מפרק הברך אנטומיה וביומכניקה

מבנה הברך

מפרק הברך – אנטומיה וביומכניקה של המפרק משמשים בסיס לאבחון הפרעות בריאותיות המתפתחות בו. הברכיים יודעות להתמודד עם עומסים רבים בעיקר הם אתם רקדנים או ספורטאים. עם זאת היכולת הזאת לא מספיקה כדי למנוע פציעות בכל מצב. תסמינים בברך ובכלל זה כאבים מהווים תלונה שכיחה וסיבה מרכזית לפנייה לקבלת עזרה רפואית. בכל הנוגע להפרעות בריאותיות במערכת שריר ושלד רק כאבי גב תחתון שכיחים יותר מכאבים בברכיים.

טיפול יעיל ומהיר חייב להתבסס על אבחון מדויק. אבחון מדויק צריך להתבסס בהכרח על ההכרה של האנטומיה והביומכניקה של הברך. במאמר הנוכחי נתאר בקצרה את מפרק הברך אנטומיה וביומכניקה.

מפרק הברך אנטומיה וביומכניקה – רקע

כאבי ברכיים הם בעיה בריאותית נפוצה המשפיעה על אנשים בכל הגילאים ובכל רמות הפעילות. כאבים אלו נובעים מסיבות שונות, כגון פציעה, שימוש יתר, דלקת פרקים, זיהום ועוד. נזק לאחת או יותר מהרקמות בברך יגרום לכאבים בברך. בין הרקמות שעלולות להינזק ולגרום לכאב בברך נכלול את החלקים הגרמיים, השרירים, הגידים, הרצועות, מעטפת המפרק, המיניסקוס, הסחוסים, אמתחות הבורסה ועוד. שכיחות כאבי הברכיים דווחה בטווח:

  • שבין 22.7% ל -28.9% באוכלוסייה הכללית ובמתבגרים, בהתאמה

חלק מהגורמים שעשויים להשפיע על שכיחות כאבי ברכיים כוללים גיל, מגדר, מדד מסת הגוף, עיסוק, פעילות גופנית ותחלואה נלווית. דוגמאות לכך:

  • נשים נוטות לסבול משיעורים גבוהים יותר של כאבי ברכיים מאשר גברים. יתכן שהסיבות לכך היא הבדלים הורמונליים, אנטומיים או ביומכניים
  • מבוגרים נוטים יותר לסבול מכאבי ברכיים עקב שינויים ניווניים בסחוס המפרק ובעצם
  • השמנת יתר היא גם גורם סיכון לכאבי ברכיים. הסיבה לכך היא הגדלת העומס המכני והלחץ על מפרק הברך

כאבי ברכיים יכולים להשפיע באופן משמעותי על איכות החיים והיכולת התפקודית של האנשים המושפעים. לכן, חשוב לזהות את הגורם הבסיסי לכאבי ברכיים ולספק אסטרטגיות טיפול ומניעה מתאימות.

כדי לאבחן את מקור הנזק בברך ולטפל בה ביעילות חשוב להכיר את האנטומיה והתנועה של הברך. במאמר הנוכחי "מפרק הברך אנטומיה וביומכניקה" נרחיב על הנושא.

ברכיים – מבנה אנטומי

מפרק הברך אנטומיה וביומכניקה
מפרק הברך אנטומיה וביומכניקה

מפרק הברך הוא מפרק ציר (Hinge) סינוביאלי. מדובר במפרק הגדול ביותר בגוף האדם המורכב משני מפרקים שונים בתוך מעטפת אחת:

מפרק ירך שוק (Tibiofemoral joint

  • נוצר מהמפגש בין החלק התחתון של עצם הירך (Femur) לחלק העליון של השוק (Tibia)

מפרק ירך-פיקה (Patellofemoral joint)

  • נוצר מהמפגש בין פיקת הברך (Patella) לבין חריץ רחב המצוי בחלק התחתון של עצם הירך (Trochlear groove). הגיד של השריר הארבע ראשי (Quadriceps tendon) נאחז בחלק העליון של פיקת הברך. רצועת הפיקה (Patellar ligament) נאחזת בחלק התחתון של הפיקה ובזיז הגרמי של עצם השוק (Tibial tuberosity). המשטח ההחלקה של פיקת הברך מכוסה בסחוס העבה ביותר בגוף. הסחוס הוא מסוג זגוגי (Hyaline cartilage). ליקוי מבני או תפקודי במפרק זה מוביל להתפתחות ברך רצים.

שרירי הברך

להלן השרירים הפועלים על מפרקי הברכיים:

מכופפי הברך כוללים את:

  • שרירי המיתר (Hamstrings) ובכללם השריר הדו-ראשי הירכי (Biceps femoris), השריר החצי קרומי (Semimembranosus), והשרירי החצי גידי (Semitendinosus)
  • שריר התאומים (Gastrocnemius)

השרירים פושטי הברך כוללים את:

  • השריר הארבע ראשי (Quadriceps) הכולל את שריר הירך הישר (Rectus femoris), השריר הנרחב הצידי (Vastus lateralis), השריר הנרחב התיכון (Vastus medialis) ואת השריר הנרחב הביניימי (Vastus intermedius)
  • הגיד של השריר הארבע ראשי (Quadriceps tendon) והרצועה של פיקת הברך (Patellar ligament)

סיבוב פנימה של הברך מבצעים:

  • שרירי בית הברך (Popliteal)
  • השריר החצי גידי
  • והשריר החצי קרומי

סיבוב החוצה של הברך מתבצע על ידי:

  • השריר הדו-ראשי הירכי (Biceps femoris)

רצועות

הקפסולה של המפרק מחוזקת על ידי רצועות. הרצועות העיקריות של הברך שחלקן מהווה גורם שכיח לפציעות וכאבים כוללות את:

  • רצועה צולבת הקדמית (ACL) שממוקמת בין קדמת עצם השוק לחלק האחורי של עצם הירך
  • הרצועה הצולבת האחורית (PCL) שממוקמת בין החלק האחורי של עצם השוק לחלק הקדמי של עצם הירך
  • רצועה עקיפה תיכונה (MCL) שנמצאת בצד הפנימי של הברך מעצם הירך לעצם השוק
  • הרצועה העקיפה הצדדית (LCL) שנמצאת בצד החיצוני של הברך בין עצם הירך לעצם השוקית (Fibula)
  • רצועת החבק המלוכסנת (Oblique popliteal)
  • ורצועת בית הברך הקשתית (Arcuate popliteal)
  • רצועת הברך הרוחבית (Transverse ligament of knee)
  • רצועת הפיקה
  • הרצועות הרטינקולריות (Retinaculum) החיצונית והתיכונה

מעטפת המפרק

מפרק הברך עטוף ברקמה סיבית עבה (Capsule) שתפקידה לייצב ולהגן על המפרק. מעטפת מפרק הברך שעוטפת את כל מפרק הברך מלבד חלקו הקדמי היא הגדולה ביותר בגוף. בתוך הקפסולה ממוקמת ממברנה סינוביאלית (Synovial membrane) שתפקידה לסוכך את חלקי המפרק. כל הרצועות מחזקות את מעטפת המפרק ותורמות לייצוב של המפרק כולל בין היתר:

  • רצועת החבק המלוכסנת ורצועת בית הברך הקשתית.

שכבת השומן

חלקים אחרים כוללים את שכבת השומן מתחת לפיקת הברך (Infrapatellar fat pad).

אמתחות

מעל 20 אמתחות שונות (Bursa) קשורות ומתפקדות בברך ובסביבת הברך. תפקידן של האמתחות או הבורסות בגוף כולל ריפוד, מניעת חיכוך והגנה על הברך מכוחות חיצוניים. בין האמתחות העיקריות הפועלות במפרק הברך נמנה:

  • אחת בקדמת הפיקה (prepatellar)
  • נוספת מתחת לפיקה (infrapatellar)
  • אמתחת עמוקה יותר מתחת לפיקה (Deep infrapatellar)
  • ועוד אמתחת המצויה מתחת לרגל האווז (Pes anserine bursa). רגל האווז הוא הכינוי של- הגיד המשותף של שריר החייטים (Gracilis), השריר העדין (Sartorius) והשריר החצי גידי (Semitendinosus). גיד רגל האווז נאחז בחלק התיכוני העליון של עצם השוק
  • ואמתחת נוספת מתחת לשביל הכסל והשוקה (Iliotibial band bursa) ועוד

מיניסקוסים

במפרק ירך-שוק מחוברות למשטח המפרק של עצם השוק שתי כריות סחוסיות סיביות בצורת סהר. כריות אלה נקראות מיניסקוס (Meniscus), מיניסקוס חיצוני (Lateral meniscus) ומיניסקוס פנימי (Medial Meniscus). המיניסקוס החיצוני:

  • קטן יותר
  • מעוגל יותר
  • בעל תנועה מוגבלת
  • ומחובר לרצועה הקולטרלית החיצונית ולשריר בית הברך (Popliteus)

המיניסקוס הפנימי:

  • גדול יותר
  • חסר תנועה
  • ומחובר לרצועה הקולטרלית הפנימית ולגיד של השרירי החצי קרומי (Semimembranosus)

רצועת הברך הרוחבית מחברת בין חלקם הקדמי של שני המיניסקוס. קרע מיניסקוס מהווה מקור שכיח לכאבים בברך.

סחוסים

קצות העצמות, בנקודות המפגש שלהן לצורך יצירת המפרקים, מכוסות בסחוס שתפקידו להגן על העצם ולאפשר תנועה חלקה. דלקת פרקים ניוונית גורמת לשחיקת סחוסים.

כלי דם

העורקים המספקים דם לברך כוללים את:

  • עורק בית הברך (Popliteal artery) שהוא המשכו של עורק הירך (Femoral artery)
  • את עורק בית הברך המתפצל בגומץ בית הברך (Popliteal fossa) לעורקי השוק (Tibial arteries) ולחמישה עורקי ברך (Genicular arteries) שונים
  •  וריד בית הברך (Popliteal vein) הממוקם בגומץ בית הברך וענפיו השונים אוספים את הדם הרווי בפחמן דו-חמצני וחומרי פסולת מטבולית מהברך ומובילים אותו אל הלב.

עצבים

העצבים המעצבבים את הברך מקורם בעמוד השדרה המותני. הצמה העצבית המותנית סאקרלית (Lumbosacral plexus) עושה דרכה במורד הרגל, מעצבבת את הרקמות ומאפשרת את השליטה המוטורית ואת התחושות:

  • כאב
  • מגע
  • לחץ
  • טמפרטורה
  • תחושת מיקום לאורך הרגל

בין העצבים ניתן למצוא את הענפים של עצב השת (Sciatic nerve) כולל:

  • עצב השוק (Tibial nerve) המעצבב את החלק האחורי של הברך לפני שהוא ממשיך מטה לכיוון הקרסול וכף הרגל
  • העצב השוקיתי המשותף (Common Fibular Nerve) שעוזב את גומץ בית הברך מסביב לראש של עצם השוקית (Fibula) ויורד מטה לרגל ולקרסול
  • ענפי עצב תחושתיים של עצב הירך (Femoral cutaneous) וסיבי עצב הסורל העורי תחושתי החיצוני והתיכוני שמעניקים יכולת תחושה לעור של הרגל.

תפקוד ביומכני של הברכיים

מבנה הברך
מבנה הברך

מפרק הברך הוא מפרק מורכב ביותר ונטול יציבות גרמית. המבנה העגול של משטח מפרק הירך והמבנה השטוח של משטח המפרק של עצם השוק אינם תורמים ליציבותו. חלקיו הגרמיים אחוזים יחדיו באמצעות מעטפת המפרק ורצועות. חוסר היציבות הזאת היא שחושפת אותו לפציעות. הברך תומכת במשקל הגוף ומעבירה עומסים מהקרקע. מבחינה פונקציונלית היציבות של הברך נלקחת מהיכולת הפסיבית של הרצועות ומהיכולת האקטיבית של השרירים שפועלים על הברך. כוחות לחיצה המופעלים על הברכיים מצמידים את עצמות.

תנועות הברך

בגלל המבנה של הברך בעת כפיפת ובעת יישור מתקיימות בו תנועות משולבות:

  • סיבוב פנימה של עצם הירך בעת כפיפה של הברך
  • וסיבוב חיצוני של עצם הירך בעת יישור הברך
  • עוד מתרחשת במפרק הברך בסוף הכפיפה גם תנועת גלישה (Gliding Motion)
  • ובתחילה הכפיפה תנועת גלגול (Rolling Motion)
  • התנועות העיקריות של הברך כוללות בעיקר כפיפה ופשיטה ותנועות סיבוב מינימליות
  • תנועות הסיבוב של הברך נדרשות בעיקר בשביל מנגנון הנעילה והיציאה מנעילה של הברך (Screw home mechanism).
כפיפה ויישור הברך (0-140 מעלות)

השרירים מכופפי הברך העיקריים כוללים:

  • שרירי המיתר (Hamstrings) ובכלל זה השריר הדו-ראשי הירכי (Biceps femoris), השריר החצי קרומי (Semimembranosus) והשרירי החצי גידי (Semitendinosus)
  • וגם את שריר התאומים (Gastrocnemius)

רמת הכיפוף של הברך תלויה כמובן במטלה הנדרשת:

  • שיעור הכיפוף של הברך בהליכה הוא 67 מעלות
  • בישיבה 80-110 מעלות
  • בקשירת שרוכים 110 מעלות
  • ובביצוע כפיפות ברכיים 130 מעלות

הנושאים העיקריים בעומס של יישור הברך כוללים:

  • השריר הארבע ראשי (Quadriceps) הכולל את שריר הירך הישר (Rectus femoris), השריר הנרחב הצידי (Vastus lateralis), השריר הנרחב התיכון (Vastus medialis) ואת השריר הנרחב הביניימי (Vastus intermedius).
  • הגיד של השרירי הארבע ראשי (Quadriceps tendon)
  • והרצועה של פיקת הברך (Patellar ligament).

השרירים שנאחזים בצד הפנימי של הברך ובכך מאפשרים סיבוב פנימי כוללים את:

  • שרירי בית הברך (Popliteal)
  • השריר החצי גידי והשריר החצי קרומי

לצורך ביצוע סיבוב חיצוני ניעזר הברך:

  • בשריר הדו-ראשי הירכי (Biceps femoris) שממוקם בצד החיצוני של הברך

מפרק פיקה ירך

תפקידה העיקרי של פיקת הברך היא:

  • להגביר את היכולות של השריר הארבע ראשי
  • להרים או להוריד את עצם השוק
  • למרכז את תנועת השריר הארבע ראשי
  • וגם להגן על הברך

הכוחות הפועלים על הפיקה כוללים:

  • בצד החיצוני את הרצועה הרטינקולרית ( lateral retinaculum) הראש החיצוני של השריר הארבע ראשי (vastus lateralis) ושביל הכסל והשוקה (iliotibial tract)
  • מהצד הפנימי את הרצועה הרטינקולרית התיכונה (medial retinaculum) והראש הפנימי של השרירי הארבע ראשי (vastus medialis),
  • מהחלק העליון את הגיד של השריר הארבע ראשי (quadriceps tendon)
  • ומחלק התחתון את רצועת הברך (Patellar ligament)

כפיפות ברכיים (Squat exercise) יוצרים עומסים קיצוניים. כך למשל נמצא שתרגיל זה גורם במפרק הפיקה ירך לעומס גבוה פי 6.7 ממשקל גופנו.

מיניסקוסים

תפקידיו של המיניסקוס כוללים בין היתר:

  • הגנה על הסחוס התוך מפרקי
  • הקניית יציבות לברך על ידי העמקת שטח המגע
  • ובלימת זעזועים על ידי חלוקת העומס על פני שטח המפרק
  • המיניסקוס עוזרים גם בתהליך הסיכוך של המפרק ושמירה על הסחוסים בעקבות פיזור של חומרי הסיכה במפרק. כאשר מסיבה כלשהי המיניסקוס מוסר חומר הסיכה המופרש על ידי הרקמה הסינוביאלית מתפזר והחיכוך במפרק גדל משמעותית.

במצבי עומס גבוה 70% מהעומסים נבלמים על ידי המיניסקוס ובעיקר המיניסקוס החיצוני. עם הזמן נוטה המיניסקוס להישחק ולהיקרע בעיקר בקרב ספורטאים. אספקת הדם הטובה יחסית תאפשר ריפוי לקרע המצוי בחלק החיצוני של המיניסקוס. פגיעה או ניתוח מיניסקוס מעלים את קצב שחיקת המפרק ואת התפתחות דלקת פרקים ניוונית בברך.

רצועות בברך

אי אפשר להסביר על מבנה הברך בלי להתייחס לרצועות שלו. תפקידן של הרצועות כולל הענקת תמיכה ויציבות לברך. מיקומם של הרצועות הצולבות מאפשר להן:

  • למנוע גלישת יתר של עצם השוק קדימה (צולבת קדמית)
  • או גלישת יתר לאחור (צולבת אחורית)

מיקום הרצועה העקיפה התיכונה (MCL) בצד הפנימי של הברך מונעת:

  • "בריחה" של הברך לצד הפנימי

ומיקומה של הרצועה העקיפה הצדדית (LCL) בצד החיצוני של הברך מונעת:

  • "בריחה" של מפרק הברך לצד החיצוני.

מבנה הברך, זוויות חשובות

שלמות המבנה של מפרק הברך והדיוק של הזווית שבין חלקיו השונים מהווים גורמים קריטיים למניעת עומסי יתר ומניעת פציעות בברך. בין יתר הזוויות החשובות נמנה את:

זווית ה- Q
  • הזווית הזאת נוצרת על ידי מתיחת קו מהזיז הקדמי עליון של עצם האגן (ASIS) למרכז פיקת הברך ומשם לזיז של עצם השוק (Tibial tuberosity).
  • זווית Q מייצגת את היעילות של שריר הארבע ראשי. 10 מעלות היא הזווית היעילה ביותר.
  • אצל גברים זווית ה- Q נעה בין 10- 14 מעלות בעוד שאצל נשים הזווית נעה בין 15-17o.
  • זווית גדולה יותר (Genu valgum) גורמת לברכי X וזווית קטנה מידי (Genu varum) גורמת לברכי O.
  • בשני המקרים העומסים על הברכיים גדלים משמעותית ועימם הסיכוי להיפצע ולפתח דלקת פרקים ניוונית עתידית.
  • ליקויים נוספים כוללים נעילת יתר של הברכיים (Genu recurvatum). ליקויים אלו דוחפים את הברכיים למצב של נעילת יתר
  • פרונציית יתר של כפות הרגליים וכפות רגליים שטוחות שגורמות לתנועת סיבוב פנימית יתרה של עצם השוק ובכך מאיצים את תהליכי הבלאי ופציעה
  • בין היתר הפציעות השכיחות עקב פרונציית יתר של כפות הרגליים נמנה גם חיכוך של גיד שביל הכסל והשוקה בברך ולהתפתחות תסמונת שביל הכסל והשוקה" (Iliotibial band syndrome – ITBS).

References:

Normal Anatomy and Biomechanics of the Knee – University of Washington https://courses.washington.edu/bioen520/notes/Knee_Anatomy_&_Biomechanics_%28Flandry%29.pdf

Smith BE et al. Knee Pain in Adults and Adolescents: The Initial Evaluation. Am Fam Physician. 2018;98(9):576-585.

Smith TO et al. Incidence and prevalence of patellofemoral pain: A systematic review and meta-analysis. PLoS One. 2018;13(1):e0190892.

Muraki S et al. Prevalence of knee pain and its influence on quality of life and physical function in the Japanese population: Japan epidemiological research of occupation-related osteoarthritis (JEROS). Osteoarthritis Cartilage. 2011;19(7):869-880.

Nguyen US et al. Increasing prevalence of knee pain and symptomatic knee osteoarthritis: survey and cohort data. Ann Intern Med. 2011;155(11):725-732.

Felson DT et al. Obesity and knee osteoarthritis: The Framingham Study. Ann Intern Med. 1988;109(1):18-24.

Hunter DJ et al. Imaging modalities for the diagnosis of osteoarthritis. Arthritis Care Res (Hoboken). 2011;63 Suppl 11:S10-S24.

Schur PH et al. Diagnosis of rheumatic diseases: Synovial fluid analysis II: Purines in gouty arthritis; glucose in septic arthritis; lactate dehydrogenase in rheumatoid arthritis; synovial fluid crystals; synovial fluid cultures; synovial fluid cytology. JAMA. 1968;206(4):831-836.

McAlindon TE et al. OARSI guidelines for the non-surgical management of knee osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 2014;22(3):363-388.

Crossley KM et al. 2016 Patellofemoral pain consensus statement from the 4th International Patellofemoral Pain Research Retreat, Manchester. Part 2: recommended physical interventions (exercise, taping, bracing, foot orthoses and combined interventions). Br J Sports Med. 2016;50(14):844-852.

Knee – Physiopedia https://www.physio-pedia.com/Knee

Knee joint: anatomy, ligaments, and movements | Kenhub https://www.kenhub.com/en/library/anatomy/the-knee-joint

Muscles of Knee Joint – Physiopedia https://www.physio-pedia.com/Muscles_of_Knee_Joint

Common Knee Injuries – OrthoInfo – AAOS https://orthoinfo.aaos.org/en/diseases–conditions/common-knee-injuries/

שימו סוף לכאב.

לאבחון מקצועי וייעוץ,
התקשרו: 03-6430372
או השאירו פרטים:

שימו סוף לכאב!

לאבחון מקצועי וייעוץ, התקשרו: 03-6430372
או השאירו פרטים ומיד נחזור אליכם:

קראו עוד באותו נושא:

סקרואילאיטיס אבחון

סקרואילאיטיס אבחון

סקרואילאיטיס? אבחון ובמידת הצורך טיפול ימנעו נזקים כרוניים. כשליש מהמקרים של מיחושים בחלק התחתון של הגב נגרמים בגלל פגיעה במפרק הזה. האבחון מאתגר שכן, הסימנים והתסמינים הנובעים מבעיה זאת דומים לאלה הנובעים מבעיות גב אחרות. 

צפייה בטלוויזיה מקצרת חיים

צפייה ממושכת בטלוויזיה מקצרת חיים

צפייה בטלוויזיה מקצרת חיים! הישיבה הממושכת שמאפיינת את אורח החיים המודרני כרוכה בנזקים בריאותיים קשים. כול מי שצופה בטלוויזיה יותר משלוש שעות ביום מקצר את חייו. "צמצמו את הצפייה בטלוויזיה לפחות משלוש שעות ביום וקבלו שנתיים נוספות לחיות אותם".

איך להימנע מפציעות סקי

איך מונעים פציעות סקי

סקי ולחזור בריא זאת השאיפה של כול העוסקים בתחום הנפלא הזה. סקי שעובר בשלום וללא נזק גופני זה שילוב מנצח של כיף, חופש, טבע ופעילות מלהיבה. עם זאת, מדובר בתחום בעל רמת סיכון גבוהה לנזקי גוף שחלקן עלול להתרחש אף על פי שנזהרתם.