Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Мениски представляют собой волокнисто-хрящевые структуры в форме полумесяца с клиновидными поперечными сечениями, которые увеличивают углубление плато большеберцовой кости, передают нагрузку через сустав, обеспечивают амортизацию и повышают стабильность коленного сустава [1]. Мениски имеют вогнутую верхнюю поверхность, чтобы соответствовать выпуклой поверхности мыщелка бедренной кости, а также плоскую нижнюю поверхность, чтобы соответствовать относительно плоскому плато большеберцовой кости [2]. Клиновидная форма мениска позволяет ему оптимизировать передачу осевых нагрузок через сустав и минимизировать пиковые контактные давления на поверхности суставного хряща за счет улучшения площади контакта сустава между плоским плато большеберцовой кости и округлым мыщелком бедренной кости [2]. Кроме того, его эластичность позволяет ему функционировать в качестве амортизатора внутри сустава [2]. В результате любой дефицит мениска может привести к ускоренным дегенеративным изменениям, а резекция всего лишь 10% мениска может способствовать развитию хондральных поражений, а также снижению субъективных и объективных показателей клинического исхода [2]. В дополнение к своей роли в минимизации контактного давления на суставной хрящ мениски также выполняют функцию вторичных стабилизаторов коленного сустава. Медиальный мениск в основном способствует передне-заднему перемещению, в то время как латеральный мениск помогает противостоять вращательному движению [2].

Цель исследования – обобщить ключевые клинически значимые анатомические и биомеханические принципы медиального и латерального менисков.

Анатомические данные

Медиальный мениск имеет размер приблизительно 45,7 мм в длину и 27,4 мм в ширину [1]. Его можно разделить на пять зон [3], которые включают в себя переднее прикрепление корня (зона 1), переднемедиальную зону между задней границей переднего корня и передней границей поверхностной медиальной коллатеральной связки (зоны 2A и 2B), участок мениска, который прилегает к поверхностной медиальной коллатеральной связке (зона 3), задний рог (зона 4) и задний корень (зона 5). С клинической точки зрения следует отметить, что зона 4 является наиболее распространенным местом разрыва мениска и, соответственно, зоной, где чаще всего выполняется его восстановление [2; 4]. Исследования показали, что медиальный мениск занимает от 51 до 74% площади поверхности медиального плато большеберцовой кости [5]. В исследовании K. Bloecker и соавт. была предпринята попытка изучить это свойство с помощью МРТ. Авторы обнаружили, что медиальный мениск покрывает 50% медиального плато большеберцовой кости [6].

Латеральный мениск имеет размер приблизительно 35,7 мм в длину и 29,3 мм в ширину [2]. Его можно разделить на шесть зон [3]. К ним относятся передний корень (зона 1), переднелатеральная зона между передним корнем и передней границей подколенного промежутка (зоны 2A и 2B), подколенный промежуток (зона 3), задненижний подколенно-менисковый пучок (зона 4), связочная зона (зона 5) и задний корень (зона 6). Анатомические исследования показали, что латеральный мениск занимает от 75 до 93% площади поверхности латерального плато большеберцовой кости [2; 7]. По результатам исследования, проведенного K. Bloecker и соавт., было обнаружено, что латеральный мениск покрывает 59% латерального плато большеберцовой кости [8].

Мениски прикреплены к плато большеберцовой кости через их передние и задние корешки и удерживаются медиальной коллатеральной связкой, поперечной связкой, менискотибиальными связками и менискофеморальными связками [9]. Корни мениска представляют собой связкообразные структуры с фиброзно-хрящевыми соединениями [9]. Они необходимы для функционирования, поскольку закрепляют мениск, преобразуя осевые нагрузки в кольцевые напряжения, и предотвращают выдавливание во время нагрузки на сустав [10]. Менискотибиальная связка фиксирует весь наружный край медиального мениска к медиальному плато большеберцовой кости [2]. Медиальный мениск также прикреплен к задней косой связке и заднемедиальной капсуле [2]. Большая часть внешней границы латерального мениска прикреплена к латеральному плато большеберцовой кости менискотибиальной связкой [4]. Латеральная менискотибиальная связка тоньше и эластичнее медиальной [4]. Кроме того, пересечение подколенного сухожилия частично нарушает это периферическое прикрепление [4]. В совокупности эти свойства позволяют латеральному мениску обладать повышенной подвижностью по сравнению с более статичным медиальным мениском.

Корни менисков

Понимание анатомии корней имеет решающее значение для клинической практики, поскольку нарушение методики восстановления общей анатомической структуры мениска может нарушить его функцию [11]. Структурно неповрежденные корни мениска сохраняют биомеханическую способность преобразовывать осевые нагрузки в кольцевые напряжения, предотвращать выдавливание и уменьшать нагрузку на суставной хрящ [12]. Деформированный корень мениска приводит к неспособности преобразовывать сжимающие нагрузки в кольцевые напряжения, а также приводит к обширному выдавливанию мениска из сустава [13]. Биомеханически это приводит к увеличению контактного давления на суставной хрящ, сопоставимого с усилием в колене после тотальной менискэктомии [14]. Клинически это проявляется быстрым прогрессированием остеоартроза [12; 14]. Последующие исследования продемонстрировали клиническую пользу анатомического восстановления корня мениска. Например, недавний метаанализ, проведенный A.K. Perry и соавт., продемонстрировал, что анатомическое восстановление разрывов медиального мениска заднего корня приводит к значительному улучшению биомеханических и клинических результатов [15].

Передняя межменисковая связка

Передняя межменисковая связка соединяет передние рога медиального и латерального менисков [2]. Она имеет в среднем 33 мм в длину и 3 мм в ширину [2]. C.M. Laprade и соавт. отметили, что передняя межменисковая связка присутствовала только в шести из двенадцати включенных в исследование образцов коленного сустава, полученных от трупов [12]. В этих шести образцах центр переднемедиального корня мениска находился на расстоянии 11,4 ± 1,9 мм от центра медиального прикрепления передней межменисковой связки. Кроме того, передняя межменисковая связка была прикреплена к заднемедиальной части переднемедиального рога мениска во всех исследованных образцах. Относительно центра переднего латерального корня мениска центр латерального прикрепления передней менисковой связки находился на расстоянии 19,2 ± 4,4 мм друг от друга. Было также обнаружено, что передняя связка мениска прикреплена к переднелатеральной стороне переднего корня латерального мениска во всех шести образцах с этой связкой.

Хотя функция этой связки неясна, было предложено несколько теорий. Некоторые авторы выдвинули теорию, что связка играет потенциальную роль стабилизатора мениска при движении колена и играет роль в сенсомоторной функции колена [16; 17].

Фиксирующий аппарат медиального и латерального менисков

Ключевыми фиксирующими анатомическими структурами медиального мениска являются заднее менискокапсулярное соединение, задняя менискотибиальная связка, задняя косая связка, глубокая медиальная коллатеральная связка и полуперепончатое сухожилие. Менискотибиальные связки по окружности прикрепляют периферический край медиального и латерального менисков к краю мыщелка большеберцовой кости [2]. Медиальная менискотибиальная связка является более толстой и прочной структурой и ограничивает относительную подвижность медиального мениска. Она соединяется с задней капсулой, образуя сросшееся прикрепление к заднему рогу мениска [2]. Разрыв медиальной менискотибиальной связки называется поражением ската, когда она прилегает к заднему рогу медиального мениска и может привести к смещению медиального мениска с варусно-вальгусным напряжением и переднемедиальной ротационной нестабильностью [2; 18].

Задняя косая связка (ЗКС) состоит из двух структур. Нижняя менискофеморальная связка прикрепляет мениск к бедренной кости, имеет длину 8,2 ± 2,1 мм и прикрепляется на расстоянии 34,1 ± 6,7 мм от заднемедиального корня мениска [19]. Нижняя менискотибиальная связка прикрепляет медиальный мениск к большеберцовой кости, имеет длину 9,0 ± 2,3 мм и прикрепляется на 6,7 ± 1,7 мм ниже края суставного хряща медиального плато [19]. Середина медиального мениска прочно прикреплена к глубокой медиальной коллатеральной связке (МКС). МКС соединяется с передней менискофеморальной связкой и переднемедиальной капсулой. Он имеет менискофеморальный компонент и менискотибиальный компонент. Его менискофеморальное прикрепление имеет среднюю длину 14,8 ± 3,8 мм и центр, который находится на расстоянии 45,9 ± 7,0 мм медиальнее центра заднемедиального корня мениска [9]. Менискотибиальный компонент МКС имел длину 17,7 ± 3,4 мм и располагался на 6,4 ± 1,9 мм ниже края суставного хряща латерального плато большеберцовой кости [19]. Наконец, передняя ветвь полуперепончатого сухожилия имела фасциальное прикрепление к медиальному мениску длиной 9,2 ± 2,1 мм [19].

Понимание анатомии фиксирующего аппарата латерального мениска имеет решающее значение, поскольку разрывы заднего рога латерального мениска трудно поддаются лечению из-за присущей ему повышенной подвижности [20]. Латеральная менискотибиальная связка имеет длину 12,8 ± 3,9 мм [20]. Она тоньше и эластичнее относительно медиальной стороны, и в ней также отсутствуют дискретные утолщения, наблюдаемые на медиальной менискотибиальной связке [2]. Он также отсутствует на протяжении всего подколенного промежутка [20]. Эти свойства делают латеральный мениск по своей природе более подвижным, чем медиальный. Заднелатеральное прикрепление капсулы составляет 11% от общей высоты заднего рога латерального мениска и находится на 7,6 ± 2,5 мм выше края суставного хряща большеберцовой кости [20]. Верхняя часть подколенной щели имеет среднюю длину 12,1 ± 2,5 мм, а ее центр начинается на расстоянии 33,6 ± 3,7 мм от центра заднего корня латерального мениска [20]. Нижняя часть подколенного промежутка имеет изогнутую длину 36,9 ± 6,0 мм и начинается на расстоянии 22,8 ± 4,2 мм от центра заднего корня латерального мениска [20].

Дополнительные прикрепления к латеральному мениску включают подколенно-менисковые пучки, менискофибулярную связку и менискофеморальную связку. Подколенно-менисковые пучки прочно прикрепляются от подколенного сухожилия к латеральному мениску [20]. Существует три подколенно-менисковых пучка: передне-нижний, задневерхний и задненижний [20; 21]. Передне-нижний пучок имеет длину 8,0 ± 1,9 мм и прикрепляется на 4,6 ± 2,3 мм выше края суставного хряща большеберцовой кости [20]. Задневерхний пучок имеет длину 6,5 ± 1,5 мм и прикрепляется на 6,2 ± 1,9 мм выше края суставного хряща большеберцовой кости [20]. Задненижний пучок проходит от нижнего края латерального мениска к подколенной фасции в заднем и дистальном направлении, хотя он не визуализируется при артроскопии и его существование оспаривается некоторыми авторами. Передне-нижний пучок образует дно подколенной щели, в то время как задневерхний пучок образует крышу подколенной щели [2]. Вместе эти пучки предотвращают медиальное смещение латерального мениска, и повреждения этих структур приведут к медиальному подвывиху мениска, боли в колене с боковой стороны и запиранию [22]. Повреждения этих структур часто происходят при сопутствующих повреждениях передней крестообразной связки (ПКС) и заднебокового угла (ЗБУ) [20].

Менискофибулярная связка берет начало от латерального мениска и входит в головку малоберцовой кости, непосредственно перед началом подколенной мышцы [2]. Сообщалось, что его ширина колеблется от 8 до 13 мм, длина колеблется от 13 до 22 мм, а средняя толщина составляет 3,84 мм [23]. Она имеет неясную функцию и, как полагают, помогает латеральной менискотибиальной связке контролировать передне-заднее перемещение и внешнюю ротацию латерального мениска [2]. Это также может играть роль вторичного ограничителя варусной деформации и внешней ротации коленного сустава [2].

Наконец, существуют две менискофеморальные связки: связка Хамфри, которая является передней менискофеморальной связкой, и связка Врисберга, которая является задней менискофеморальной связкой [3; 24]. Связка Хамфри проходит спереди от задней крестообразной связки, а связка Врисберга проходит сзади от задней крестообразной связки [2]. Передняя менискофеморальная связка прикрепляется на расстоянии 5,5 ± 2,9 мм от центра заднего корня латерального мениска, а задняя менискофеморальная связка прикрепляется на расстоянии 11,5 ± 4,4 мм от центра заднего корня латерального мениска [20]. Менискофеморальные связки функционируют для соединения латерального заднего рога мениска с латеральной границей медиального мыщелка бедра [2]. Биомеханически они способствуют предотвращению выдавливания латерального мениска, а также обеспечивают вторичное ограничение заднего перемещения большеберцовой кости [24].

Биомеханика

Свойства распределения нагрузки мениска обеспечивают большую площадь контакта и снижение контактного давления в большеберцово-бедренном суставе [25]. Это особенно важно в латеральном отделе, где 70% нагрузки передается на латеральный мениск, по сравнению с 50% в медиальном отделе, из-за большей роли латерального мениска в обеспечении конгруэнтности сустава [25]. В дополнение к исследованию A.M. Ahmed и D.L. Burke, которое продемонстрировало уменьшение площади контакта на 50-70% и последующее увеличение контактного давления после медиальной менискэктомии, многочисленные недавние лабораторные исследования продемонстрировали влияние различных патологий менисков на биомеханику, кинетику и кинематику коленного сустава [26].

Биомеханика патологии мениска

Вертикальные разрывы мениска проходят параллельно периферическим волокнам экстрацеллюлярного матрикса и с меньшей вероятностью нарушают биомеханическую функцию мениска, поскольку эти разрывы обычно не нарушают способность мениска преобразовывать осевые нагрузки в кольцевые напряжения. Например, K.S. Goyal и соавт. не обнаружили разницы в контактных давлениях между образцами с неповрежденным боковым мениском по сравнению с образцами с искусственно созданным вертикальным разрывом [27]. Хотя это может быть верно для тела мениска, вертикальные разрывы в рогах мениска могут быть более проблематичными. Недавнее исследование методом конечных элементов, проведенное K. Zhang и соавт., продемонстрировало, что вертикальные разрывы на рогах менисков увеличивают пиковые сжимающие и сдвигающие напряжения на менисках, хрящах и субхондральной кости как при статическом, так и при динамическом моделировании сгибания [28]. Авторы сообщили о более значимых биомеханических изменениях после разрывов медиального мениска и заднего рога. Это дополнительно подтверждается исследованием Z. Chen и соавт., которое продемонстрировало снижение контактного давления после продольного разрыва медиального мениска [29].

Как и вертикальные разрывы, горизонтальные разрывы не разрушают коллагеновые волокна по окружности. Однако горизонтальные разрывы действительно имеют более высокую корреляцию с измененной биомеханикой. В исследовании, проведенном в 2017 году B.S. Beamer и соавт., сообщалось об увеличении контактного давления на 70% по всем углам сгибания [30]. Более того, при лечении этого типа разрыва с помощью частичной менискэктомии предыдущие исследования показали, что резекция одной медиальной створки мениска увеличивает контактное давление на 33-46%, в то время как резекция обеих створок увеличивает давление на 75-79% [31].

Радиальные разрывы - это разрывы, которые проходят перпендикулярно коллагеновым волокнам по окружности и могут нарушить способность мениска преобразовывать нагрузки в кольцевые напряжения. Большие радиальные разрывы и разрывы корня могут быть функционально эквивалентны тотальной менискэктомии, поскольку они полностью разрушают коллагеновые волокна по окружности мениска, что приводит к функциональной недостаточности мениска [32]. При частичных разрывах лучевой кости мениск в определенной степени сохраняет присущую ему биомеханическую функцию. Исследования, проведенные с использованием трупного материала, показали, что частичные разрывы до 60-66% ширины мениска практически не влияют на свойства мениска рассеивать нагрузку [33].

Подобно радиальным разрывам, разрывы корня мениска также функционально эквивалентны тотальной менискэктомии. Корни менисков прикрепляют мениски к большеберцовой кости, чтобы предотвратить выдавливание и облегчить функцию мениска [2]. Подобно радиальным разрывам, корневые разрывы также не позволяют мениску преобразовывать осевые нагрузки в кольцевые напряжения [32]. Такая картина разрыва приводит к полному функциональному отказу мениска и подвергает коленный сустав высокому риску ускоренных дегенеративных изменений и нарушению биомеханики/кинематики. Контролируемое исследование, проведенное R. Allaire и соавт. на трупном материале, продемонстрировало, что разрывы корня мениска приводят к увеличению латерального смещения большеберцовой кости и увеличению углов приведения колена [34]. Эти результаты, по-видимому, применимы к кинематике in vivo. Исследование C.A. Marsh и соавт. продемонстрировало, что дисфункция медиального корня мениска значительно увеличивает латеральное смещение большеберцовой кости при ходьбе по ровной поверхности, ходьбе с наклоном и приседании на корточки [35]. Y. Ishii и соавт. использовали инерционные датчики движения для оценки походки у пациентов с дисфункцией корня мениска, сообщив о положительной корреляции между величиной увеличения экструзии мениска при переносе веса и увеличением боковой тяги колена [36]. Варусная тяга уже давно признана фактором риска прогрессирования поражения хряща медиального отдела и прогрессирования остеоартроза коленного сустава [37]. Характер походки с варусным толчком является основной особенностью одного из четырех различных типов походки при тяжелом остеоартрозе коленного сустава, описанного G. Leporace и соавт., который авторы считают более значимым признаком, чем пиковые суставные углы [38].

Кинетика коленного сустава

Момент приведения колена (МПК) является хорошо зарекомендовавшим себя кинетическим показателем, который коррелирует с нагрузкой на медиальный отдел колена во время работы с отягощениями [39]. МПК является результатом как силы опоры, действующей на коленный сустав во время фазы стойки, так и перпендикулярного расстояния, на которое эта сила действует от центра сустава. Больший МПК приводит к увеличению варусной нагрузки и нагрузок на медиальный сустав, которые напрямую коррелируют с толщиной суставного хряща медиального отдела и прогрессированием остеоартроза коленного сустава [40].

Мениск играет важную роль в нормализации давления, испытываемого в коленном суставе. J.B. Thorlund и соавт. провели трехмерный анализ походки 23 пациентов с разрывом медиального мениска без остеоартроза коленного сустава до и через 1 год после частичной менискэктомии. Несмотря на значительное улучшение показателей по шкале оценки функционального состоянияколенного суставапосле перенесеннойтравмыиостеоартроза (KOOS), наблюдалось постоянное увеличение пика МПК после менискэктомии по сравнению с контралатеральной конечностью [41]. Кроме того, M. Hall и соавт. сообщили об увеличении пикового момента сгибания колена (МСК) при 2-летнем наблюдении за пациентами после частичной менискэктомии [42]. Совокупность этих исследований дополнительно указывает на роль менискэктомий в прогрессировании остеоартроза, поскольку повышенный МСК был связан с износом хряща на ранних стадиях остеоартроза, в то время как повышенный МПК тесно связан с более тяжелым течением остеоартроза.

Об одной и той же картине аномальной кинетики сообщалось в различных исследованиях, сравнивающих частичную менискэктомию и восстановление мениска в условиях реконструкции ПКС. J.J. Capin и соавт. оценили спортивную когорту пациентов после завершения полной реабилитации на фоне реконструкции ПКС [43]. Авторы использовали проверенную электромиографическую модель опорно-двигательного аппарата и классифицировали группы в соответствии с сопутствующим лечением медиального мениска. Пациенты в группе частичной менискэктомии продемонстрировали более высокий пик МПК в оперированной конечности по сравнению с контралатеральной конечностью; однако такого увеличения МПК не наблюдалось у пациентов с интактным мениском и в группах восстановления мениска. Оцененные силы контакта медиального большеберцово-бедренного отдела также были увеличены в группе менискэктомии по сравнению с двумя другими группами через 2 года наблюдения [44].

Кинематика коленного сустава

Мениск играет важнейшую роль в физиологической кинематике коленного сустава in vivo. Существует множество данных, демонстрирующих изменение кинематики коленного сустава при неоптимальной функции мениска. В исследовании Y. Zhang и соавт. изучалась кинематика походки у пациентов с дефицитом ПКС с повреждениями мениска или без них [45]. Авторы продемонстрировали, что повреждения мениска нарушают физиологическую кинематику, и это изменение нормальной функции колена зависело от локализации разрыва мениска. У пациентов с сопутствующими разрывами медиального и латерального менисков наблюдалась аномальная сагиттальная экскурсия, особенно переднее смещение большеберцовой кости, в то время как у пациентов с изолированным разрывом медиального мениска наблюдалось значительное увеличение латерального смещения большеберцовой кости. A. Hosseini и соавт. сообщили о похожих результатах при подъеме по лестнице с помощью динамической рентгеноскопической оценки [46]. Последующее исследование, посвященное трехмерному анализу походки, продемонстрировало значительно увеличенные углы поворота в осевой плоскости в течение всего цикла ходьбы у пациентов с сопутствующими нестабильными разрывами мениска по сравнению с изолированными разрывами ПКС [47]. Аналогичным образом, отдельное исследование S. Ren и соавт. продемонстрировало увеличенную внешнюю ротацию большеберцовой кости во время фазы предварительного поворота у пациентов с дефицитом ПКС с сопутствующими разрывами заднего рога медиального мениска [48].

Заключение

Разрывы менисков могут вызвать серьезные функциональные, биомеханические и кинематические нарушения в коленном суставе, приводящие к ускоренной дегенерации суставного хряща. Глубокое понимание количественных и качественных взаимосвязей мениска и его фиксирующего аппарата с ключевыми артроскопическими ориентирами позволит хирургу анатомически устранить патологию мениска и восстановить естественную биомеханику сустава.