Рассуждение о морфомеханике. 5.3.20 Форма и архитектоника длинных костей нижней конечности

 

5.3.20 Форма и архитектоника длинных костей нижней конечности

Однако не только силы упругости растянутых связок, фасций и сокращающихся мышц влияют на форму кости. Сила тяжести также способна вызвать в костях структурные изменения. Пример тому ШДУ и кривизна диафиза бедренной кости. Величина ШДУ и кривизна диафиза отчасти есть результат деятельности мышц. Мышцы бедра располагаются как спереди, так и сзади от кости, их усилия приблизительно равны. Вместе с тем выпуклость кривизны бедра обращена вперед (Рис.2.18), что указывает на доминирование некой силы, действующей кзади от бедренной кости, и приводящей к ее изгибу. Такой силой является сила тяжести, именно ее вектор лежит в плоскости, пересекающей бедренные кости в нижней трети, что и приводит к появлению изгибающего момента.

Кроме искривления диафиза бедра, сила тяжести порождает в нем напряжения, которые инициируют появление продольного костного гребня по задней поверхности костномозговой полости. Его можно рассматривать в качестве армирующего элемента, внутреннего ребра жесткости диафиза, возникшего в ответ на действие изгибающей силы. Как видно из приведенных наблюдений, отличий в действии разного вида механических сил на живую систему не имеется. Любая из них, порождая внутренние усилия, в равной степени способна повлиять на строение и форму живой структуры.

Влияние внутренних сил обнаруживается и в отношении дистального конца бедренной кости. Его рентгенография в переднезадней проекции позволяет выявить вертикально ориентированные костные балки. Их расположение однозначно демонстрирует направление потоков внутренних сил в дистальном метаэпифизе бедра.

Выше отмечалось, что в двухопорном ортостатическом положении нижние конечности разогнуты в коленном суставе. При этом сила тяжести, усилия мышц и силы реакции связок, стабилизирующие коленный сустав, порождают в мыщелках бедра и большеберцовой кости вертикально ориентированные потоки внутренних сил. Следует отметить, что система вертикальных трабекул обнаруживается и в проксимальном конце большеберцовой кости, контактирующей с бедром. По третьему закону Ньютона мыщелки бедра и мыщелки большеберцовой кости воздействуют друг на друга с силами равными по величине, но противоположными по знаку. И здесь, вне зависимости от направления возникающих внутренних усилий, костные балки располагаются параллельно их векторам.

В форме дистального конца бедренной кости и проксимального конца большеберцовой также усматривается действие сил. Сжатие их суставных концов приводит к закономерной деформации, проявляющейся в расширении и уплощении контактирующих поверхностей. Наблюдаемую деформацию костей можно определить как пластическую. Однако здесь деформация имеет скорее приспособительный характер. В связи с этим возникновение определенной формы суставных концов костей не позволяет отнести только насчет тривиального пластического деформирования.

Действительно, сжатие торцов двух пластичных тел с постоянной силой приводит к их расширению и увеличению площади контакта. За счет этого контактные напряжения, при продолжающейся пластической деформации, уменьшаются с течением времени. Это и наблюдается в отношении мыщелков бедренной и большеберцовой кости в процессе роста организма. Закономерно возникает вопрос, почему проксимальный конец большеберцовой кости расширен практически равномерно во все стороны, а дистальный конец бедренной кости больше кзади, чем кпереди. Такую конфигурацию дистального конца бедренной кости можно объяснить влиянием надколенника. Он, представляя собой оссифицированную часть сухожилия четырехглавой мышцы бедра, оказывает давление на переднюю поверхность мыщелков бедра (Рис.2.42). Чем больше выступает вперед суставная поверхность мыщелков бедра, тем выше значение возникающих в бедре и надколеннике внутренних сил. Не иначе как «с целью» уменьшения действующих в дистальном конце бедренной кости напряжений, передняя часть суставной поверхности не выступает вперед и имеет продольное углубление - след давления надколенника. Переразгибание в коленном суставе полностью ликвидирует взаимное сжатие сочленяющих поверхностей пателло-феморального сустава. Учитывая сказанное, можно однозначно утверждать, что форма дистального конца бедренной кости есть результат приспособления костной ткани к действующим на нее силам. Причем приспособление явно направлено на снижение уровня действующих в кости напряжений.

Непосредственный контакт надколенника и большеберцовой кости отсутствует, что исключает их прямое взаимодействие, а значит и уплощение передней поверхности мыщелков последней. Вместе с тем в области прикрепления связки надколенника к большеберцовой кости наблюдается возвышение бугристость – результат периодического натяжения означенной связки.

Как и в отношении суставных поверхностей ТБС, в коленном суставе обнаруживаются явления адаптации к действующим напряжениям. Края суставных поверхностей скошены (имеют своеобразную фаску), острые углы здесь в норме отсутствуют. С нашей точки зрения это позволяет избежать возникновения областей с концентрацией напряжений. В субхондральной области мыщелков большеберцовой кости наблюдается локальное упрочнение кости – так называемый субхондральный склероз.* Вертикально ориентированные трабекулы, как в бедренной, так и в большеберцовой кости «связаны» горизонтальными трабекулами. Они как бы армируют вертикальные костные балки, препятствуя их изгибу, и возникают под влиянием касательных напряжений. Ячейки губчатой кости, не что иное, как области, предназначенные для ликвидации концентраций напряжений в толще костной ткани, они препятствуют возникновению и развитию в ней трещин.

По данным P.Maquet (1976) при весе индивидуума 58.7 кг на каждый коленный сустав в двухопорном ортостатическом положении приходится вертикальный груз 25.21 кг. Это - приблизительно 43 % веса тела. В одноопорном ортостатическом положении это уже 54.56 кг, что составляет приблизительно 93% веса всего тела.

Приспособление костной ткани к внутренним силам можно отметить и в области голеностопного сустава. Рентгенография голеностопного сустава в прямой и боковой проекции позволяет обнаружить специфическую ориентацию костных балок губчатого вещества дистального конца большеберцовой и таранной костей (Рис.2.48, 2.49). Отдельные трабекулы расположены по нормалям к суставным поверхностям, совпадая по направлению с нормальными напряжениями. Другие костные балки ориентированы тангенциально, как бы скрепляя радиальные трабекулы и располагаясь сонаправленно векторам касательных напряжений.

Края суставных поверхностей большеберцовой и таранной костей скошены, что хорошо видно на рентгенограммах голеностопного сустава в боковой проекции. Заострения краев суставных поверхностей костей области голеностопного сустава в норме отсутствуют. В субхондральной зоне дистального конца большеберцовой кости обнаруживается уплотнение костной ткани – субхондральный склероз. Таким образом, костная ткань, образующая суставные концы костей голеностопного сустава, имеет все признаки адаптации к воздействующей на них сжимающей нагрузке. Приспособление заключается не только в повышении прочности кости, но и в снижении в ней величин действующих напряжений. 

---

* С нашей точки зрения субхондральный склероз – своего рода зона упрочнения костной ткани под действием внутренних сил.

««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