Рассуждение о морфомеханике. 2.4.2 Бедренная кость

  

2.4.2 Бедренная кость

Бедренная кость является важной составной частью нижней конечности. Из всех костей, образующих нижнюю конечность, бедренная - наиболее крупная. Она же самая большая из всех трубчатых костей человека. Центр окостенения бедренной кости возникает на 6 неделе развития (Воробьев В.П., 1932).

У взрослых длина бедренной кости составляет 33–43.5 см, длина ее окружности в средней трети 61-95 мм, а кривизна диафиза 10°. Длина бедра у трехмесячного ребенка 13 см, толщина 1.2–1.4 см, у годовалого 15-17см, при толщине 2 см (Минеев К.П., 1992).

Выделяют тело бедренной кости проксимальный и дистальный ее отделы. Проксимальный отдел имеет два костных отростка - большой и малый вертелы, а также шейку, оканчивающуюся головкой. Верхний отдел изогнут и обращен вперед во внутрь, что придает внешнему виду бедренной кости сходство с кронштейном (Рис.2.18). 

Бедренная кость закладывается на 40–43 день беременности в виде хрящевой модели (Самойлович Э.Ф. и соавт., 1993). Ее оссификация начинается на третьем месяце внутриутробной жизни и происходит из трех центров окостенения (Дьяченко В.А., 1954). Главный же центр окостенения в зачатке бедренной кости возникает на 6 неделе (Воробьев В.П., 1932). К моменту рождения окостеневает только диафиз, а головка и дистальный эпифиз состоят из хряща с собственными ядрами оссификации (Сакс Ф.Ф., 1993). Самостоятельные центры оссификации имеют также большой и малый вертел (Садофьева В.И., 1990). Исследования Х.З.Гафарова и соавт. (1984) показали, что развитие проксимального конца бедренной кости находится в строгой пропорциональной зависимости от размеров костей таза.

Бедренная кость изогнута в трех плоскостях. В сагиттальной плоскости имеется изгиб диафиза кпереди, во фронтальной – наклон шейки в медиальном направлении, а в горизонтальной плоскости - скручивание диафиза вокруг продольной оси (Мирзоева И.И. и соавт., 1976). В норме угол между осью бедренной кости и ее анатомической осью во фронтальной плоскости составляет у мужчин 5-7°, а у женщин 6-8° (Морейнис И.Ш., 1988).

Тело бедренной кости цилиндрической формы и, как уже было сказано выше, изогнуто кпереди. Изгиб бедренной кости в среднем равен дуге с радиусом 15 м (Мюллер М.Е. и соавт., 1996). Согласно F.H.W.Heuck, B.R.G.Bast (1994) угол изгиба диафиза бедра в верхней трети 20°, в средней трети 170° (Рис.2.19). По данным Zuber et al., кпереди и кнаружи изогнута и костномозговая полость бедра, средний радиус ее кривизны 110 мм (Перрен С.М., 1995).

Диафиз бедренной кости полый, в виде трубки, стенки, которой образованы компактным веществом пластинчатой костной ткани. На поперечном срезе тела бедренной кости насчитывается до 3200 остеонов, каждый из которых представляет собой, в среднем, десять вставленных друг в друга костных цилиндров (Жданов Д.А., 1979).

Бедренная кость на 20% состоит из трабекулярной кости (Рожинская Л.Я., 2000). Тело бедренной кости образовано компактным веществом. Оно, как известно, пронизано системой костных каналов имеющих множество микроскопических полостей – лакун, в которых располагаются клетки (Ревелл П.А., 1993).

Пустоты в кости имеют размеры от единиц до нескольких сотен микрометров в диаметре. Однако наличие самых маленьких из этих полостей не отражаются на механических свойствах кости (Martin R.B. et al., 1998). J.D.Currey (1962) высказал и экспериментально доказал предположение о том, что костные полости, в которых размещаются клетки, способны задерживать распространение трещин, увеличивая тем самым, прочность кости. Не исключается, что подобную роль играют и костные каналы (Александер Р., 1970).

Передняя и боковые поверхности тела бедренной кости гладкие, а задняя несет на себе ряд неровностей – места прикрепления мышц. Основная из неровностей шероховатая линия, состоит из латеральной и медиальной губы. В средней части обе губы параллельны и следуют по средней линии. В верхней части латеральная губа переходит в ягодичную бугристость, а медиальная в гребенчатую линию, поворачивающую на внутреннюю поверхность тела бедренной кости. В нижней части обе губы расходятся, отграничивая подколенную поверхность (Синельников Р.Д., 1972).

По мнению F.Pauwels (1965) ягодичная бугристость расположена таким образом, что максимально повышает прочность бедренной кости на изгиб. Исследования S.Garbe (1998) выполненные с использованием компьютерной томографии показали, что в области ягодичной бугристости проходит дирекционная ось нижней конечности. Это позволяет указать на еще одну роль ягодичной бугристости – гравитационную, усиление бедренной кости при нагрузке в вертикальном направлении.

Известно, что тяга сухожилий и фасций вызывает образование костных выступов (Николаев Л.П., 1947). Действительно, в области бугристостей бедра прикрепляются мышцы, сухожилия, связки и фасции. Здесь уместно отметить, что в зонах прикрепления сухожилий, их коллагеновые волокна проникают в толщу кости и идут в ней зигзагами, соединяясь с костными пластинками сухожильными нитями (Деев Л.А., Куприянов В.В., 1979). Именно этим следует объяснить высокую прочность соединения сухожилий и кости. Тракция за соединительнотканное образование, прикрепленное к кости, вызывает своего рода возмущение на ее поверхности – вспучивание кости. Костное вещество как бы увлекается в направлении нагрузки, приложенной к связке или сухожилию. При этом формируются костный выступ, бугристость, вертел.

Прочность компактного вещества бедренной кости на сжатие составляет 24.7 кг/мм² (Корж А.А. и соавт., 1972). Е.П.Подрушняк, Е.И.Суслов (1967) приводят близкие значения 15-30 кг/мм². Согласно данным А.С.Обысова (1970), предел прочности компактной части бедренной кости на сжатие в возрасте 30–40 лет 20.1 кг/мм², на изгиб 11.2 кг/см², удельная ударная вязкость 48.8 кгсм/см². С возрастом указание характеристики существенно уменьшаются так в возрастной группе 75–82 года предел прочности на изгиб 2.7 кг/см², на сжатие 18.0 кг/мм², а удельная  ударная вязкость составляет 12.2 кгсм/см². Предел прочности надкостницы до 5 лет 0.69-0.72 кг/см², а в возрасте 25-73 года 0.26-0.6 кг/см². Согласно литературным данным «…усилие, приводящее к перелому бедренной кости, составляет от 10200 до 1800Н» (Карпцов В.И. и соавт., 1989). Вдоль длинной оси бедренная кость может выдержать нагрузку 756 кг, а перпендикулярно ей в средней части 260–400 кг (Жданов Д.А., 1979). По данным же М.Ф.Иваницкого (1965) бедренная кость способна выдержать нагрузку более 1500 кг при ее продольном сжатии. Модуль Юнга компактной части бедренной кости при растяжении 12.3–40.7х10⁹, при сжатии 16.5–35.7х10⁹, также см. таблицу 2 (Березовский В.А., Колотилов Н.Н., 1990). 

Таблица 2

Механические свойства компактной части бедренной кости 

(из Березовский В.А., Колотилов Н.Н., 1990)  

Возраст (лет)	Ударная вязкость  (Дж м-2)	Предел прочности на изгиб (Нм-2)	Предел прочности на сжатие (Нм-2)
30 – 40	0.9316	37650×106	1971×106
75 – 82	0.5	15490×106	1765×106

M.Trotter, R.R.Peterson (1967), обнаружили, что на протяжении всей жизни диметр бедренной кости постоянно увеличивается, в среднем на 0.23 мм за десятилетие (Дрейер А.Л., 1977). Вместе с тем ширина костномозгового канала с возрастом уменьшается за счет компактного слоя, достигая к 35 годам наибольшей толщины на уровне физиологических сужений. Для бедренной кости это граница проксимальной и средней трети (Рубашева А.Е., 1961).

Толщина компактного вещества в средней трети диафиза бедренной кости 5-7 мм, в области малого вертела 1-2 мм, в области большого вертела 0.5-0.8 мм (Минеев К.П., 1992). Согласно данным Е.Н.Хрисанфова (1967), самая толстая стенка тела бедренной кости задняя, самая тонкая – передняя, толщина же наружной стенки незначительно преобладает над внутренней (Корж А.А. и соавт., 1972). По направлению к концам кости кортикальный слой постепенно истончается, расширяется и костномозговая полость (Майкова-Строганова В.С., Рохлин Д.Г., 1957). Соответственно костномозговая полость близка по форме к песочным часам. Содержимое костномозговой полости: артериальные сосуды, вены, нервы, желтый костный мозг.

Литературные данные, приводимые F.Pauwels (1980), свидетельствуют, что трубчатая форма длинных костей является более эффективной конструкцией, чем монолитная. Костномозговая полость позволяет снизить вес кости без уменьшения ее прочностных свойств, снижает расходы мышечной энергии.

Будучи полой, кость оказывается легче, чем, если бы она была сплошной, при этом имея большую жесткость. Отношение наружного и внутреннего радиуса диафиза бедренной кости – 0.5. Площадь поперечного сечения тела бедренной кости составляет 0.78 площади сечения сплошной кости, имеющей такую же прочность. Кроме этого, при сечении в виде эллипса, кость оказывается легче и прочнее на изгиб, если большая часть эллипса лежит в плоскости изгиба (Александер Р., 1970).

Работами E.Amtmann, H.P.Schmitt (1968), продемонстрирована аналогия распределения прочности на сжатие и плотности бедренной кости по ее объему, хотя полной корреляции не наблюдается. Адаптация к внешним нагрузкам обеспечивается не только изменением структуры кости, но и изменением ее формы (Образцов И.Ф., Ханин М.А., 1989).

Изучение поперечного сечения бедра показывает, что в средней части форма поперечного сечения бедра представляет собой эллипс с длинной осью, лежащей в сагиттальной плоскости. Замечено, что у молодых лиц физического труда форма кости в своем сечении еще более отличается от круглой, имеет развитые костные выступы, бугристости. Это следует рассматривать как адаптационное явление – приспособление кости к повышенной нагрузки путем изменения ее формы.

Дистальная часть бедренной кости утолщена и образована, в основном, губчатым веществом пластинчатой костной ткани. Оно покрыто достаточно тонкой пластинкой из компактной кости. В поперечном сечении форма дистальной части бедренной кости представляет собой трапецию. Медиальная ее часть скошена приблизительно на 25°, а латеральная на 10°. Задняя часть дистального конца шире, чем в передней (Мюллер М.Е. и соавт., 1996).

На дистальном конце бедренной кости различают два выступа – медиальный и латеральный мыщелки. Они разделены межмыщелковой ямкой и обращены назад. Размеры внутреннего мыщелка больше наружного. Боковые стороны мыщелков бедренной кости имеют шероховатые поверхности – надмыщелки. Передние и нижние поверхности, округлые и покрыты гиалиновым хрящом (Воробьев В.П., 1938). Мыщелки отграничены друг то друга межмыщелковой ямой или вырезкой, отделенной вверху межмыщелковой линией (Синельников Р.Д., 1972).

Кровеносные сосуды входят в бедренную кость через питательные отверстия. Наиболее крупное питательное отверстие, расположенное в области диафиза, находится на внутренней поверхности тела бедренной кости. Это начало питательного канала, по нему проходит питающая артерия, являющаяся достаточно крупной ветвью бедренной артерии. После проникновения в костномозговой канал питательная артерия делится на восходящую и нисходящую, в редких случаях наблюдается добавочная восходящая артерия. Нисходящая разветвляется древовидно на продольные волнообразные сосуды, а восходящая ветвь имеет рассыпной тип деления. Обе ветви образуют довольно мощную интрамедуллярную сосудистую сеть. Кроме питательной артерии в кровоснабжении кости принимают участие периостальные и метафизарные сосуды. Первые проникают в кость из надкостницы, а вторые в области метафиза входят в кость из синовиальных, фиброзных оболочек суставных сетей, связочного аппарата, мышц (Оноприенко Г.А., 1993).

По данным Н.И.Ансерова (1939) в диафиз бедренной кости может входить как одна, так и две питательные артерии, которые делятся, направляясь к соответствующему концу кости.

По мнению М.Г.Привеса (1938) диафизарная артерия чаще парная, чем одинарная и преимущественно отходит от прободающих ветвей глубокой бедренной артерии.

««назад || СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ || вперед»»

                                                                     

Автор:

Архипов С.В. – С.В. Архипов-Балтийский является псевдонимом, который использовался до начала 2006 года с целью более точной дифференцировки на научном поле.

Цитирование:

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 1. Гл. 1-4. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 2. Гл. 5-6. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Примечания:

Первая крупная публикация автора, посвященная морфомеханике живых систем, биомеханике пояса нижних конечностей и связки головки бедра, ligamentum capitis femoris (LCF).

Ключевые слова

ligamentum capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедра, анатомия, морфомеханика, биомеханика

СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Биомеханика и морфомеханика