Когда вы работаете с пациентами, у которых проблемы со стопой или голеностопным суставом, учитываете ли вы все важные механизмы и мышцы, которые обеспечивают стабильность и оптимальное функционирование стопы?
Стопа представляет собой сложную структуру – например, в ней находится двадцать мышц, не говоря уже о сухожилиях внешних мышц. Благодаря достижениям современной науки и биомеханических технологий мы теперь располагаем большим количеством информации о функции внутренних мышц стопы, чем когда-либо прежде. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что эти мышцы небольшие, но их вклад в функционирование стопы и голеностопного сустава просто огромен!
Давайте подробнее рассмотрим их роль в функционировании стопы и почему эти маленькие, но мощные мышцы следует учитывать в вашей клинической практике.
Структура внутренних мышц стопы и их влияние на ее функционирование
Начало и прикрепление внутренних мышц стопы находятся на стопе. Это ключевая отличительная черта от внешних мышц, которые берут свое начало на голени, и посредством своих длинных сухожилий соединяют ее со стопой.
К внутренним мышцам стопы относятся:
- Мышца, отводящая большой палец стопы (ABH).
- Короткий сгибатель пальцев (FDB).
- Квадратная мышца подошвы (QP).
- Мышца, отводящая мизинец (ADM).
- Короткий сгибатель большого пальца стопы (FHB).
- Мышца, приводящая большой палец стопы (ADDH).
- Червеобразные мышцы стопы (LUMB).
- Подошвенные (P-INT) и тыльные межкостные (D-INT) мышцы.
- Короткий сгибатель мизинца стопы (FDM).
- Короткий разгибатель пальцев стопы (EDB).
- Короткий разгибатель большого пальца стопы (EHB).
Внутренние мышцы стопы в основном расположены на подошвенной поверхности стопы, за исключением короткого разгибателя пальцев стопы, короткого разгибателя большого пальца стопы и тыльных межкостных мышц (хотя последние часто считаются частью глубокого слоя, поскольку они расположены между плюсневыми костями). Большинство этих мышц проходят параллельно продольной оси стопы и анатомически сконструированы таким образом, чтобы создавать крутящий момент вокруг продольных сводов.
Морфология внутренних мышц стопы
Размер внутренних мышц стопы (и, соответственно, потенциал силы) значительно варьируется от мышцы, отводящей большой палец стопы, которая обычно является самой большой (площадь поперечного сечения 7 см2; объем 15 см3), до червеобразных мышц стопы, которые считаются самыми маленькими (площадь поперечного сечения <0,25 см2; объем <1 см3) (Kura H, 1997). Примерно 40% от общего объема мышц стопы приходится на мышцу, отводящую большой палец, которая вносит важный функциональный вклад первого луча и медиального продольного свода в функцию стопы. Стоит отметить, что хотя некоторые мышцы, такие как отдельные дорсальные и подошвенные межкостные мышцы, считаются небольшими (площадь поперечного сечения <3 см2), если рассматривать их объем в совокупности, они составляют значительную часть (~20%) общего объема мышц стопы (и, следовательно, вносят существенный вклад в генерирование силы).
Архитектура внутренних мышц стопы
Большинство внутренних мышц стопы являются однопенатными или двухпенатными, что позволяет предположить, что их функция не связана ни с высокой производительностью силы, ни с высокой экскурсией (Ledoux WR, 2001; Tosovic D, 2012). Углы пеннации обычно невелики — даже мышца, отводящая мизинец, имеющая самый большой угол пеннации (19,1°), прикладывает 95% своей силы в направлении оси сухожилия (Ledoux WR, 2001). Отношение длины волокон к длине мышцы низкое для большинства внутренних мышц стопы, что говорит о том, что их конструкция направлена в большей степени на генерирование силы, а не на экскурсию (Kura H, 1997). Это, вероятно, имеет смысл, если мы думаем о функции стопы — мы не видим больших диапазонов движения в стопе по сравнению с голеностопным суставом. Это подтверждает описание их роли в качестве стабилизатора/опоры, амортизатора и источника проприоцептивной информации (McKeon PO, 2015).
Мультисегментация обеспечивает возможность генерировать различные векторы силы
В анатомических исследованиях описана многосегментность отдельных внутренних мышц стопы, причем каждая мышца содержит не менее трех четко различающихся сегментов (Tosovic D, 2012). Это говорит о способности центральной нервной системы генерировать различные векторы силы. Преимуществом такой системы является возможность точной настройки движений путем целенаправленного сокращения определенных сегментов мышц и создания уникальных дифференцированных линий силы. Эта особенность конструкции имеет смысл, если вспомнить о чрезвычайно разнообразных требованиях к работе стопы.
Высокая плотность мышечных веретен указывает на сенсорную роль внутренних мышц стопы
Мышечные веретена считаются важным источником проприоцепции (Röijezon U, 2015). Стимулом для мышечного веретена является длина мышцы, то есть растяжение или удлинение рецептора. Мышечные веретена разбросаны по всем скелетным мышцам, и их количество в каждой отдельной мышце зависит не только от ее размера (Peck D, 1984). На самом деле внутренние мышцы стопы имеют значительно более высокую плотность мышечных веретен, чем внешние мышцы, и сравнимы с мелкими мышцами кисти!
Функционирование этих мышц может быть неотъемлемой частью нейромышечного аспекта стабильности стопы и голеностопа. Действительно, исследования показывают, что афферентный вход от внутренних мышц стопы предоставляет значительную информацию о положении и смещении стоящего тела (Knellwolf TP, 2019; Viseux FJF, 2020; Felicetti G, 2021). Эта сенсорная роль также имеет смысл, учитывая их анатомическую конфигурацию. Им не хватает механических преимуществ для осуществления больших движений в суставах, но они выгодно расположены для получения сенсорной информации (через реакцию растяжения) об изменениях в положении свода стопы (McKeon PO, 2015).
Вклад внутренних мышц стопы в функцию нижней конечности
Баланс
Исследования показали, что активация внутренних мышц стопы и сила сгибателей пальцев коррелируют с показателями равновесия. С помощью тонкопроволочной электромиографии исследователи сообщили, что активность мышцы, отводящей большой палец стопы, короткого сгибателя пальцев и квадратной мышцы подошвы коррелирует с медиолатеральным раскачиванием тела во время выполнения задания на удержание равновесия на одной ноге (Kelly LA, 2012). Более активное задействование этих мышц во время смещения центра давления в медиальную сторону указывает на их роль в поддержании баланса. В нескольких исследованиях сообщалось, что сила мышц-сгибателей пальцев стопы является важным фактором, определяющим способность поддерживать равновесие и функциональную способность у пожилых людей в возрасте 60-90 лет (Menz HB, 2005; Mickle KJ, 2009; Spink MJ, 2011). В одном из исследований (Mickle KJ, 2009) данные более 300 взрослых в возрасте 60-90 лет показали, что снижение силы мышц-сгибателей пальцев стопы связано с повышенным риском падений. При увеличении силы мышц большого пальца на 1 % массы тела вероятность падения снижалась почти на 7%.
В систематических обзорах сообщается, что сила сгибателей пальцев стопы способствует улучшению постурального баланса у людей старше 60 лет и что у пожилых людей, которые занимались укреплением внутренних мышц стопы, улучшилась их сила и баланс (Quinlan S, 2020; Futrell EE, 2021). В другом систематическом обзоре, включавшем бессимптомные и симптоматические группы населения разного возраста, также сообщается, что упражнения для внутренних мышц стопы улучшают равновесие (Jaffri A, 2022). В некоторых исследованиях сообщалось о снижении частоты падений, несмотря на отсутствие изменений в силе, и это может быть связано с предполагаемой сенсорной ролью этих мышц — ощущать положение стопы и производить постуральную коррекцию (McKeon PO, 2015). Это, по-видимому, более актуально для пожилых людей, поскольку в другом систематическом обзоре, обобщившем исследования, проведенные в основном среди здоровых молодых людей, был сделан вывод о том, что существует очень низкая степень достоверности доказательств благоприятного влияния мероприятий, направленных на увеличение силы внутренних мышц стопы, на динамический контроль равновесия (Willemse L, 2022).
Укрепление передней части стопы для пропульсии
Ходьба и бег
Исторически сложилось так, что плантарная фасция считается основополагающей для двух механизмов, которые, как полагают, являются неотъемлемой частью стопы человека при ходьбе и беге — лебедочного механизма и арочно-пружинного механизма (Hicks JH, 1954; Ker RF, 1987). Недавние биомеханические исследования дали новое представление о том, что активное участие собственных мышц стопы также важно (Farris DJ, 2019, 2020).
Исследователи изучили механику ходьбы и бега у девяти бессимптомных людей с блокадой большеберцового нерва и без нее (Farris DJ, 2019). Блокада большеберцового нерва была выполнена для предотвращения сокращения внутренних мышц стопы. При блокаде большеберцового нерва жесткость плюснефаланговых суставов уменьшалась, а положительная сила, производимая стопой и голеностопным суставом в конце фазы опоры (т. е. при отталкивании), была меньше. В то время как работа, выполняемая стопой и голеностопом, уменьшалась при блокаде нерва, увеличивалась работа, выполняемая тазобедренным суставом. На основании этих результатов исследователи предположили, что активация внутренних мышц стопы необходима для достаточной жесткости передней части стопы, чтобы создать жесткий рычаг по отношению к земле для отталкивания. В последующем исследовании (Farris DJ, 2020) те же исследователи сообщили, что растяжение плантарной фасции (через механизм лебедки) не может объяснить жесткость стопы, которая наблюдалась при увеличении усилия отталкивания и силы контакта стопы с землей, и что электромиографические записи позволяют предположить, что внутренние мышцы стопы также вносят свой вклад в напряжение, возникающее по всей стопе.
Прыжки
Исследователи продемонстрировали, что внутренние мышцы стопы также влияют на механику голеностопного сустава во время прыжков, активно регулируя рычаг стопы в фазе толчка (при вертикальных прыжках) (Smith R, 2022). В других исследованиях сообщалось, что сила сгибателей пальцев стопы и размер внутренних мышц стопы связаны с результативностью прыжков, включая высоту/дальность прыжка и реактивность (способность прыгать выше с минимальным временем контакта) во время повторных прыжков с отскока у взрослых и детей (Morita N, 2015; Yamauchi J, 2020; Morikawa M, 2021; Arima S, 2023). Тренировка внутренних мышц стопы, особенно выполнение упражнений на сгибатели пальцев, может быть потенциальной целью для людей, занимающихся бегом и прыжками или спортом. Однако в настоящее время существует ограниченное количество фактов, подтверждающих это, и необходимы дальнейшие высококачественные рандомизированные исследования (Goldmann J-P, 2013).
Модуляция поглощения и генерация энергии
Биомеханические исследования показывают, что при выполнении различных задач, включая ходьбу, бег, прыжки и приземление, внутренние мышцы стопы способствуют поглощению и выработке стопой энергии (Riddick R, 2019; Kelly LA, 2019; Smith RE, 2022). Их ключевой отличительной особенностью по сравнению с другими структурами, такими как плантарная фасция и плантарная жировая подушка, является то, что они могут активно изменять энергетический потенциал стопы в ответ на изменяющиеся требования к ее функции. Исследование динамики мышечно-сухожильного аппарата короткого сгибателя пальцев во время шага, прыжка и приземления показало, что энергия накапливалась в сухожильной ткани во время сжатия свода, а во время его расправления мышечные пучки сокращались медленнее, чем сухожильная ткань, хотя стопа вырабатывала энергию (Smith RE, 2022). Исследователи предположили, что центральная нервная система может использовать сжатие свода и накопление эластичной энергии в сухожильных тканях внутренних мышц для добавления или удаления энергии по мере необходимости. При увеличении скорости бега стопа должна рассеивать большую часть поглощенной энергии, поскольку увеличивается интенсивность нагрузки (Kelly LA, 2018). Вполне вероятно, что нарушение работы внутренних мышц стопы может повлиять на нагрузку на другие структуры, такие как плантарная фасция, плантарная жировая подушка и кости стопы.
Приземление требует ослабления силы удара, а также стабилизации. Было показано, что площадь поперечного сечения короткого сгибателя пальцев коррелирует с ослаблением силы при приземлении на одну ногу у бессимптомных взрослых (Morikawa M, 2021). Больший размер короткого сгибателя пальцев был связан с более низкой пиковой вертикальной силой реакции на плоскость опоры. Это подтверждает результаты предыдущих биомеханических исследований, согласно которым внутренние мышцы стопы способствуют ослаблению силы. В другом небольшом биомеханическом исследовании, когда людей проинструктировали сгибать стопу в плюснефаланговых суставах (толкать носок к земле) в момент приземления после выполнения задания по спусканию с одной ноги, это привело к снижению силы реакции на опору (Oku K, 2021). Эти результаты могут иметь значение для людей с историей повреждения костей стопы, однако в научной литературе это не изучалось.
Модуляция напряжения пассивных структур, таких как плантарная фасция
Существуют тесные анатомические взаимосвязи между внутренними мышцами стопы и подошвенной фасцией. Подошвенная фасция, короткий сгибатель пальцев, мышца, отводящая большой палец и мышца, отводящая мизинец имеют общее место прикрепления к бугристости пяточной кости (Kelikian AS, 2011). Анатомические исследования показывают, что подошвенная фасция прочно прикреплена к поверхностным внутренним мышцам стопы, особенно в этом проксимальном месте (Stecco C, 2013). Мышечные волокна мышцы, отводящей большой палец и мышцы, отводящей мизинец прикрепляются к медиальной и латеральной частям подошвенной фасции соответственно. Дистально несколько перпендикулярных перегородок огибают мышцу, отводящую большой палец и четыре сухожилия короткого сгибателя пальцев (Stecco C, 2013).
Возможно, сокращение этих мышц, создающих напряжение вдоль длинной оси стопы в том же направлении, что и плантарная фасция, потенциально может способствовать снижению на нее нагрузки. В подтверждение этой гипотезы биомеханическое исследование показало, что активация внутренних мышц стопы (мышца, отводящая большой палец и короткий сгибатель пальцев) может изменять моменты плюснефаланговых суставов, корректируя их механику и ограничивая нагрузку на плантарный апоневроз (Farris DJ, 2020). Это может иметь значение для клинических популяций, таких как люди с плантарной пяточной болью (где плантарная фасция является часто вовлекаемой структурой). В сочетании с данными о меньших размерах и слабости внутренних мышц стопы у людей с плантарной пяточной болью (Osborne JWA, 2019 , внутренние мышцы стопы могут быть важной клинической мишенью при оценке и лечении плантарной пяточной боли.
Когда медицинским работникам следует обратить внимание на внутренние мышцы стопы?
В научной литературе сообщается о нарушениях морфологии мышц стопы и/или силы сгибателей пальцев стопы у нескольких групп населения, с которыми мы можем столкнуться в клинических условиях, в том числе:
- Подошвенная боль в пятке (Osborne JWA, 2019).
- Вальгусная деформация стопы (Moulodi N, 2020).
- Пожилые люди (Mickle KJ, 2016).
- Остеоартрит суставов стопы (Arnold JB, 2021).
- Боли в ногах, связанные с физической нагрузкой (Garth WP, 1989; Nedimyer AK, 2020).
- Хроническая нестабильность голеностопного сустава (Feger MA, 2016).
- Сахарный диабет (Thukral N, 2023).
Спортсмены-бегуны — это еще одна группа, представляющая интерес. Рандомизированное контролируемое исследование показало, что бегуны, которые занимались по программе укрепления стоп, имели более низкий риск травм, связанных с бегом, по сравнению с теми, кто этого не делал (Taddei UT, 2020).
Большинство исследований, проведенных в этих группах населения, были кросс-секционными — это означает, что мы не можем определить, является ли дисфункция внутренних мышц стопы причиной и/или следствием этих болевых проявлений?состояний. Учитывая ключевой вклад, который внутренние мышцы стопы вносят в функционирование нижних конечностей, независимо от причинно-следственной связи, эти маленькие, но мощные мышцы являются важной клинической мишенью.
