К основному контенту

Роль связок тазобедренного сустава в одноопорном периоде шага (экспериментальное исследование)


Роль связок тазобедренного сустава в одноопорном периоде шага (экспериментальное исследование)

Архипов С.В.

Согласно современным представлениям о биомеханике ходьбы, продвижение тела вперед обусловлено действием мышц и эффектом «свободного падения» [Скворцов Д.В., 2007]. Мышцы контролируют баланс, стабилизируют тазобедренный сустав (ТБС) и тормозят движения в нем [Winter D.A., 1990]. Вместе с тем роль связочного аппарата ТБС в его биомеханике изучена недостаточно. Имеются лишь отрывочные данные о значимости наружных связок: замыкании ТБС при разгибании в нем за счет натяжения подвздошно-бедренной связки при ходьбе [Perry J., 1992]. В работах последнего времени отмечается, что и связка головки бедренной кости (СГБК) является важным стабилизатором бедра, но ее роль в одноопорном периоде шага не обсуждается [Cerezal L. et al., 2010].

При ходьбе мышцам отдается безусловный приоритет. Так считается, что в одноопорном периоде шага таз во фронтальной плоскости удерживается усилием отводящей группы мышц [Pauwels F., 1965, 1980; Bombelli R., 1993]. При этом ТБС представляет собой аналог рычага первого рода, точкой опоры которого является головка бедренной кости (ГБК) [Lehmkuhl L., Smith L.K., 1984]. Расчеты, в основу которых положена эта «классическая» концепция, свидетельствуют, что во время ходьбы нагрузка на ГБК может достигать шестикратного веса тела [Paul J.P., 1965]. При этом отдельные исследователи закономерно задавали вопрос: «…чем компенсируются огромные силы, приложенные к головке бедренной кости» [Янсон Х.Я., 1975]. Развитие электромиографии позволило установить, что в середине и конце одноопорного периода шага биоэлектрическая активность средней ягодичной мышцы, а значит, и развиваемое ею усилие, снижается [Vaughan C.L. et al., 1992]. Логично предположить, что инерция веса тела, наклоняющегося с тазом в неопорную сторону, и действие приводящих мышц должны приводить к противоположному эффекту – повышению ее напряжения.

Противоречие между значительной расчетной нагрузкой, воздействующей на ГБК при ходьбе, и парадоксальной гипоактивностью средней ягодичной мышцы позволило нам предположить, что в одноопорном периоде шага часть действующих сил шунтируется связочным аппаратом ТБС. В связи с этим целью настоящего исследования явилось экспериментальное уточнение закономерностей биомеханики ходьбы и роли связок в одноопорном периоде шага.

Для более детального изучения роли СГБК, наружных связок и средней ягодичной мышцы нами изготовлена динамическая механическая модель ТБС [Архипов С.В., Заявка на изобретение №2009124926]. Она содержала подвижно закрепленную на основании с масштабно-координатной сеткой бедренную часть, снабженную сферической головкой, шарнирно сопряженную со сферической поверхностью вертлужного элемента тазовой части. Бедренная и тазовая части соединялись двумя динамометрами, снабженными элементами крепления с переменной длинной и электромеханическими приводами. Одно устройство для измерения силы имитировало среднюю ягодичную мышцу, второе воспроизводило действие комплекса коротких мышц, вращающих бедро кнаружи. Модель также содержала аналоги наружных связок ТБС и СГБК, выполненных из гибкого стального проволочного троса диаметром 2 мм. Аналог СГБК соединял дно фасонной выточки, выполненной на внутренней поверхности вертлужного элемента, с точкой на головке бедренной части модели, соответствующей ямке ГБК. С основанием соединялись две вертикально расположенные плоские поверхности с нанесенной на них масштабно-координатной сеткой. В точке, расположенной выше, кзади и медиальнее центра шарнира, модели подвешивалась на цепи нагрузка 1 кг, которая была снабжена тремя узконаправленными источниками света, проецировавшими лучи на масштабно-координатные сетки. Свойства модели изучены при отсутствии аналога СГБК, наружных связках и аналогов мышц, а также при их наличии в различных сочетаниях. Имитированы все возможные вращательные и поступательные движения в шарнире модели, уточнен их объем и элементы ограничители. При наличии и отсутствии тазовой части изучено перемещение СГБК при различных движениях в шарнире модели. Воспроизведены условия равновесия таза во фронтальной и сагиттальной плоскости при ненапряженном и напряженном типе одноопорного ортостатического положения [Архипов С.В., 2008].

С целью моделирования одноопорного периода шага бедренная часть устанавливалась в позиции приведения 10° с ротацией кнаружи 10°. Тазовой части придавалось положение, характерное для таза в начале одноопорного периода шага, и фиксировалось посредством натяжения аналогов мышц. Затем запускались электроприводы, удлиняющие элементы крепления аналогов мышц, фиксировались показания динамометров, направление и величины перемещений тазовой части. В заключении соединение бедренной части модели с основанием деблокировалось в сагиттальной плоскости и отслеживались возникающие спонтанные движения.

В исходном положении бедро согнуто в ТБС и развернуто кнаружи. При этом СГБК отклонена от вертикального положения и предварительно натянута. Таз находится приблизительно в нейтральной позиции во фронтальной плоскости. В начале одноопорного периода шага таз начинает опускаться вниз, а в ТБС наблюдается приведение. При этом СГБК натягивается. Сила реакции СГБК и суставных поверхностей, взаимодействуя с весом тела, приводят к появлению вращающего момента, за счет которого таз разворачивается по дуге кпереди. Данное движение притормаживается наружными ротаторами и поддерживается внутренними ротаторами ТБС. Наклон неопорной половины таза вниз и нарастающее приведение в ТБС обуславливают увеличение плеча веса тела, что приводит к увеличению биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, необходимой также для удержания таза от опрокидывания в неопорную сторону. При достижении значимого натяжения СГБК она начинает шунтировать нагрузку веса тела, объясняющее известное снижение биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы. Натяжение СГБК трансформирует ТБС в аналог рычага второго рода. Благодаря этому результирующая сила, действующая на ГБК, более равномерно распределяется по верхней и нижней суставной поверхности и составляет для каждой из них, по нашим расчетам, около одного веса тела. Кроме этого, СГБК стабилизирует тазобедренный сустав во фронтальной плоскости. В середине одноопорного периода шага в ТБС наблюдается разгибание, что приводит к натяжению подвздошно-бедренной связки и замыканию ТБС в сагиттальной плоскости, повышающее стабильность тела в сагиттальной плоскости.

Колебательное движение таза, «подвешенного» на СГБК, обуславливает перемещение центра масс тела вперед – кнаружи по дуге и приводит к тому, что его проекция оказывается кпереди от центра голеностопного сустава опорной ноги. При этом появляется сила, которая выводит тело из равновесия и вызывает его падение вперед по дуге с центром качания в упомянутом суставе. Качание таза на СГБК и тела в целом на выпрямленной ноге аналогичны движениям математического маятника, частота колебаний которого зависит от длины подвеса (штока) и ускорения свободного падения [Киттель Ч. и др., 1971]. В отношении опорно-двигательного аппарата данные параметры постоянны. Соответственно, указанные движения сегментов тела совершаются с постоянной частотой, которая может изменяться только вынуждающей силой, например, дополнительным мышечным усилием с иной периодичностью. Качание таза на СГБК придает общему центру масс тела ускорение, направленное вверх, что уменьшает вертикальную составляющую реакции опоры в средине одноопорного периода шага. Благодаря описанным механизмам ходьба обретает известную ритмичность, а также снижаются затраты энергии на реализацию цикла шага. 

Автор:

Архипов С.В.

Полесская центральная районная больница, г. Полесск, Калининградская область, Россия

Ключевые слова:

тазобедренный сустав, эксперимент, модель, биомеханика, наружные связки, ligamentum capitis femoris, связка головки бедра, круглая связка 

Цитирование:

Архипов СВ. Роль связок тазобедренного сустава в одноопорном периоде шага (экспериментальное исследование). Труды научно-практической конференции «Реабилитация при патологии опорно-двигательного аппарата», Москва 4-5 марта 2011 года. Тезисы докладовМосква, 2011:9-10.

Примечания:

Публикация посвящена изучению на динамической механической модели тазобедренного сустава функционирования наружных связок и ligamentum capitis femoris при ходьбе.

СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

 Эксперименты и наблюдения

Комментарии

Популярные статьи

Эксперименты на рычажной модели

  Эксперименты на рычажной модели тазобедренного сустава Согласно современным представлениям, тазобедренный сустав , articulatio coxae , в одноопорной ортостатической позе функционирует как аналог рычага первого рода, что зачастую для наглядности иллюстрируется изображением рычажных весов ( Pauwels F ., 1973). С целью дальнейшего изучения биомеханики нижней конечности мы изготовили упрощенную рычажную модель тазобедренного сустава (Рис. 1).   Рис. 1. Рычажная модель тазобедренного сустава (вид с поворотом в 3/4); обозначения: 1 – основание, 2 – грузовая мачта, 3 – кронштейн грузовой мачты, 4 – рычаг, 5 – нагрузка, 6 – динамометр, 7 – серьга динамометра. Рычажная модель тазобедренного сустава выполнена из металлических планок. Она имела горизонтальное основание. К нему прикреплялась грузовая мачта, в верхней точке которой имелся кронштейн. К средней части грузовой мачты присоединялся на горизонтальной оси рычаг, который имел возможность свободного вращения во фронтальной плоскости.

927-942Arabic Bible

  Фрагмент книги Берешит (Вначале) в переводе на арабский, который произвел Саадия Гаон (927-942). В тексте на арабском языке содержатся упоминания о ligamentum capitis femoris ( LCF ) животного и человека. Краткий комментарий смотри ниже. Перевод на английский доступен по ссылке: 927-942Arabic Bible . Цитата. [ a ra] التكوين 32:32 ( источник : 1653WaltonB, p. 145) Современные редакции: لذلك لا يأكل بنو اسرائيل عرق النّسا الذي على حقّ الفخذ الى هذا اليوم . لانه ضرب حقّ فخذ يعقوب على عرق النّسا ( источник : arabicbible.com ) لِذَلِكَ لا يَاكُلُ بَنُو اسْرَائِيلَ عِرْقَ النَّسَا الَّذِي عَلَى حُقِّ الْفَخِْذِ الَى هَذَا الْيَوْمِ لانَّهُ ضَرَبَ حُقَّ فَخْذِ يَعْقُوبَ عَلَى عِرْقِ النَّسَا (источник: copticchurch . net ) Перевод [ Rus ] Бытие 32:32 Точное переложение на русский язык в настоящее время недоступно нашему проекту. Выявлен перевод ключевого термина, обозначающего LCF : النّسا   ~ седалищный ( подробнее см. комментарий). Sa ʻ adia   ben   Joseph .  Pentateuch . 1600 , с

Новости в сети интернет (2004 год)

  Новости в сети интернет Архипов-Балтийский С.В. Содержание 1. Переворот в механике тазобедренного сустава 2. Обозначено новое научное направление 3. Установлена неизвестная ранее закономерность 4. Уточнение ключевых определений биологии 5. Новая трактовка значения сна 6. Уточнена функция связки головки бедра   1. Переворот в механике тазобедренного сустава Установлено, что в ортостатическом положении с опорой на одну ногу, а также в середине одноопорного периода шага, тазобедренный сустав функционирует как рычаг второго рода. Это обеспечивается за счет натяжения связки головки бедра, ограничивающей приведение бедра и наклон таза в неопорную сторону. Благодаря связке головки бедра происходит замыкание тазобедренного сустава во фронтальной плоскости. При этом основная нагрузка приходится на нижние сектора головки бедренной кости и вертлужной впадины. До сих пор считалось, что в одноопорном ортостатическом положении тазобедренный сустав функционирует как рычаг первого рода. Таз удержива

922-722bcElohist

  Фрагмент книги Берешит (Бытие) утраченного библейского источника Элохист, начертанного палеоеврейским письмом. Вариант древнейшего описания повреждения ligamentum capitis femoris ( LCF ) и причины хромоты возрастом 922-722 гг. до совр. эры. Краткий комментарий смотри ниже. Перевод на английский доступен по ссылке: 922-722 bcElohist . Цитата . [ Paleo-Hebrew ] Elohist . Bereshit 32:32-33 (источник: 5784 Moshe   Ben   Amram , стр. 41; правка наша ) Перевод [ Rus ] Элохист. Берешит 32:32-33 И засияло ему солнце, когда он проходил Пынуэйл; а он хромал на бедро свое. Поэтому не едят сыны Исраэйлевы сухой жилы, которая из сустава бедра, до нынешнего дня , потому что коснулся тот сустава бедра Яакова в жилу сухую. (наша правка-реконструкция версии 1978БроерМ_ЙосифонД, Берешит 32:32-33; сохранен текст 922-722 гг. до совр. эры, принадлежащий утраченному библейскому источнику «Элохист») Moshe Ben Amram. Pentateuch in Paleo-Hebrew, 5784. Внешние ссылки Moshe Ben Amram. Pentateuch in Pal

Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с горизонтальным положением таза

    Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с горизонтальным положением таза [1] . Введение [2] . Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе без наклона таза в сагиттальной плоскости [3] . Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с наклоном таза вперед [4] . Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с наклоном таза назад   [1] . Введение В настоящей серии экспериментальных исследований предпринято изучение взаимодействия связок и мышц тазобедренного сустава, articulatio coxae , при коксартрозе в одноопорной ортостатической позе с горизонтальным положением таза, pelvis . Для постановки опытов нами использована модифицированная модель тазобедренного сустава , которая содержала бедренную часть и объемную тазовую часть с прикрепленной к ней нагрузкой 1 кг. Последняя моделировала действие веса тела и присоединялась к крайнему отверстию грузового кронштейна, находящемуся на уров

Моделирование начала двухопорного периода шага при коксартрозе

  Моделирование начала двухопорного периода шага при коксартрозе [1] . Введение [2] . Моделирование начала второго двухопорного периода шага при коксартрозе [1] . Введение В настоящей серии экспериментов предпринято изучение взаимодействия связок и мышц тазобедренного сустава, articulatio coxae , в начале двухопорного периода шага при коксартрозе. Для постановки опытов нами использована  модифицированная механическая модель.  Конструкция содержала бедренную часть и объемную тазовую часть с прикрепленной к ней нагрузкой 1 кг. Последняя моделировала действие веса тела и присоединялась к крайнему отверстию грузового кронштейна, находящемуся на уровне изображения межпозвонкового диска L 5- S 1 позади плоскости объемной тазовой части. Точка расположения груза воспроизводила общий центр масс тела, локализующийся медиальнее, выше и позади от тазобедренного сустава, articulatio coxae .   Модель воспроизводила функцию трех основных групп мышц тазобедренного сустава, articul

8cent.bcHomer.

  Фрагмент поэмы Гомера Илиада ( Ὅμηρος . Ἰλιάς , ок. 8 в. до совр. эры). Поэт описывает открытый переломо-вывих бедра, который обычно сопровождается повреждением ligamentum capitis femoris ( LCF ). Наш краткий комментарий смотри ниже. Перевод на английский доступен по  ссылке: 8cent.bcHomer .  Цитируемый нами отрывок упоминается в трудах иных авторов: 177-180bGalen , 976-1115TheophilusProtospatharius , 1603IngrassiaeIP , 1724FabriciusJA , 1842GreenhillGA , 2020АрхиповСВ_ПролыгинаИВ . Цитата. [Grc] Ἰλιάς . E . 302-310. (источник: 1 8 9 0Homer ,  p .  9 1) Перевод Илиада. Песнь пятая. Подвиги Диомеда. 302-310. С криком ужасным. Но камень рукой захватил сын Тидеев, Страшную тягость , какой бы не подняли два человека Ныне живущих людей , — но размахивал им и один он; Камнем Энея таким поразил по бедру, где крутая Лядвея ходит в бедре по составу, зовомому чашкой: Чашку удар раздробил, разорвал и беде́рные жилы, Сорвал и кожу камень жестокий. Герой пораженный Пал на колено вперед; и, кол

5-6cent.Georgian Bible

  Фрагмент книги Рождение (Бытие) грузинской Библии ( 5-6 в. ). В тексте на старогрузинском языке содержатся упоминания о ligamentum capitis femoris ( LCF ) животного и человека. Краткий комментарий смотри ниже. Перевод на английский доступен по ссылке: 5-6cent.Georgian Bible . Цитата. [ Geo ( asomtavruli ) ] Ⴜიგნი პირველი Ⴃაბადებისაჲ 32:32 ამისთჳს არა ჭამიან ძეთა ისრაჱლისათა ძარღჳ იგი , რომელ დაუბუშა , რომელი არს ვრცელსა ბარკლისასა , ვიდრე დღენდელად დღედმდე , რამეთუ შეახო ვრცელსა ბარკლისა იაკობისსა , რომელ დაუბუშა . (источник: titus . fkidg 1. uni - frankfurt . de ) (источник: 1 989 წიგნნი   ძუელისა   აღთქუმისანი  [Акакий Шанидзе] , стр. 199-200) Перевод [ Rus ] Рождение 32:32 Переложение на русский язык в настоящее время недоступно нашему проекту. Выявлен перевод ключевого термина: ძარღჳ = ძარღვი = жила (1901ЧубиновДИ; подробнее см. комментарий). Внешние ссылки წიგნნი ძუელისა აღთქუმისანი 978 წლის ხელნაწერის მიხედვით: ტომი 1, ნაკვეთი 1: დაბადებისაჲ. გამოსლვათ

Моделирование асимметричной двухопорной ортостатической позы

  Моделирование асимметричной двухопорной ортостатической позы Различают два основных типа вертикальной позы с опорой на две нижние конечности: симметричная двухопорная ортостатическая поза и асимметричная двухопорная ортостатическая поза (Рис. 1). Рис. 1. Основные типы двухопорной ортостатической позы; слева – симметричная двухопорная ортостатическая поза, справа – асимметричная двухопорная ортостатическая поза. Симметричная двухопорная ортостатическая поза характеризуется горизонтальным положением таза,   pelvis , и равномерной нагрузкой на обе выпрямленные в коленных суставах,   articulatio   genum , нижние конечности. В асимметричной двухопорной ортостатической позе (асимметричный тип стояния или стойка «вольно»), одна из ног выпрямлена, а другая согнута в коленном суставе,   articulatio   genum , и тазобедренном суставе,   articulatio   coxae . При этом таз,   pelvis , располагается под углом к горизонту (Недригайлова О.В., 1967; Иваницкий М.Ф., 1985). Означенные типы вертикальной