Автостабилизация таза в горизонтальной плоскости
Архипов-Балтийский С.В.
Цель: предыдущими нашими исследованиями (см.
www. enet.ru /~archipov/) установлено, что важную роль в механике ходьбы и
поддержании одноопорного ортостатического положения принадлежит связке головки
бедра. Являясь важной функциональной связью тазобедренного сустава, связка
головки бедра способна ограничивать приведение бедра и, будучи натянутой,
замыкает сустав во фронтальной плоскости. В норме это наблюдается в одноопорном
ортостатическом положении, для которого характерно приведение бедра и наклон противоположной
половины таза вниз, что косвенно подтверждает подключение связки головки бедра
к поддержанию устойчивого равновесия тела. Вместе с тем, кроме жестко
фиксированного приведения бедра во фронтальной плоскости, отмечается и
постоянство позиции таза не только во фронтальной, но и в горизонтальной
плоскости. Целью данной работы стало экспериментальное уточнение участия связки
головки бедра в автостабилизации таза в горизонтальной плоскости при
одноопорном ортостатическом положении.
Материал и методы: нами была создана трехмерная
модель тазобедренного сустава. Основой ее стал однополюсной эндопротез
тазобедренного сустава, закрепленный на кольцевидном основании. В соответствии
с диаметром головки выполнена металлическая модель вертлужной впадины в виде
1/2 части толстостенной сферической оболочки, снабженной в области вершины
цилиндрическим стержнем с отверстиями. Внутри сферической оболочки выбрано
фасонное углубление, напоминающее по форме ямку и вырезку вертлужной впадины.
Вблизи от центра фасонной выточки выполнено сквозное отверстие, соответствующее
по локализации проксимальной области крепления связки головки бедра. В качестве
аналога связки головки бедра использован плетеный капроновый шнур диаметром 5
мм. Одним концом он соединялся с вертлужной частью модели, будучи пропущенным
через отверстие в ее фасонной выточке. Другой же его конец проводился через
сквозное отверстие в головке бедренной части модели и после сборки модели
закреплялся. На описанной модели с аналогом связки головки бедра и без такового
проверялся объем возможных движений вертлужной части в горизонтальной
плоскости. Затем к цилиндрическому стержню вертлужной части модели подвешивался
небольшой груз массой 0.5 кг, после чего вертлужная часть модели плавно
отклонялась в горизонтальной плоскости на угол 30° в одном и в другом
направлении. Это имитировало вращение таза в горизонтальной плоскости вокруг
головки неподвижного опорного бедра в стойке на одной ноге. При достижении
крайних положений ротации в шарнире модели тазобедренного сустава отслеживались
направления и величины возникающих спонтанных движений вертлужной части модели.
Результаты: наши эксперименты показали, что в
отсутствии аналога связки головки бедра полный объем движения в узле
подвижности модели в горизонтальной плоскости составил около 120°. В крайних
положениях он ограничивался непосредственным контактом шейки бедренной части
модели с торцом вертлужной части модели. При проверке объема движений в
горизонтальной плоскости во избежание спонтанного разъединения узла подвижности
модели, экспериментатору необходимо было постоянно удерживать вертлужную часть,
не допуская ее падения. Введение в конструкцию аналога связки головки бедра
обеспечивало стабильность модели во фронтальной плоскости. Под действием силы
тяжести вертлужная часть отклонялась вниз. Аналог связки головки бедра
натягивался, что приводило к замыканию узла подвижности модели во фронтальной
плоскости. При этом вертлужная часть модели всегда принимала положение в
горизонтальной плоскости, в котором длинная ее ось оказывалась сонаправлена оси
шейки бедренной части модели. Полный объем возможных движений вертлужной части
модели в горизонтальной плоскости составил около 80° и ограничивался аналогом
связки головки бедра. Замечено, что при отклонении вертлужной части модели в
горизонтальной плоскости в обоих направлениях она двигалась вверх и латерально
по дуге относительно точки крепления аналога связки головки бедра к головке
бедренной части модели. При отклонении вертлужной части в горизонтальной плоскости
до угла 30º от средней линии центральная ось этой части модели спонтанно
отклонялась вверх до угла 30º от горизонтали. Дальнейшая попытка вращения в
горизонтальной плоскости приводила к еще большему отклонению вертлужной части
модели во фронтальной плоскости вверх. Проводя параллели с реальным
тазобедренным суставом, можно констатировать, что при натяжении связки головки
бедра в позиции максимально возможного приведения, вращение в горизонтальной
плоскости (супинация-пронация) вызывает спонтанное отведение бедра. При
фиксированном бедре ротация таза в горизонтальной плоскости неизбежно должна
приводить к отклонению его противоположной половины вверх во фронтальной
плоскости. Устраняя удержание рукой вертлужной части модели в положении
максимального вращения в горизонтальной плоскости, означенная часть модели под
собственным весом спонтанно начинала двигаться по дуге в обратном направлении
медиально и вниз, стремясь занять среднее положение. Описанный эффект
спонтанной ротации вертлужной части модели в горизонтальной плоскости
оказывался более энергичным и заметным при подвешивании даже небольшого груза
(0,5кг). Вне зависимости от того, в какую сторону изначально отклонялась
вертлужная часть модели, после прекращения возникавшего обратного спонтанного движения
вертлужная часть модели всегда занимала одно и то же – наиболее низкое среднее
положение.
Заключение: описанный эксперимент доказывает, что
связка головки бедра участвует в ограничении объема вращательных движений в
тазобедренном суставе в горизонтальной плоскости. Выявлено, что в одноопорном
ортостатическом положении при замыкании тазобедренного сустава во фронтальной
плоскости за счет натяжения связки головки бедра присутствует эффект
спонтанного вращения таза в горизонтальной плоскости в направлении от крайнего
положения к среднему, в котором происходит автостабилизация таза. Это
обусловлено тем, что в данной позиции центр массы тела занимает наиболее низкое
положение из возможных в созданных условиях. Отклонение таза в горизонтальной
плоскости при замкнутом во фронтальной плоскости тазобедренном суставе вызывает
подъем общего центра массы тела над опорой. Таз, соединенный с головкой
опорного бедра натянутой связкой головки бедра, оказывается подобным маятнику с
верхней точкой подвеса, выведенного из вертикального положения. Взаимодействие
силы реакции связки головки бедра, силы тяжести и сил реакции суставных
поверхностей приводит к появлению результирующей силы, действующей в
горизонтальной плоскости. Именно она и вызывает спонтанную ротацию таза в
горизонтальной плоскости, автоматически стабилизируя его в среднем положении.
Резюме: экспериментально доказан эффект спонтанной ротации таза в горизонтальной плоскости при замыкании тазобедренного сустава во фронтальной плоскости в одноопорном ортостатическом положении натянутой связкой головки бедра. Благодаря натяжению связки головки бедра в одноопорном ортостатическом положении происходит автостабилизация таза всегда в одной и той же средней позиции с наиболее низким расположением общего центра массы тела.
Автор:
Архипов С.В. – С.В. Архипов-Балтийский это псевдоним, который использовался до начала 2006 года с целью более точной дифференцировки на научном поле.
Полесская центральная районная больница, Полесск, Калининградская область, Россия
Ключевые слова:
эффект, функция, эксперимент, биомеханика, ligamentum capitis femoris, связка головки бедра, круглая связка
Цитирование:
Публикация посвящена исследованию на механической модели тазобедренного сустава эффекта ligamentum capitis femoris названного – авторотация таза, спонтанного предсказуемого движения в горизонтальной плоскости.
Сайт автора www. enet.ru / ~archipov «Морфомеханика» в настоящее время доступен в архиве [web.archive.org]
Биомеханика и морфомеханика