12.01.2026

Вариативная анатомия коленного сустава и влияние отдельных ее параметров на топографию передней крестообразной связки

Анатомические особенности строения коленного сустава имеют значение как потенциальные предикторы различных заболеваний и травм.

Введение

Строение дистального отдела бедренной (БК) и проксимального отдела большеберцовой костей (ББК) является ключевым фактором в патогенезе многих заболеваний коленного сустава (КС). По данным литературы, форма КС влияет на развитие остеоартрита, надколенниково-бедренных дисфункций, а также может служить предиктором спортивных травм передней крестообразной связки (ПКС) [1, 2]. Накопленные данные многочисленных анатомических и клинических исследований показали значимые половые различия в характеристиках строения КС [3-7]. Однако в исследованиях мало внимания уделено анализу взаимосвязи между отдельными параметрами строения КС и их влиянию на анатомическое расположение передней крестообразной связки в суставе. Также остается дискутабельным вопрос необходимости учета особенностей строения мыщелков бедренной и большеберцовой костей с точки зрения гендерных и расовых отличий при позиционировании компонентов эндопротеза КС и реконструкции передней крестообразной связки [8-10].

Цель работы — определить статистически значимые взаимосвязи между отдельными параметрами КС и их потенциальное влияние на расположение ПКС в суставе.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) является доступным методом визуализации КС, часто применяется для диагностики и планирования хирургического вмешательства, в особенности пластики ПКС. Наше внимание в этом исследовании обращено на измерение отдельных параметров КС при помощи МРТ и их статистическому анализу, что может дать более целостное представление о факторах и взаимосвязях, влияющих на форму КС и расположение ПКС у конкретного пациента.

Материалы и методы

Материалами для исследования послужили МРТ-изображения пациентов с повреждениями менисков коленного сустава, остеоартритом 1-2 стадии, без повреждения ПКС и реконструкцией ПКС в анамнезе. Проанализирован 391 коленный сустав (207 — пациентов женского пола, 184 — мужского). Средний возраст пациентов был (31,1±9,8) лет.

В исследование включали МРТ суставов, которые соответствовали половозрастному критерию, изображения были высокого качества (не менее 1,5 Тл), а также отсутствовали критерии исключения: признаки мультилигаментарных внутрисуставных повреждений, выраженные дегенеративные заболевания и значительные врожденные дисплазии мыщелков коленного сустава.

МРТ-исследования выполнены в одном из диагностических центров Волгограда на томографе GE Signa HDxt 1.5T (General Electric, США) с напряженностью поля 1,5 Тл. Применены Т1-взвешенные в продольной релаксации изображения (англ. T1-weighted images), Т2-взвешенные в поперечной релаксации изображения (англ. T2-Weighted Images), PD-изображения с плотностью протонов (англ. Proton Density Images), STIR — короткий инверсионный импульс с подавлением жира (англ. Short Tau Inversion Recovery).

DICOM-файлы1 экспортированы в специализированное программное обеспечение для обработки изображений eFilm Workstation 4.2 (Merge Healthcare Inc., США). Два независимых исследователя при помощи стандартных средств линейных и угловых измерений программного обеспечения выполняли измерения по 19 параметрам, согласно протоколу определений изучаемых показателей (табл. 1).

В рамках предварительной подготовки данных выполнена их фильтрация, валидация и нормализация средствами Microsoft Excel 2018. Для последующей статистической обработки данных применялись дисперсионный анализ и метод независимых компонент, выполнялись корреляционный анализ Пирсона, построение модели множественной линейной регрессии, тесты на нормальность распределения с использованием Python-пакета прикладных математических процедур StatsModels 0.13.5 и программного обеспечения GraphPad Prism 9.5.0.

Результаты

На основании проведенных измерений проанализированы полученные по каждому из 19 морфометрических параметров результаты в аспекте гендерных особенностей строения коленного сустава, а также установлены различия в зависимости от формы межмыщелковой ямки.

Средние значения 9 параметров коленного сустава (включая пол) статистически значимо отличались у пациентов с различной формой межмыщелковой ямки (р < 0,05). Также найдены значимые половые различия в 14 параметрах, включая форму межмыщелковой ямки (р < 0,05). Сравнение значений параметров показало отсутствие выраженной билатеральной асимметрии в строении коленного сустава (табл. 2).

Для изучения взаимозависимости исследуемых переменных и степени их участия в системной организации коленного сустава проведен корреляционный анализ. Результаты представлены в корреляционной матрице (табл. 3), где пары показателей в соответствии с абсолютной величиной коэффициента ассоциации, взятого по модулю, распределены по диапазонам сильных значений (>0,8; р < 0,05), средних значений (0,5-0,8; р < 0,05), слабых значений (0,3-0,5; р < 0,05) и очень слабых значений (0,2-0,3; р < 0,05).

Выявлены множественные положительные и отрицательные корреляционные связи для большинства параметров. Наиболее многочисленные корреляционные взаимодействия установлены в отношении признака половой принадлежности. При этом форма и ширина межмыщелковой ямки БК, глубина латерального мыщелка БК, угол наклона ПКС относительно оси БК, сторона, длина ПКС в сагиттальной плоскости, а также фронтальный и сагиттальный размеры области прикрепления ПКС на ББК в сагиттальной плоскости не образуют статистически значимых корреляций.

С учетом наличия мультиколлинеарности между признаками дальнейший факторный анализ выполнялся методом главных компонент для сокращения числа переменных на основе их классификации и определения структуры взаимосвязей между ними. Влияние главных компонент, собственные значения которых численно равны дисперсии соответствующих главных факторов, на динамику целевых и базовых факторов представлено на рисунке. 

Выделено 6 первых наиболее значимых компонент, которые объясняют 61,16 % вариативности.

С помощью метода вращения Varimax первичных факторных структур получены и интерпретированы простые факторные структуры на основе метрических параметров коленного сустава (табл. 4). Целью вращения является получение простой структуры, которой соответствует большое значение нагрузки каждой переменной только по одному фактору и малое по всем остальным факторам. Нагрузка в этом случае отражает связь между переменной и фактором, являясь подобием коэффициента корреляции. Значение нагрузки лежит в пределах (-1; 1). После поворота осей переменные оказываются вблизи осей, что соответствует максимальной нагрузке каждой переменной только по одному фактору. Такое исследование позволило выявить латентные интегративные характеристики сустава, обусловленные единым фактором.

Первый фактор с наибольшей общностью (28,89 % от общей дисперсии) объединяет гендерно-детерминированные параметры коленного сустава. Второй по значимости фактор с 8,35 %-м вкладом в общую дисперсию включал пять составляющих: глубина плато большеберцовой кости, высота и глубина латерального мыщелка бедренной кости, что влияло на угол наклона ПКС в сагиттальной и корональной проекции. С третьего по шестой факторы представлены в табл. 4.

На основании проведенного исследования и анализа данных литературы мы пришли к выводу, что возможности типирования коленных суставов по каким-либо критериям весьма ограничены. Кроме того, многими авторами при разработке классификаций были выбраны структурные параметры, позволяющие наиболее точно дифференцировать суставы по основанию пола и расы, при этом упускается из внимания клиническая значимость этих параметров, а также различия, которые по ним фиксируются [12-14].

Нами выбран метод МРТ для измерения отдельных параметров КС, т. к. он является доступным и часто применяемым для диагностики патологий сустава и планирования хирургических вмешательств на КС. С помощью МРТ в рутинной практике перед реконструкцией ПКС хирург может оценить сопутствующие повреждения менисков, хряща и связок КС, выраженность дегенеративных изменений сустава, а также толщину и состояние зоны забора трансплантата связки [15, 16]. Немаловажную роль перед хирургическим вмешательством имеет оценка состояния костной ткани, а также размеров мыщелков БК и ББК для планирования формирования длины каналов. Однако с помощью МРТ КС невозможно достоверно оценить область прикрепления ПКС, в особенности бедренного прикрепления связки, и спланировать центр формирования каналов для анатомического размещения трансплантата.

Гипотезой нашего исследования был поиск значимых взаимосвязей между отдельными параметрами КС и их потенциальным влиянием на расположение областей прикрепления ПКС, что в дальнейшем может быть применено для построения многопараметрической математической модели при предоперационном планировании реконструкции связочного аппарата КС.

Статистическая обработка 19 параметров МРТ в 391 КС, включенном в исследование, которые соответствовали критериям включения и исключения, позволила сформировать количественную базу данных. Однако благодаря сокращению числа переменных вместо исходного набора переменных появилась возможность анализировать данные по выделенным факторам, число которых значительно меньше исходного числа взаимосвязанных переменных.

В ходе факторного анализа мы исходили из предположения о том, что каждый из исходных признаков может быть представлен в виде суммы линейной комбинации небольшого числа латентных (скрытых) общих факторов и характерных факторов. При этом считается, что каждый общий фактор имеет существенное значение для анализа большинства исходных признаков. В то же время изменения в характерном факторе воздействуют главным образом на значения только соответствующего признака. Иными словами, характерный фактор отражает ту специфику признака, которая не может быть выражена через общие факторы.

Исходя из полученных результатов нашего исследования, к признакам, связанным с полом, можно отнести: глубину и ширину плато ББК, угол заднего наклона плато ББК, ширину мыщелков БК на уровне трансэпикондилярной линии, ширину медиального мыщелка БК, ширину латерального мыщелка БК, высоту медиального мыщелка БК, а также высоту латерального мыщелка БК.

Гендерные особенности строения КС, выявленные нами, соотносятся с ранее проведенными исследованиями и несколько дополняют их. Так, по данным ряда исследований, разница в размерах мыщелков БК между мужским и женским коленным суставом была продемонстрирована в работах М. Махфуза и др. (англ. M. Mahfouz et al.), Дж. С. Эверхарта и др. (англ. J. S. Everhart et al.) [12, 13]. Также показано, что женщины, по сравнению с мужчинами, имеют больший задний наклон плато ББК, что предрасполагает к более высокому риску бесконтактной травмы ПКС [17, 18]. Мы также подтвердили разницу в глубине и ширине плато ББК между мужчинами и женщинами [19, 20]. Многие авторы также отмечают влияние некоторых геометрических факторов КС на риск разрыва ПКС [21-23].

Однако анатомическое строение коленного сустава и областей прикрепления ПКС имеет не столько гендерные и расовые особенности, которые отмечены в большинстве исследований [24-26], сколько они носят персонифицированный характер конкретного сустава, что отражается во взаимосвязи отдельных параметров.

При анализе остальных факторов мы определили, что второй фактор (табл. 4) объединяет такие показатели, как высота и ширина латерального мыщелка, угол наклона ПКС в корональной и сагиттальной плоскостях относительно плато ББК, глубина плато ББК, которые в большей или меньшей степени скоррелированы между собой. Выявленные корреляции между параметрами этого фактора могут влиять на расположение ПКС в фронтальной и сагиттальной плоскости, поскольку выявлена зависимость размеров наружного мыщелка БК и угла наклона ПКС.

Третий фактор обобщает такие признаки, как угол наклона плато ББК и углы наклона ПКС относительно оси БК и ББК. Установлена зависимость этих параметров друг от друга, что также говорит о вероятной связи расположения центра ПКС от анатомической особенности заднего угла наклона ББК.

Четвертый фактор является характерным для фронтального размера области крепления ПКС на ББК в корональной плоскости.

Пятый фактор показывает корреляцию между длиной ПКС и размером области прикрепления ПКС к ББК.

Шестой фактор показывает взаимосвязь между глубиной плато ББК с шириной и формой межмыщелковой ямки БК.

Необходимо добавить, что полученная модель плохо объясняет такие параметры, как ширина межмыщелковой ямки, глубина медиального мыщелка БК, угол наклона ПКС в корональной плоскости и сагиттальной плоскости относительно плато ББК, которые имеют общность менее 50 %.

Таким образом, большая часть параметров образует единую систему взаимосвязанных признаков. Прочие признаки выходят за рамки этой системы и обусловлены отдельными характерными факторами, которые могут иметь значение при хирургических вмешательствах, связанных с КС и реконструкцией связочного аппарата.

Вместе с этим введение дополнительных параметров, в т. ч. не имеющих корреляции с полом, может быть полезным для построения многопараметрической модели, позволяющей прогнозировать клинически значимые исходы или значения тех параметров, которые не могут быть определены прямым способом, что мы после обработки представим в следующих публикациях.

Заключение

Несостоятельность предложенных классификаций строения КС диктует необходимость поиска взаимосвязанных параметров сустава, которые могут дать больше клинически значимых данных.

Факторный анализ позволяет выделить новые системы взаимосвязанных параметров, в т. ч. не связанных с полом.

Дополнительные параметры могут быть использованы для построения многопараметрической модели анализа МРТ КС и смогут помочь при планировании пластики ПКС.

Список литературы

Hasoon J, Al-Dadah O. Knee anatomic geometry accurately predicts risk of anterior cruciate ligament rupture. Acta Radiologica. 2023;64(5):1904-1911.  

Schneider A, Si-Mohamed S, Magnussen RA, Lustig S, Neyret P, Servien E. Tibiofemoral joint congruence is lower in females with ACL injuries than males with ACL injuries. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 2018;26:1375-1383.  

Levins JG, Sturnick DR, Argentieri EC, Gardner-Morse M, Vacek PM, Desarno MJ, et al. Geometric risk factors associated with noncontact anterior cruciate ligament graft rupture. The American Journal of Sports Medicine. 2016;44(10):2537-2545.  

Beaulieu ML, Nowak EK, Beynnon BD, Ashton-Miller JA, Sturnick DR, Wojtys EM. Clinical-grade MRI-based methods to identify combined anatomic factors that predict ACL injury risk in male and female athletes. The American Journal of Sports Medicine. 2021;49(10):2615-2623. 

Malanin DA, Volodin IV, Suchilin IA, Demeschenko MV. Gender differences of the ACL insertion sites. Traumatology and Orthopaedics in Russia. 2020;26(4):80-92. (In Russ.).  

Li M, Ji G, Fan L, Fan CY, Lin W, Yang GM, et al. Assessment of patellar morphology in trochlear dysplasia on computed tomography scans. Orthopaedic Surgery. 2021;13(2):458-465.  

Ellison TM, Flagstaff I, Johnson AE. Sexual dimorphisms in anterior cruciate ligament injury: A current concepts review. Orthopaedic Journal of Sports Medicine. 2021;9(12):23259671211025304.  

Patel AP, Gronbeck C, Chambers M, Harrington MA, Halawi MJ. Gender and total joint arthroplasty: Variable outcomes by procedure type. Arthroplasty Today. 2020;6(3):517-520.  

Asseln M, Hanisch C, Schick F, Radermacher К. Gender differences in knee morphology and the prospects for implant design in total knee replacement. The Knee. 2018;25(4):545-558. 

Tan SH, Lau BP, Khin LW, Lingaraj K. The importance of patient sex in the outcomes of anterior cruciate ligament reconstructions: A systematic review and meta-analysis. The American Journal of Sports Medicine. 2016;44(1):242-254. 

Hirtler L, Kainberger F, Rohrich S. The intercondylar fossa — A narrative review. Clinical Anatomy. 2022;35(1):2-14.  

Mahfouz M, Abdel Fatah EE, Bowers LS, Scuderi G. Three-dimensional morphology of the knee reveals ethnic differences. Clinical Orthopaedics and Related Research. 2012;470:172-185.  

Everhart JS, Chaudhari AM, Flanigan DC. Creation of a simple distal femur morphology classification system. Journal of Orthopaedic Research. 2016;34:924-931.  

Gillespie RJ, Levine A, Fitzgerald SJ, Kolaczko J, DeMaio M, Marcus RE, et al. Gender differences in the anatomy of the distal femur. The Journal of Bone & Joint Surgery British Volume. 2011;93:357-363.  

Hanna A, Hollnagel K, Whitmer K, John C, Johnson B, Godin J, et al. Reliability of magnetic resonance imaging prediction of anterior cruciate ligament autograft size and comparison of radiologist and orthopaedic surgeon predictions. Orthopaedic Journal of Sports Medicine. 2019;7(12):2325967119889593.  

Camarda L, Grassedonio E, Albano D, Galia M, Midiri M, D’Arienzo M. MRI evaluation to predict tendon size for knee ligament reconstruction. Muscles, Ligaments and Tendons Journal. 2018;7(3):478-484.  

Li K, Cavaignac E, Xu W, Cheng Q, Telmon N, Huang W. Morphometric evaluation of the knee in Chinese population reveals sexual dimorphism and age-related differences. International Orthopaedics. 2018;42(10):2349-2356. 

Hasoon J, Al-Dadah O. Knee anatomic geometry accurately predicts risk of anterior cruciate ligament rupture. Acta Radiologica. 2023;64(5):1904-1911.  

Barnum MS, Boyd ED, Vacek P, Slauterbeck JR, Beynnon BD. Association of geometric characteristics of knee anatomy (alpha angle and intercondylar notch type) with noncontact ACL injury. The American Journal of Sports Medicine. 2021;49(10):2624-2630. 

 Maijanen H, Junno JA, Keisu A, Niinimaki J, Lehenkari P, Oura P. Sex estimation from knee breadth dimensions in a Finnish population. Legal Medicine. 2021;51:101873.  

Gultekin MZ, Din^el YM, Keskin Z, Arslan S, Yildirim A. Morphometric risk factors effects on anterior cruciate ligament injury. Joint Diseases and Related Surgery. 2023;34(1):130-137.  

Lansdown D, Ma CB. The influence of tibial and femoral bone morphology on knee kinematics in the anterior cruciate ligament injured knee. Clinics in Sports Medicine. 2018;37(1):127—136.  

Shen L, Jin ZG, Dong QR, Li LB. Anatomical risk factors of anterior cruciate ligament injury. Chinese Medical Journal. 2018;131 (24):2960-2967.  

Dimitriou D, Wang Z, Zou D, Helmy N, Tsai TY. Do sex-specific differences exist in ACL attachment location? An MRI-based 3-dimensional topographic analysis. Orthopaedic Journal of Sports Medicine. 2020;8(11):2325967120964477.  

Hosseinzadeh S, Kiapour AM. Sex differences in anatomic features linked to anterior cruciate ligament injuries during skeletal growth and maturation. The American Journal of Sports Medicine. 2020;48(9):2205-2212.  

Devana SK, Solorzano C, Nwachukwu B, Jones KJ. Disparities in ACL reconstruction: the Influence of gender and race on incidence, treatment, and outcomes. Current Reviews in Musculoskeletal Medicine. 2022;15(1): 1-9.  

Информация об авторах

Илья Владимирович Володин — ассистент кафедры травматологии, ортопедии и ВПХ, Волгоградский государственный медицинский университет, Волгоград, Россия; младший научный сотрудник лаборатории клинической и экспериментальной ортопедии, Волгоградский медицинский научный центр, Волгоград, Россия.

Дмитрий Александрович Маланин — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и ВПХ, Волгоградский государственный медицинский университет, Волгоград, Россия; заведующий лабораторией клинической и экспериментальной ортопедии, Волгоградский медицинский научный центр, Волгоград, Россия.

 Константин Юрьевич Калитин — кандидат медицинских наук, доцент, доцент кафедры фармакологии и биоинформатики, Волгоградский государственный медицинский университет, Волгоград, Россия; научный сотрудник лаборатории экспериментальной фармакологии, Волгоградский медицинский научный центр, Волгоград, Россия.

Ольга Юрьевна Муха — лаборант кафедры фармакологии и биоинформатики, Волгоградский государственный медицинский университет, Волгоград, Россия.

Илья Алексеевич Сучилин — кандидат медицинских наук, доцент кафедры травматологии, ортопедии и ВПХ, Волгоградский государственный медицинский университет, Волгоград, Россия; научный сотрудник лаборатории экспериментальной фармакологии, Волгоградский медицинский научный центр, Волгоград, Россия.

Леонид Леонидович Черезов — кандидат медицинских наук, доцент кафедры травматологии, ортопедии и ВПХ, Волгоградский государственный медицинский университет, Волгоград, Россия.

 
Теги: коленный сустав
234567 Начало активности (дата): 12.01.2026
234567 Кем создан (ID): 989
234567 Ключевые слова:  пластика ПКС, морфометрия коленного сустава, МРТ коленного сустава
12354567899