеточного матрикса. Совместно, мениски несут вес порядка 40%-70% нагрузки поперек коленного сустава.

Роль менисков как несущих вес структур были выявлены в изучении на кадаврах, когда изучали эффект сегментарной гемименискэктомии и высвобождения мениска на давление в медиальном отделе коленного сустава. Удаление кудального рога медиального мениска ведет к формированию локальной зоны высокого давления в каудальной области медиального мыщелка большеберцовой кости, отражающее давление выше 10 МРа. Данное нарушение давления на суставной хрящ расцениваются в роли фактора ведущего к дегенерации хряща после менискэктомии.

Ответ менисков на нагрузки, нанесенные на коленный сустав, происходят по причине их формы, хорошо-организованной структуры и природы прикрепления к большеберцовой кости и бедру.

Различные модели выявляли что мениски абсорбируют энергию посредством удлинения при нанесении нагрузки на колено. При сжатии сустава, клинообразные мениски выталкиваются периферически, и ориентированные по окружности волокна коллагена удлиняются (кольцевое напряжение, hoop stress).

Силы, требуемые для противопоставления радиальному расхождения мениска получаются от большого кольцевого напряжения развивающегося в сильных окружных пучках коллагеновых волокон вызываемых экструзивным эффектом. Данные кольцевые силы передаются к большеберцовой кости через краниальные и каудальные мениско-большеберцовые связки и присоединения медиальных коллатеральных связок. Важность интактных функциональных единиц (связки менисков, тела менисков и периферической губы) выявляется в момент высвобождения мениска (meniscal release) на передачу нагрузки через сустав. Пересечение каудальной мениско-большеберцовой связки медиального мениска вызывает повышение пикового контактного давления на 140% и снижает контактную зону на 50%. Центральный релиз мениска (середины тела) и гемименискэктомия вызываю схожие изменения, что далее демонстрирует что мениски должны рассматриваться как целая функциональная единица, которая включает интактные связки, периферическую губу и большую часть тела мениска.

Концепция факта, что мениск является функциональной единицей и должен служить как основание для принятия решения при лечении менисков, т.к. их сохранение дает лучшую длительную функцию.

Стабильность сустава

Мениски вносят вклад в стабильность колена повышая конгруэнтность бедренно-большеберцового сустава. Мениски дают вогнутость для относительно выпуклого плата большеберцовой кости. Их эффект очевиден, когда рассматривается что функция менисков снижает скос плата большеберцовой кости.

Данная роль различна у интактного сустава и при поражении крестовидных связок. При дефиците краниальной крестовидной связки – каудальный полюс мениска действует как клин, предотвращая дальнейший подвывих большеберцовой кости и поэтому играющий первичную роль в стабильности сустава. Данный клинообразный эффект повышает риск разрыва мениска, если не стабилизирован разрыв краниальной крестовидной связки.

Если нормальный коленный сустав, теряет мениски вызывая минимальную трансляцию, это предполагает, что мениски играют вторичную роль в стабильности сустава при интактных крестовидных связках. Вклад менисков в стабильность сустава и кинематику краниальной крестовидной связки при дефиците зависит от степени нестабильности.

При изучении на кадаврах оценивался вклад менисков к краниокадуальной стабильности при дефиците краниальной крестовидной связки, стабилизированной посредством TPLO, это частично исключает клинообразный эффект менисков, предполагая защитный эффект TPLO на мениски после операции. Однако, как предполагает заболеваемость разрыва связок после операции, TPLO может менее вероятно защищать мениски в период активности при прогулке по прямой линии. При более провоцирующей походке, внутренне-наружная ротационная нестабильность может быть более релевантна, чем простая краниокадуальная трансляция, как описано при прогулке на дорожке.

Биомеханика лечения менисков у собак экстенсивно изучается в попытках понимания эффекта мениска и функции сустава. Как описано одним автором, тотальная менискэктомия - недобрая процедура. Другие авторы обнаружили что менискэктомия коленного сустава ведет к видимым и микроскопическим дегенеративным изменения суставного хряща. Они отметили, что частичная менискэктомия ведет к менее тяжелым дегенеративным изменениям. Они верят, что существует прямое соотношение между степенью дегенеративных изменений и количеством удаленных тканей менисков. Это предположение было подтверждения в изучении на кадаврах, оценивая эффект серий менискэктомий на бедренно-большеберцовое контактное давление и натяжение менисков.

Один автор описал что малая (30% радиальной ширины) частичная менискэктомия имеет минимальный эффект на биомеханическую функцию менисков, тогда как большая (75% радиальной ширины) гемименискэктомия ведет к значительным изменения в механике менисков и бедренно-большеберцового контакта. Автор данного изучения предположил, что потеря периферических тканей менисков исключает эффект прокладки на мениски, что необходимо для развития кругового напряжения. Данный автор предположил, что для действия как эффективной функциональной единицы, менискам требует более чем 25% радиальной ширины периферических тканей менисков.

Используя сходную модель ex vivo, 75% частичная менискэтомия сравнивалась с восстановлением мениска для оценки, когда восстанавливается вертикальный продольный разрыв, локализованный в красно-красной зоне, это имело преимущество для функции нагрузки весом менисков. Восстановление менисков было эффективно в снижение пикового контактного давления и повышение зоны контакта, вызываемой разрывом ручки лейки (bucket-handle tear). В противоположность, частичная менискэтомия не вызывает изменения паттерна контактного давления, отмеченного под завернутым мениском. Хотя клинические рекомендации не должны основываться на кадавренных изучениях, интерпретация in vivo оценила эффект менискэтомии на прогресс остеоартрита, это строго указывает, что оправдан подход резекции менисков для сохранения большого количество функциональных тканей мениска. Консервативный доступ может быть также оправдан при субклинических разрывах мениска, закрута мениска может быть продлена для облегчения передачи нагрузки, как показано в случаях стабильных продальных разрывов в лабораторных изучениях.