Obr. 1. 9.
Typy kloubů – tvary kloubních ploch. (Klouby ruky.)
Typy kloubů – tvary kloubních ploch. (Klouby ruky.)
Kloub, articulatio (articulus) je pohyblivé, dotykové spojení dvou nebo více kostí, jejichž kontaktní plochy jsou povlečeny chrupavkou, mezi artikulujícími kostmi je štěrbina vymezená synoviální výstelkou (kloubní dutina) a konce kostí spojuje kloubní pouzdro.
Kloubní plochy na koncích artikulujících kostí jsou povlečené chrupavkou. Pro analýzu pohybu je u většiny kloubů výhodné rozlišovat kloubní hlavice a kloubní jamky. Hlavice bývají obvykle konvexní útvary; jamky jsou ploché nebo vykazují různý stupeň konkavity.
Geometrický tvar styčných ploch je velmi rozmanitý a spolu s vazivovým aparátem kloubu, poměrem velikosti hlavice a jamky i úpravou svalových skupin uložených kolem kloubu, rozhoduje o druhu a základním rozsahu pohybu.
Z kinematického hlediska můžeme všechny pohyby v kloubech rozdělit do dvou kategorií: úhlové a translační.
Tento typ klouzavého pohybu je realizován především v plochých kloubech, ale může se vyskytovat i v kloubech s nepravidelným zakřivením povrchů, tj. například ve válcovitých nebo sedlovitých kloubech. Translační a úhlové pohyby se v kinematice kloubů obvykle kombinují.
Úhlový i translační pohyb můžeme vztáhnout ke známému systému tří souřadnic (X,Y,Z) karteziánského systému, ve kterém se protínají i tři základní anatomické roviny (frontální – X, horizontální – Y a mediánní – Z). Kolem všech tří os je možné realizovat rotační pohyby; kolem osy X abdukci a addukci, kolem osy Y flexi a extenzi a kolem Z osy vnitřní a zevní rotaci.
Úhlové pohyby patří mezi prakticky nejvýznamnější typy pohybů, které jsou také nejčastěji vyšetřovány.
Čistý translační pohyb je méně častý a je i méně významný. Jde-li o pohyb kolem osy X, posunují se sousedící kosti v předozadním směru. Tímto uměle vyvolaným pohybem se např. vyšetřuje tzv. zásuvkový příznak v kolenním kloubu, sloužící k rozlišení poškození předního a zadního zkříženého vazu. Translace ve směru osy Y znamená boční a u končetinových kloubů velmi omezený pohyb. Translace podél Z osy je vlastně kompresí a dekompresí (distrakcí) kloubních povrchů.
Prakticky žádný rotační ani translační pohyb není geometricky ideální. Kloubní hlavice a jamky se tvaru geometrických těles pouze přibližují, a řada dalších kloubních struktur může rozsah i charakter pohybu značně modifikovat.
Tvar kloubních hlavic i kloubních jamek významně dotvářejí především kloubní chrupavky a některé další chrupavčité útvary kloubu.
Kloubní chrupavka, povlékající kloubní konce kostí, je typem sklovité (hyalinní) chrupavky. Pružná a sklovitě hladká chrupavka sice poměrně přesně kopíruje tvar kloubních konců, ale není rovnoměrně silná.
Její tloušťka se u větších kloubů pohybuje mezi 0,5–6 mm. Silnější bývá v centrech kloubních ploch, kde je také maximálně zatížená, a v místech, kde si sousedící kosti výrazně neodpovídají tvarem (např. zevní kloubní hrbol stehenní kosti a kloubní plocha holenní kosti).
U malých kloubů je kloubní chrupavka silná pouze asi 1 mm (např. u mezičlánkových kloubů prstů). Nejtlustší chrupavka (7–8 mm) je na kloubní ploše čéšky kolenního kloubu.
Hranice hluboké vrstvy chrupavky a kosti je nerovná – chrupavka je jakoby zaklesnuta do kosti. Také kostní kompakta, do které je kloubní chrupavka vsazena, má velmi funkční uspořádání. U silně zatížených kloubů (kolenní a kyčelní kloub) je silnější než vlastní kloubní chrupavka. U nezatížených kloubů (klouby prstů) je naopak velmi tenká.
Celková prostorová úprava vazivových vláken kloubní chrupavky – architektura chrupavky odpovídá jejímu zatížení. Většina vláken probíhá proto kolmo k ose pohybu. Chrupavka je svými vlákny kotvena do perichondria a do periostu na okrajích kloubních ploch a prostřednictvím zvápenatělé vrstvy i do kosti.
Kloubní chrupavka je ploténka i bez krevních a mízních cév i bez nervů. Látkovou výměnu chrupavky zajišťuje téměř výhradně synoviální tekutina.
Z biomechanického hlediska je kloubní chrupavka velmi porézní materiál, který se svým chováním podobá houbě schopné zadržet velké množství tekutiny. Proteoglykanové molekuly amorfní mezibuněčné hmoty vážou nejen obrovské množství vody, ale přítomnost chondroitínsulfátu a kys. hyaluronové výrazně zvyšuje také viskozitu vnitřního prostředí chrupavky.
Kloubní chrupavka má submikroskopické otvory (cca 6 nm), kterými je do chrupavky vtlačována a vytlačována synoviální tekutina. V biomechanice chrupavky hraje prostup této tekutiny naprosto klíčovou roli a chování chrupavky při deformaci je v podstatě určováno stupněm její nasycenosti synoviální tekutinou.
Při jakémkoliv zatížení kloubní chrupavky dochází k její pružné deformaci. Při deformaci je z amorfní mezibuněčné hmoty vytlačována synoviální tekutina do kloubní štěrbiny a zároveň roste denzita (hustota) mezibuněčné hmoty. Již v iniciální fázi fyziologického zatížení se z kloubní chrupavky uvolňuje až 60 % tekutiny (!), při odlehčení proudí synoviální tekutina opět zpátky do chrupavky, kam je nasávána osmotickými silami proteoglykanů.
Pružnost kloubních chrupavek není u všech kloubů stejná. Přesnější údaje pro jednotlivé klouby sice chybějí, ale obecně platí, že čím vyšší (silnější) je chrupavka, tím je i pružnější. Slabší okraje kloubních chrupavek proto nemohou absorbovat větší zatížení a na tlak reagují malou deformací, ale značným vzrůstem vnitřního napětí obloukovitě probíhajících kolagenních vláken.
Pružnost kloubních chrupavek s věkem klesá a snižuje se i jejich výška. Je třeba si ovšem uvědomit, že i tzv. „nezatížená" kloubní chrupavka je vystavena trvalému tlaku 6–8 kg na jeden cm2, který vyvolává svalový tonus!
Proudění synoviální tekutiny vnitřními prostory chrupavky není jen otázkou pružnosti kloubního povrchu. Proudění je i základním předpokladem látkové výměny chrupavky, tj. zabezpečuje přísun živin, např. glukózy.
Není-li chrupavka dlouhodobě zatěžována (např. při znehybnění kloubu) je porušená látková výměna především hlubších vrstev chrupavky, kde se rozpadají buňky. Pro látkovou výměnu a regeneraci kloubních chrupavek je proto optimální střídavé, intermitentní zatěžování.
Poraněná kloubní chrupavka v kloubní dutině poměrně dlouho přežívá, zvláště v mladším věku, a dokonce může i pomalu růst. Je to dáno velmi nízkou úrovní látkové výměny a anaerobním typem metabolismu chrupavky. Přes nebo právě pro tyto skutečnosti se poraněná chrupavka hojí špatně a větší defekty jsou nereparabilní.
Fyziologické opotřebení povrchu kloubních chrupavek není velké, a v dětství je kompenzováno i mírným růstem chrupavek. V dospělosti již chrupavka neroste a buněk naopak ubývá. Opotřebení povrchů je pak částečné, a je po určitou dobu kompenzováno zmnožením amorfní mezibuněčné hmoty, jejíž složení se ovšem také mění. Úbytek chondroitínsulfátu a kys. hyaluronové vede u starších osob ke ztrátě viskozity mezibuněčné hmoty chrupavky a ke snížení schopnosti chrupavky vázat vodu. Chrupavka se nejen celkově snižuje, ale obnažují se (demaskují se) i vazivová vlákna povrchových vrstev, která jsou tak vystavena přímému mechanickému přetížení pohybujících se kloubních ploch.
Tato anatomická změna ve stavbě chrupavek je pokládána za iniciální proces, kterým začíná nejčastější degenerativní onemocnění kloubů – arthrosis deformans (artróza). Demaskováním vazivových vláken jsou ohroženy především okrajové zóny chrupavek, které jsou tenčí a vlákna i nepoškozených chrupavek zde nemají dostatečné „krytí" mezibuněčnou hmotou.
K systému chrupavčitých struktur kloubu patří kloubní disky a menisky a chrupavčité lemy kloubních jamek.
Discus et meniscus articularis je chrupavčitá destička, vložená mezi kloubní konce kostí.
Rozdíl mezi diskem a meniskem není zásadní a spočívá v tom, že disk je plná, téměř stejně tlustá destička rozdělující vnitřní prostor kloubu na dvě štěrbiny. Meniskus má tvar srpu, tj. na okrajích je vysoký a směrem ke středu kloubní plochy se snižuje. Neodděluje tedy artikulující kloubní plochy úplně.
Disky a menisky jsou z velmi pevné vazivové chrupavky, tj. z chrupavky, ve které převažují svazky vláken nad buněčnou komponentou. Chrupavka převažuje v centru těchto útvarů; periferie disků i menisků je z hustého kolagenního vaziva, které přechází do vaziva kloubního pouzdra. (Různé specifické znaky a anatomické odlišnosti budou probrány u konkrétních kloubů.)
Disky a menisky mají řadu funkcí:
Labrum articulare je chrupavčitý lem obkružující okraje kloubní jamky kořenových kloubů horní a dolní končetiny (loketní a kyčelní kloub). Límcovité labrum je tvořeno tuhým kolagenním vazivem, které pouze u rozšířené báze přechází do vazivové chrupavky. Doplňuje tak kostěnou kloubní jamku a zvětšuje její hloubku. Největší chrupavčité lemy jsou vytvořeny u ramenního a kyčelního kloubu, kde zvyšují stabilitu kloubů. V případě kyčelního kloubu omezuje chrupavčitý lem i nežádoucí směr pohybu tím, že zabraňuje maximální abdukci dolní končetiny. Při běžném pohybu nejsou jednotlivé lemy zatěžovány a nedeformují se. Mají však významnou roli při roztírání synoviální tekutiny uvnitř kloubu.
Kloubní pouzdro spojuje artikulující kosti po obvodu jejich styčných ploch. U některých kloubů je pouzdro od okrajů kloubních povrchů dosti daleko a obvykle je i poměrně volné. Tato situace se týká především kloubů, u kterých jsou krajní polohy artikulujících kostí natolik extrémní, že by těsnější pouzdro omezovalo pohyb. Pokud má kloub chrupavčitý lem, pouzdro se upíná na jeho zevním obvodu a kloubní dutina (štěrbina) tvoří kolem lemu výchlipku.
Kloubní pouzdro má dvě vrstvy: zevní fibrózní membránu a uvnitř synoviální membránu. Synoviální membrána ohraničuje uvnitř kloubu kloubní dutinu. (Označení kloubní dutina – cavitas – je méně vhodné. Pokud není nitrokloubní prostor vyplněn patologickou tekutinou, např. krví nebo zánětlivým výpotkem, jde pouze o nepatrnou štěrbinu.)
Malé množství synoviální tekutiny povléká kloubní konce kostí, které jsou v těsném kontaktu nejen v důsledku „lepivosti" této tekutiny, ale i v důsledku svalového napětí, které zajišťuje vzájemný kontakt artikulujících kostí.
Fibrózní membrána kloubního pouzdra je tvořená vrstvou různě silného kolagenního vaziva. Membrána bývá na některých místech zpevněna vazy, které jdou buď jako ploché pruhy na povrchu pouzdra, nebo jsou integrální součástí pouzder. Zeslabená i zesílená místa kloubních pouzder hrají významnou roli v traumatologii kloubů.
Další zesílení kloubních pouzder zajišťují mimokloubní vazy a úpony nebo začátky svalů. Do fibrózní vrstvy kloubních pouzder se upínají i svaly kloubních pouzder – drobné svalové snopce odstupující z okolních svalů.
Fibrózní membrána kloubního pouzdra plní především mechanické funkce, zajišťující stabilitu a pohyblivost kloubů, které jsou dále umocněné přítomností zesilujících vazů, ligament. (Viz obr. 1.13.) V pouzdrech i ve vazech převažují paralelně probíhající kolagenní vlákna, mezi kterými jsou ojedinělé fibroblasty, které vlákna produkují. Elastických vláken je málo a nepočetné jsou i krevní kapiláry. Mm. articulares napínají kloubní pouzdra a zabraňují jejich uskřinutí mezi pohybujícími se konci kostí.
Fyziologické prodloužení vazů (4–6%) odpovídá biomechanickým vlastnostem kolagenních vláken, a je anatomickým základem všech cvičení, která umožňují zvětšení rozsahu pohybu v daném kloubu. Ve fibrózní vrstvě je zachována i buněčná kapacita nutná pro obnovu a hojení pouzdra. Podle velmi rozdílného způsobu reparace jednotlivých vazů i celých pouzder je zřejmé, že stavba fibrózní vrstvy je nejen u různých kloubů různá, ale i zastoupení jednotlivých typů kolagenu na stavbě pouzdra je zřejmě rozdílné, i když je obecně popisována převaha kolagenu I. typu. O těchto – biomechanicky i anatomicky velmi důležitých skutečnostech není téměř nic známo.
Synoviální membrána kloubního pouzdra téměř souvisle vystýlá vnitřní povrch kloubu. Membrána nekryje kloubní chrupavky ani disky a menisky – pokud jsou v kloubu přítomny. V některých kloubech vybíhá membrána ve výrazné řasy, tukové polštáře, klky a přepážky ozdělující kloubní „dutinu" do řady komplementárních prostorů.
Základ synoviální membrány tvoří nesouvislá vrstva plochých až kubických buněk, které vzdáleně připomínají fibroblasty. Tyto buňky – synovialocyty, mají ovoidní tvar s početnými mikroklky na povrchu, které vytvářejí morfologický předpoklad pro jejich aktivní roli při transportu látek mezi kloubní dutinou a okolní tkání. Mezi synovialocyty jsou četné mezery, kterými „prosvítají" jednak hlouběji uložené buňky, jednak kolagenní vlákna hlubších vrstev kloubního pouzdra. Synoviální membránu tedy netvoří na nitrokloubním povrchu pouze souvislá vrstva buněk, ale i vrstva kolagenních vláken.
Synovialocyty fagocytují, tvoří kolagenní vlákna a mezibuněčnou hmotu vazivové vrstvy kloubního pouzdra a produkují hyaluronovou kyselinu. Kyselina je součástí synoviální tekutiny, povlékající vnitřní povrch všech kloubů.
Synoviální tekutina je dialyzátem krevní plazmy a produktem buněk tvořících synoviální membránu (synovialocytů). K dialýze dochází přes stěnu kapilár, které probíhají těsně pod povrchem synoviální membrány, přes kterou se tekutina dostává do kloubní dutiny.
Složení i množství synoviální tekutiny v kloubu je velmi proměnlivé. U velkých kloubů končetin se množství tekutiny odhaduje na 2 – 4 ml (kolenní kloub) a pro její složení je typická přítomnost až několika tisíců buněk v 1 mm3. Jde především o některé typy bílých krvinek a o fagocytující buňky.
Transport látek přes synoviální membránu závisí na velikosti jejich molekuly. Malé molekuly (krystaloidy) procházejí štěrbinami mezi synovialocyty rychle a snadno v obou směrech. Toho lze využít při podávání léčiv do kloubní dutiny. Velké, např. proteinové molekuly procházejí pouze tehdy, jsou-li synovialocyty fagocytovány. Kloubní dutinu mohou pak opouštět mízními cévami, které doprovázejí krevní kapiláry. Tento proces je velmi pomalý a pohlcené zbytky jsou ve fagocytujících buňkách přítomny i po několika měsících.
Složení synoviální tekutiny: buňky cca 60 v 1 ml, bílkoviny 15-25 g/l, glukóza 66 mg/100 ml, kys. hyaluronová 2, 5–2,7 g/l, pH 7, 4–7,7.
Kyselina hyaluronová je vázána na bílkoviny synoviální tekutiny, s nimiž vytváří obrovské molekulární komplexy. Samotná kyselina tvoří trojrozměrné prostorové sítě, které svojí hustotou omezují pohyb ostatních látek v roztoku a vytváří tenký film oddělující třecí povrchy kloubních chrupavek. Tření tak probíhá především přímo v lubrikační vrstvě, a kloubní povrchy jsou méně opotřebovány. Patologické procesy (např.záněty), které mění složení synoviální tekutiny, mění i tribologické („mazací“) vlastnosti synoviální tekutiny. Důsledkem těchto změn je obvykle poškození chrupavek. Za fyziologických podmínek se kloubní plochy po sobě pohybují s třením, které odpovídá tření dvou kousků ledu. Hlavní součástí kloubního „mazadla" - synoviální tekutiny, je kyselina hyaluronová.
Reparace (hojení) synoviální výstelky má rozhodující význam pro hojení kloubních chrupavek, a tím i pro udržení funkčnosti celého kloubu. Synovialocyty nevykazují za běžných okolností žádnou mitotickou aktivitu, ale buňky subsynoviální a vazivové vrstvy kloubního pouzdra jsou potenciálním zdrojem hojivých procesů, takže odstraněná synoviální výstelka do šesti měsíců regeneruje.
