3.13.10 Вторая система трабекул бедра
Считается, что второй ансамбль костных пластинок проксимального конца бедренной кости противостоит растягиванию и разрыву верхнего отдела ШБК. Он представляет собой дугообразный пучок, расположенный в направлении от основания большого вертела к ГБК (Рис.3.32) (Ревенко Т.А.,1968). G.Chapchal (1965) указывает, что вторая система трабекул заканчивается в нижней части ГБК и соответствует напряжению растяжения в данной области бедренной кости (Рис.3.75). По мнению же F.G.Strange (1965) вторая система трабекул проксимального конца бедренной кости есть результат действия силы сжатия. Она является горизонтальной составляющей силы отводящих мышц, удерживающих таз от опрокидывания в неопорную сторону в ортостатическом положении с опорой на одну нижнюю конечность.
Рис.3.80. Сила сжатия, действующая в зоне второй системы трабекул проксимального конца бедренной кости.
Изучение второй системы трабекул проксимального конца
бедренной кости, проводилось на стандартных переднезадних и атипичных косых
рентгенограммах области ТБС, в том числе и при наличии патологии в нем. Данная
система трабекул начинается от верхненаружной, вогнутой внутрь, поверхности
компактного слоя бедренной кости, на участке лежащем ниже безымянного бугорка
большого вертела. Костные балки следуют широким фронтом, по дуге вверх и
внутрь, следуя преимущественно в верхнем отделе ШБК. Здесь, в средней части,
они достигают своей наивысшей точки, соприкасаясь с верхней кортикальной
пластинкой. Далее дуга второй системы трабекул, опять-таки по дуге,
разворачивается внутрь и вниз, входя в ГБК. В средней ее части, костные балки
этой системы пересекают пучок первой системы (Рис.3.81). Завершается вторая
система трабекул в нижневнутреннем секторе ГБК, при этом, никогда не поднимаясь
выше ЯГБК. Радиус кривизны дуги второй системы трабекул, приблизительно равен
радиусу кривизны дуги Адамса (Рис.3.82).
Изучение рентгенограмм области ТБС в атипичных косых проекциях показало, что вторая система не лежит строго во фронтальной плоскости. Она направлена несколько вперед, оканчиваясь преимущественно в передней части нижневнутреннего сектора ГБК. Как и первая система костных балок, вторая система имеет свое продолжение в тазовой кости. Это выявляется на качественных рентгенограммах области ТБС в переднезадних проекциях. При приведении бедра, отмечалось, что трабекулы второй системы, прерываясь рентгеновской щелью вертлужного канала, продолжаются в виде параллельных линий в теле и верхней ветви лобковой кости, далее направляясь к лобковому сращению.
Рис.3.81.
Вторая система трабекул проксимального конца бедренной кости.
Согласно современным воззрениям, вторая система трабекул проксимального конца бедренной кости, является армирующим элементом, противостоящим растяжению верхней части ШБК. Действительно, асимметричная нагрузка бедренной кости, предполагает наличие изгибающего момента сил, действующих на ШБК (Рис.3.83). Более того, сама форма проксимального конца в виде кронштейна или крана, с плавным отклонением ШБК от продольной оси, представляется результатом изгиба бедренной кости.
Рис.3.82. Вторая система трабекул, явственно видно ее окончание в нижнем секторе головки бедренной кости.
Пожалуй, первым, кто сравнил верхнюю половину бедренной кости с грузоподъемным краном, был профессор математики K.Culmann на одном из заседаний швейцарского общества естествоиспытателей в шестидесятых годах IXX века. Своим ученикам он предложил изобразить силовые линии в верхнем конце бедренной кости возникающие при нагрузке на него, которые оказались идентично расположены трабекулам губчатого вещества нормальной кости (Рис.3.84). В последующих работах, например П.Ф.Лесгафта (1882), предметное рассмотрение действующего напряжения в сечении объектов близких по форме бедренной кости убедительно продемонстрировало наличие сил сжатия на нижней стороне ШБК и растяжения на верхней (Лесгафт П.Ф., 1968).
Рис.3.83. Сила, изгибающая проксимальный конец бедренной кости.
Данная аналогия и выводы позднее многократно
тиражировались в научной литературе. Они практически не подверглись ревизии и
приняты сейчас как догма. Правда, в отдельных публикациях, все-таки допускалась
мысль, о том, что в верхней части ШБК наряду с противодействием растяжению
отводящих мышц, костные балки одновременно противостоят силе сжатия со стороны
приводящих (Мирзоева И.И. и соавт., 1976). А.С.Крюк, А.М.Соколовский (1977)
осторожно указывали, что «почти вся»*
ткань ШБК испытывает сжатие.
Критическая оценка современных воззрений на ход трабекул второй системы позволяет выявить в них несколько существенных противоречий. Они заставляют усомниться в однозначной трактовке назначения данного силового элемента бедренной кости. В частности известно, что трабекула образована множеством костных пластинок, состоящих из коллагеновых волокон, инкрустированных кристаллами апатита. Подобное «устройство» обеспечивает им наибольшую устойчивость при и сжатии и растяжении по оси, но не изгибе. Высокая степень прочности костной ткани на разрыв объясняется присутствием в ней волокнистых элементов. Данное замечание приводит к мысли о неэффективности расположения трабекул второй системы, если в верхней части ШБК на самом деле действует растягивающая нагрузка. Думается, что рациональнее была бы ориентация трабекул данной системы в направлении сверху – вниз, а не наоборот. Тогда свойство нерастяжимости коллагенового волокна использовалось бы оптимально. В качестве примера можно привести конструкцию башенного крана, где растяжка (топенант), удерживающая поворотную стрелу, идет сверху вниз, соединяя конец стрелы с наивысшей точкой этой грузоподъемной машины. Учитывая форму проксимального конца бедренной кости рациональным размещением внутрикостных растяжек, читай - трабекул второй системы, явилось бы соединение ими центра ГБК и вершины большого вертела.
Рис.3.84. Силовые линии в модели проксимального конца бедренной кости.
Условию оптимальности расположения трабекул второй
системы бедренной кости, отвечает только нисходящая, внутренняя ее часть.
Однако и эта часть ансамбля костных балок дугообразна, когда логичнее было бы
ожидать их линейную ориентацию. Кроме этого, в соответствии с нынешним,
общепринятым пониманием механики ТБС, нижний сегмент ГБК оказывается
практически не нагруженным. Он испытывает лишь давление, вызванное прижатием
ГБК к ВВ, при этом в данной зоне скорее наблюдается сжатие, чем растяжение.
Связано это с тем, что основная нагрузка приходится на верхний сегмент ГБК.
Трабекулы же внутренней части второй системы, следуя вниз, минуя центр ГБК,
оканчиваются ниже него, у поверхности нижнего сектора. Таким образом,
возникновение части дуги второй системы, расположенной медиальнее центра ГБК,
невозможно объяснить с позиции современной механики ТБС, в частности действием
сил растяжения.
Согласно, уточнению закона Вольфа сделанного
И.Ф.Образцовым и М.А.Ханиным (1989) - «ориентация трабекул соответствует
условию минимизации деформации изгиба отдельной трабекулы». Соответственно,
дугообразность второй системы трабекул является казуистикой, если ее
рассматривать как результат действия растягивающих сил. Костные балки этой
системы должны бы быть направлены так, чтобы изгибающий момент исключался, и
иметь ориентацию сверху - вниз. Более того, изучение рентгенограмм
проксимального конца бедренной кости с патологически увеличенным ШДУ, не
выявляет усиления рисунка трабекул этой системы, хотя определенно нагрузка, изгибающая
и растягивающая кость увеличена, что проявляется ее деформацией в виде изгиба.
Диссонансом является расположение трабекул второй
системы в верхней части ШБК. Если бы они формировались под влиянием сил
растяжения, то костные балки с подобной ориентацией занимали бы весь объем ШБК,
а центр окружности, образующей дугу этой системы, лежал бы в области дуги
Адамса. На самом деле центр дуги второй системы трабекул расположен значительно
ниже и медиальнее даже малого вертела и имеет радиус, больший ширины вертельной
зоны.
Вместе с тем при нагрузке, действующей на верхний
сектор ГБК, наряду с изгибом обуславливает появление деформации сдвига -
срезающего усилия, в проксимальном конце бедренной кости (Рис.3.85). Наиболее
узкая часть ШБК является критической при ассиметричной нагрузке и должна быть
неким образом усилена. Подобного внутреннего усиления не наблюдается, им не
может быть и вторая система.
Думается, что единственным объяснением известной
ориентации трабекул второй системы является наличие сжатия как в верхней части
ШБК, так и в нижневнутреннем секторе ГБК. Прижатие ГБК к ВВ может быть
обусловлено напряжением коротких мышц ТБС, направление действия которых в ряде
случаев совпадает с ориентацией ШБК. Сжатие по ее оси в принципе возможно и при
нагрузке весом тела, если ГБК будет максимально нагружена в позиции приведения
бедра. Тогда результирующей силе сжатия, приложенной к центру ГБК, будет
противостоять сразу две системы костных пластинок первая и вторая, как раз
пересекающихся в средине ГБК. Увеличение же числа задействованных в усилении
ШБК трабекул равномерно распределяет нагрузку на верхнюю и нижнюю ее части, что
повышает ее прочность и снижает вероятность концентрации напряжений.
Ранее отмечалось наличие продолжения хода трабекул второй системы в лобковой кости в позиции приведения бедра. Это косвенно свидетельствует о присутствии сжатия нижнего сектора ГБК и ВВ, в данной позиции.
Рис.3.85. Распределение нагрузки в проксимальном конце бедренной кости (использован метод конечных элементов), а) основные силы, воздействующие на проксимальный конец бедренной кости, b) участок, испытывающий наибольшее сжатие, с) направление усилий внутри проксимального конца бедренной кости, как можно заметить в большей части шейки внутренние силы перпендикулярные длинной ее оси.
Не следует сбрасывать со счетов и основные
механические свойства трабекул. Представляя собой жесткие элементы, они более
всего адаптированы к восприятию сжимающей нагрузки вдоль их длинной оси.
Изгибающие или сдвигающие силы для трабекул и кости в целом, не характерны. Об
этом же говорит и уточнение к закону Вольфа, согласно ему костная балка
стремиться сориентироваться вдоль векторов главных напряжений и избежать
изгибающей нагрузки (Образцов И.Ф., Ханин М.А., 1989).
Как первая, так и вторая системы трабекул своими
основаниями опираются на внутреннюю поверхность компактной пластинки бедренной
кости. Первая на дугу Адамса, вторая на кортикальный слой подвертельной области
наружной поверхности проксимального отдела бедренной кости. Обе пластинки выпуклы,
если смотреть на них изнутри. Выпуклая поверхность лучше всего приспособлена к
восприятию давления, чем вогнутая. Контактирующие с компактной пластинкой трабекулы
второй системы получают достаточно надежную опору. Это еще одно свидетельство
способности кости адаптироваться к сжатию и наличию такового в области второй
системы трабекул.
Не меньшее значение второй системы трабекул в
укреплении ими ансамбля костных балок первой системы. Костные пластинки,
пересекаясь, друг с другом в центральной части ГБК приблизительно под прямым
углом, увеличивают свою осевую жесткость. Связь между ними препятствуют их
разобщению трабекул каждой из систем и их изгибу. При этом центральная часть
ГБК, где величина сжатия наивысшая, оказывается максимально упрочненной.
О прижатии нижневнутреннего сектора ГБК к ВВ косвенно
может свидетельствовать и толщина гиалиновых оболочек в данной зоне. Наши
измерения (см. приложение, таблица 1) показали, что ширина суставной щели в
нижнем секторе ТБС приблизительно на 1 мм меньше, чем в верхнем. Это однозначно
свидетельствует о более высоком давлении на нижний сектор ГБК чем на
верхний!
Основные же доказательства того, что сжатие главная причина формирования второй системы трабекул можно почерпнуть из механики ТБС. Данный вопрос будет нами обсужден ниже, после рассмотрения еще одного важного «конструктивного» элемента ТБС – СГБ.
* Курсив наш - А.С.
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
Биомеханика и морфомеханика