Cấu tạo và chức năng của đầu gối

Đầu gối là một khớp quan trọng và phức tạp trong cơ thể con người, nằm giữa xương đùi và xương chày. Đầu gối cho phép chúng ta thực hiện các hoạt động như đi lại, chạy, uốn cong và gập đầu gối. Cùng Long Châu tìm hiểu về cấu trúc đầu gối nhé!

Đầu gối là gì?

Khớp gối hoặc đầu gối, là một trong những cấu trúc quan trọng nhất của cơ thể con người. Cấu tạo đầu gối được thiết kế như một khớp bản lề có khả năng uốn cong và mở rộng, cũng như xoay nhẹ bên trong và bên ngoài. Được biết đến là khớp lớn nhất, khớp gối chịu trách nhiệm chủ đạo trong việc hỗ trợ và điều hướng các chuyển động của cơ thể.

Cấu trúc của khớp gối bao gồm bốn thành phần chính: Xương, sụn, dây chằng và gân. Đầu gối nối hai phần quan trọng của cơ thể: Xương đùi và phần chân dưới, cụ thể là xương chày và xương mác. Có hai khớp chính trong khớp gối: Một ở giữa xương đùi và xương chày, và một ở giữa xương đùi và xương mác. Sự kết hợp của các thành phần này tạo nên một hệ thống khớp phức tạp nhưng linh hoạt, giúp cơ thể thực hiện các hoạt động từ đi lại hàng ngày đến tham gia vào các hoạt động thể chất hoặc thể thao.

Mặc dù khớp gối cung cấp sự linh hoạt và hỗ trợ cho cơ thể, nhưng cũng rất dễ bị tổn thương. Một trong những vấn đề phổ biến nhất là viêm xương khớp, một tình trạng mà khiến cho các thành phần của khớp gối trở nên viêm đau và sưng to. Viêm xương khớp có thể gây ra sự hạn chế trong việc di chuyển và gây đau đớn cho người bệnh.

Tính chất phức tạp và vai trò quan trọng của khớp gối làm cho nó trở thành một vùng dễ bị tổn thương, đặc biệt là trong những hoạt động vận động mạnh mẽ hoặc khi thực hiện các động tác không đúng cách. Các vấn đề về viêm xương khớp thường được gặp ở những người già, những người thực hiện các hoạt động thể chất nặng hoặc những người có yếu tố gen di truyền liên quan đến các vấn đề khớp.

Để giảm nguy cơ bị tổn thương hoặc phát triển các vấn đề liên quan đến khớp gối, việc duy trì một lối sống lành mạnh và thực hiện các biện pháp phòng ngừa là rất quan trọng. Điều này bao gồm việc duy trì cân nặng lành mạnh, thực hiện các bài tập tăng cường cơ bắp xung quanh khớp gối và tránh các hoạt động gây áp lực lớn trực tiếp lên khớp. Nếu có bất kỳ dấu hiệu nào của vấn đề về khớp gối, việc tham khảo ý kiến của bác sĩ hoặc chuyên gia y tế là cần thiết để đảm bảo sức khỏe và tránh các vấn đề trầm trọng hơn trong tương lai.

Cấu tạo của đầu gối

Cấu trúc phức tạp của đầu gối bao gồm ba xương chính: Xương đùi, xương chày và xương bánh chè, tạo thành hai khớp quan trọng: Một khớp bản lề giữa xương đùi và xương chày, và một khớp phẳng giữa xương bánh chè và xương đùi.

Mặt khớp của khớp giữa xương đùi và xương chày bao gồm hai lồi cầu trên xương đùi và hai mặt khớp trên của xương chày. Ở khớp giữa xương đùi và xương bánh chè, mặt sau của xương bánh chè tiếp xúc với mặt bánh chè của phần dưới của xương đùi. Đặc biệt, hai mặt khớp trên của xương chày được mở rộng bằng các sụn chêm ở bên trong và bên ngoài.

Sụn chêm trong (medial meniscus) có hình dạng chữ "C", trong khi sụn chêm ngoài (lateral meniscus) gần như có hình dạng chữ "O". Mỗi sụn chêm bao gồm một sừng trước và một sừng sau, lần lượt gắn vào các khớp lồi cầu trước và sau của xương chày. Hai sừng trước của hai sụn chêm được nối với nhau thông qua dây chằng ngang khớp gối. Bề mặt bên ngoài của mỗi sụn chêm dày và lồi, gắn vào bao khớp, trong khi bề mặt bên trong mỏng và lõm. Mặt trên của sụn chêm không phẳng nhưng có lõm để tiếp xúc với lồi cầu xương đùi. Sụn chêm trong cũng dính vào dây chằng ở phần bên chày, tạo nên sự ổn định tốt hơn so với sụn chêm ngoài. Hai dải mô xơ từ phía sau của sụn chêm ngoài chạy dọc theo dây chằng chéo sau (ở phía trước và sau của dây chằng chéo sau) và gắn vào xương đùi, được gọi là các dây chằng chêm - đùi trước và sau (anterior/posterior meniscofemoral ligament).

Bao khớp gắn vào viền của các mặt khớp của xương chày và xương đùi, cũng như viền của xương bánh chè và bờ của các sụn chêm.

Màng hoạt dịch bao phủ mặt bên trong của bao khớp, gắn vào viền của các mặt khớp và bờ của các sụn chêm. Phía trước, màng hoạt dịch kéo dài lên trên xương bánh chè khoảng ba phần ngón tay (do bao khớp không phải là một kín), tạo thành một túi bịt phía sau cơ tứ đầu, được gọi là túi hoạt dịch trên bánh chè. Từ phía sau của bao khớp, màng hoạt dịch trải dài ra phía trước để bao phủ mặt trước của các dây chằng chéo sau, làm cho chúng nằm trong bao khớp nhưng không nằm trong dịch khớp. Khi màng hoạt dịch từ viền dưới của mặt khớp xương bánh chè trải xuống phía dưới và ra sau của cục mỡ dưới bánh chè, nó tạo thành các rãnh hoạt dịch dưới bánh chè. Cục mỡ dưới bánh chè làm nền cho các rãnh này, và các viền tự do của chúng được gọi là các rãnh cánh.

Chức năng của đầu gối

Cấu trúc của đầu gối là một trong những khớp quan trọng và lớn nhất trong cơ thể, đóng vai trò không thể phủ nhận trong việc chuyển động liên quan đến việc mang trọng lượng cơ thể, như chạy, đi bộ, và nhảy.

Tầm vận động bình thường của khớp gối khi ở tư thế gối gập là khoảng 130° đến 145°, và khi quá duỗi là 1° đến 2°. Ở tư thế gối gập 90°, khớp gối có khả năng xoay trong xương chày khoảng 6° đến 30° và xoay ngoài khoảng 45°. Tầm vận động của khớp gối dạng và khép nhỏ khoảng 5°.

Chức năng của đầu gối là một hệ thống phức tạp, do khớp không đối xứng giữa các mặt khớp trong và ngoài, cũng như cơ chế của xương bánh chè ở phía trước.

Khi bắt đầu tư thế gập ở tư thế chịu trọng lượng, xương đùi lăn ra phía sau trên xương chày, xoay ngoài và dạng so với xương chày. Trong các hoạt động như đá bóng, việc gập bắt đầu bằng việc xương chày di chuyển lên trên xương đùi, làm cho xương chày di chuyển ra phía trước, xoay trong và khép. Ngược lại trong việc duỗi đùi, việc gập bắt đầu bằng việc xương đùi lăn ra phía trước, xoay trong và khép, đồng thời xương chày lăn ra phía sau, xoay ngoài và dạng theo với hoạt động gập. Cuối cùng, tại cuối tầm vận động thường có sự trượt lên nhau của hai đầu xương.

Xoay ở khớp gối chỉ xảy ra khi có một phần gập nhất định và được tạo ra chủ yếu bởi việc di chuyển nhiều hơn của lồi cầu ngoài lên xương chày, gấp đôi khoảng cách. Vì vậy, ở tư thế duỗi, gối thường bị khóa và không thể xoay. Xoay trong của xương chày cũng xảy ra khi bàn chân gập lên và sấp. Xoay ngoài của xương chày thường đi kèm với sự gập lòng và giản bàn chân.

Xoay cuối cùng ở góc 20° trong quá trình duỗi được gọi là cơ chế xoay khóa gối, nơi các lồi cầu trong và ngoài bị khóa. Cơ chế khóa chuyển động lồi cầu chày ra phía ngoài và tạo ra một di chuyển vào bên trong ở khớp gối. Một trong những giả định về cơ chế khóa là rằng trong 20° cuối của tầm duỗi, xương chày vẫn tiếp tục trượt ra phía trước ở mặt lồi cầu trong, gây ra xoay ngoài của xương chày trong các hoạt động mở vì mặt lồi cầu trong dài hơn so với mặt lồi cầu ngoài, hoặc là do dây chằng chéo trước căng trước khi xoay, kéo các lồi cầu theo hướng ngược lại tạo ra vận động xoay. Một lý do khác là hướng căng ra phía ngoài của cơ tứ đầu khi duỗi gối. Cơ chế khóa gối bị ảnh hưởng khi dây chằng chéo trước bị tổn thương vì xương chày di chuyển ra phía trước nhiều hơn trên xương đùi, và không bị ảnh hưởng đáng kể khi mất dây chằng chéo sau, chứng minh rằng dây chằng chéo trước đóng vai trò chính.

Vận động của xương bánh chè:

Khi gối gập, xương bánh chè đi xuống với quãng đường khoảng hai lần chiều dài của nó. Khi gối duỗi, xương bánh chè trở lại vị trí nghỉ trên ngoài xương đùi trên rãnh ròng rọc ở đệm mỡ trên xương bánh chè. Ở tư thế gập, vận động của xương bánh chè bị hạn chế do tiếp xúc tăng với xương đùi.

Vận động của xương bánh chè có thể bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi mặt khớp và chiều dài của gân bánh chè, ít bởi cơ tứ đầu đùi. Trong 20° đầu tiên của quá trình gập, xương chày xoay trong và xương bánh chè bị kéo ra khỏi vị trí trên ngoài của nó xuống vào rãnh và tiếp xúc bằng mặt khớp trong.

Xương bánh chè di chuyển dọc theo rãnh cho đến khi gập 90°, tiếp xúc với các mặt khớp trên của xương bánh chè và cũng có thể di chuyển ra ngoài trên lồi cầu. Nếu gập tiếp tục đến 135°, tiếp xúc của xương bánh chè là mặt khớp lẻ. Các vận động thẳng và dịch chuyển của xương bánh chè là ra sau và xuống dưới, nhưng xương bánh chè cũng có một ít vận động góc ảnh hưởng đến vị trí của nó. Trong khi gập gối, xương bánh chè cũng gập, dạng và xoay ngoài, ngược lại khi duỗi, nó duỗi, khép và xoay trong.

Duỗi gối: Cơ tứ đầu đùi là một trong những nhóm cơ mạnh nhất trong cơ thể, gồm cơ thẳng đùi và rộng giữa ở phần giữa, cùng cơ rộng ngoài ở bên ngoài và rộng trong ở bên trong. Cơ lớn nhất và dài nhất của cơ tứ đầu đùi là cơ thẳng ngoài, trong khi cơ thẳng đùi thường không đóng góp đáng kể vào lực duỗi gối ngoại trừ khi có sự giúp đỡ của khớp háng ở tư thế thuận lợi như duỗi háng. Khi đi và chạy, cơ thẳng đùi đóng góp vào lực duỗi trong giai đoạn nhấc chân lên khi đùi ở tư thế duỗi. Tương tự, khi đá, hoạt động của cơ thẳng đùi đạt tối đa trong giai đoạn chuẩn bị khi đùi quá duỗi ra sau và gối ở tư thế gập.

Gập gối: Nhóm cơ chính hoạt động trong việc gập gối là các cơ hamstring, bao gồm cơ nhị đầu đùi ở bên ngoài cùng các cơ bán mạc và cơ bán gân ở bên trong, là các cơ hai khớp tác động lên cả khớp háng và cũng là các cơ xoay của khớp gối vì chúng bám sát ở bên của khớp gối. Với vai trò gập, các cơ hamstring có thể tạo ra lực lớn nhất khi gối gập 90° và giảm đi khi gối duỗi, giảm đến 50% ở tư thế duỗi tối đa. Hai cơ thuộc nhóm chân ngỗng khác (ngoài cơ bán gân) là cơ may và cơ thon cũng góp phần vào việc gập gối. Cơ khoeo là cơ gập gối yếu. Cơ bụng chân cũng tham gia vào việc gập gối, đặc biệt là khi bàn chân ở tư thế trung tính hoặc gập mu.

Xoay trong của xương chày được tạo ra bởi các cơ bên trong như cơ may, cơ thon, cơ bán gân, cơ bán mạc và cơ khoeo. Lực xoay trong lớn nhất khi gối gập 90° và xoay ngoài. Cơ xoay ngoài duy nhất là cơ nhị đầu đùi. Xoay trong và xoay ngoài là những vận động thiết yếu cho chức năng của khớp gối.

Vai trò của cơ khoeo: Là một cơ nhỏ ở phía sau gối, cơ khoeo có vai trò bảo vệ phía sau. Tham gia vào động tác gập gối không đáng kể nhưng cơ khoeo là một cơ quan trọng được xem như cơ chìa khóa và mở khóa duỗi gối với tác dụng xoay trong xương chày hoặc xoay ngoài của xương đùi. Ở tư thế chuỗi đóng, nó mở khóa bằng cách xoay ngoài xương đùi so với xương chày, trong khi ở tư thế chuỗi mở, nó mở khóa bằng cách xoay trong xương chày/xương đùi.

Nhiều vận động dưới đòi hỏi sự phối hợp của các khớp háng và khớp gối, đôi khi phức tạp hơn bởi có nhiều cơ hai khớp giữa các khớp này. Sự đồng bộ giữa cơ chính và cơ đối vận của một khớp và hai khớp là cần thiết để tạo ra vận động với một lực và hướng phù hợp. Sự phối hợp này là quan trọng cho các chuyển động không có điểm dừng giữa duỗi và gập. Ví dụ, khi đi, sự hợp tác của cơ mông lớn (một khớp) và cơ thẳng đùi (duỗi gối) là cần thiết để tạo ra lực vừa duỗi cả hai háng và gối, hoặc sự hợp tác của cơ thắt lưng chậu và các cơ hamstring tạo điều kiện cho gập gối bằng cách giải phóng vận động ở khớp háng.

Tư thế của khớp háng ảnh hưởng đến sự thay đổi hiệu suất của các cơ hoạt động lên khớp gối như góc của khớp háng ảnh hưởng lớn đến cánh tay moment của cơ nhị đầu đùi. Tầm vận động ở khớp gối cũng thay đổi tùy thuộc vào sự thay đổi tư thế của khớp háng, ví dụ như góc của khớp gối khoảng 145° khi gối gập và 120° khi gối duỗi thẳng. Sự khác biệt trong tầm vận động này là do mối liên hệ giữa chiều dài và căng thẳng trong nhóm cơ hamstring.

Sức mạnh của các cơ tạo ra khớp gối: Các cơ duỗi khớp gối thường mạnh hơn các cơ gập trong suốt quá trình vận động, với lực duỗi gối tối đa đạt được ở góc gập gối từ 50° đến 70° và lực gập mạnh nhất ở 20° đến 30° đầu của quá trình gập từ vị trí duỗi. Lực gập gối mạnh hơn nếu có gập háng vì mối quan hệ chiều dài - căng thẳng của cơ hamstring đã được cải thiện. Tỷ lệ sức mạnh giữa cơ hamstring và cơ tứ đầu thường là 0,5, với các cơ hamstring mạnh bằng một nửa của cơ tứ đầu đùi. Lực xoay trong và xoay ngoài thường mạnh nhất ở góc gập gối 90°, vì ở tư thế này, phạm vi vận động xoay là lớn nhất, trong khi lực xoay trong tăng khoảng 50% từ góc gập gối 45° đến góc gập gối 90°. Tư thế của khớp háng cũng ảnh hưởng đến lực xoay trong, với lực lớn nhất ở góc gập háng 120°, nơi cơ thon và các cơ hamstring đạt hiệu suất tốt nhất. Lực xoay trong thường lớn hơn lực xoay ngoài.

Hy vọng qua nội dung bài viết bạn đã hiểu rõ hơn về cấu tạo và chức năng của đầu gối. Đầu gối dễ bị tác động bởi ngoại lực, dẫn tới chấn thương và các bệnh lý xương khớp nghiêm trọng. Vì thế, thông tin về cấu tạo khớp gối và những bệnh lý thường gặp sẽ giúp bảo vệ và chăm sóc bộ phận này tốt hơn.

Xem thêm:

• Cấu trúc giải phẫu xương hàm trên như thế nào?
• Cấu trúc giải phẫu cổ tay như thế nào?
• Tàn phế là gì và nguy cơ bị tàn phế?