Рассуждение о морфомеханике. 5.3.4 Тазобедренный сустав в сагиттальной плоскости

 

5.3.4 Тазобедренный сустав в сагиттальной плоскости

Ключевым в понимании взаимоотношений между элементами ОДС в двухопорном ортостатическом положении является кинематика ТБС. Таз, вертикально стоящего человека а, следовательно, и вся верхняя половина тела опирается на ГБК. При этом центры обеих ГБК, соединенные между собой, образуют фронтальную ось вращения, относительно которой таз стремиться опрокинуться назад. Действительно, сила тяжести, приложенная к ОЦМ расположенному кзади от фронтальной оси ТБС обуславливает появление вращающего момента. Данный вращающий момент действует в сагиттальной плоскости и направлен назад и вниз (Рис.5.9). Плечо силы тяжести, стремящейся повернуть таз невелико и равно кратчайшему расстоянию между фронтальной осью ТБС и линией, на которой лежит ОЦМ. Таз, вращаясь назад относительно фронтальной оси ТБС, приводит к разгибанию бедра. Здесь следует оговориться, что понятия сгибания и разгибания относительны и применимы к периферически расположенным сегментам. Так как в рассматриваемом случае за точку отсчета принята фронтальная ось, соединяющая центры ТБС, а опора осуществляется на ГБК, то периферическим сегментом следует считать таз. Строго говоря, таз вращается относительно бедренных костей, а не наоборот.

Действие силы тяжести, приложенной к ОЦМ, неизбежно должно приводить к опрокидыванию таза и всего тела назад, однако этого не происходит. В сагиттальной плоскости ТБС представляет собой рычаг первого рода, для равновесия которого необходимо наличие силы противоположной по знаку силе тяжести и равной ей по величине. Такой силой является сила реакции наружных связок ТБС. Ранее было показано, что одна из функций наружных связок ТБС, а именно ПБС, ЛБС и СБС является ограничение разгибания бедра. В меньшей степени разгибание бедра ограничивает суставная сумка. Соответственно, при отклонении таза кзади относительно фронтальной оси ТБС, указанные связки будут натягиваться, препятствуя опрокидыванию таза назад. По разным данным разгибание в ТБС может составлять от 10 до 20° (Кованов В.В., Травин А.А., 1963; Краснов А.Ф. и соавт., 1995; Ryf Chr., Weymann A.,1996). Следовательно, величина возможного разгибания в ТБС определяет угол максимального отклонения таза назад при его вращении вокруг фронтальной оси ТБС. Именно наружные связки ТБС и определяют величину наклона таза назад в двухопорном ортостатическом положении. 

Рис.5.9. Таз вертикально стоящего человека, Р – общий центр масс и линия действия силы тяжести, О – фронтальная ось тазобедренных суставов, расстояние /Оа/ - плечо силы тяжести, вращающей таз в сагиттальной плоскости.  

Плечо силы реакции связок — это расстояние от центра ТБС до области прикрепления наружных связок к тазовой кости. Суставная сумка ТБС, а значит и его наружные связки, прикрепляется к тазовой кости довольно широким основанием 1-1.5 см, отступив от края ВВ на 0.3-0.5 см (Воробьев В.Н., 1972). Соответственно для определения плеча силы реакции наружных связок, к величине радиуса ВВ необходимо прибавить 1.3–2.0 см величину следует прибавить к радиусу ВВ. По данным П.Ф.Лесгафта (1968) радиус ВВ взрослого человека составляет от 1.3 до 2.8 см. Это значит плечо силы реакции наружных связок равно 2.6–4.8 см.

Для равновесия таза, величина силы реакции наружных связок должна быть равна силе тяжести. Ее модуль можно вычислить по формуле: 

F=mg, 

где m – масса, g - ускорение свободного падения. Силы, приложенные по обе стороны от ТБС, должны быть обязательно равны в противном случае таз будет вращаться в направлении большей силы, а стационарное состояние тела станет невозможным (Рис.5.10).

Кроме двух выше рассмотренных сил, равновесие тела в сагиттальной плоскости относительно фронтальной оси ТБС поддерживается усилиями тазобедренных мышц. По мнению А.Л.Гимельфарба (1993) плечо экстензоров бедра втрое больше плеча массы тела. Кроме этого, мышц, сгибающих бедро в ТБС существенно больше. Экстензорами бедра являются - большая поясничная, подвздошная, внутренняя запирающая, грушевидная, малая ягодичная, верхняя близнецовая, нижняя близнецовая, наружная запирающая, портняжная, четырехглавая мышца бедра, тонкая, длинная приводящая, короткая приводящая, гребешковая, мышца, натягивающая широкую фасцию бедра. Разгибателей меньше это - большая ягодичная, полусухожильная, полуперепончатая и двуглавая мышца бедра. Большее число мышц сгибателей обуславливает закономерно большее усилие, развиваемое ими. Сокращение данных мышц, наряду с силой реакции наружных связок ТБС, препятствует опрокидыванию таза назад, а также переразгибанию в ТБС.

Рис.5.10. Условия равновесия таза в сагиттальной плоскости вертикально стоящего человека, Р – сила тяжести, О – фронтальная ось тазобедренных суставов, /Оа/ - плечо силы тяжести, L – сила реакции наружных связок тазобедренного сустава, /Оb/ плечо силы реакции наружных связок, М – сила мышц экстензоров, /Ос/ – плечо мышц экстензоров, F – сила мышц флексоров, /Od/ - плече мышц флексоров.

Сгибатели бедра не только противодействуют силе тяжести, но и уменьшают напряжение в наружных связках - ПБС, ЛБС и СБС. В то время как разгибатели ТБС, наоборот, при своем сокращении повышают уровень напряжения в этих связках. В принципе равновесие таза в сагиттальной плоскости при двухопорном ортостатическом положении может поддерживаться только действием мышц сгибателей и разгибателей. Однако подобный способ удержания равновесия более энергоемкий, нежели чем замыкание ТБС натянутыми наружными связками.

Мышцы, в рассматриваемой позе, призваны уменьшить действующие напряжения в связках, нивелировать его скачки, а также обеспечить такое положение таза, при котором плечо силы тяжести было минимальным. Участие мышц для удержания таза от опрокидывания, невыгодно еще и потому, что приводит к увеличению давления ВВ на ГБК, а значит и действующих напряжений в элементах ТБС. Это, в свою очередь, требует повышения прочности элементов ТБС, что может быть обеспечено дополнительным расходом вещества и энергии необходимой для его преобразования. Следовательно, чем больше напряжение мышц, тем больше расходы живой системы как сиюминутные, так и долгосрочные. Из сказанного можно заключить, что замыкание ТБС посредством натяжения наружных связок наиболее выгодный способ поддержания вертикальной позы в сагиттальной плоскости, именно он и используется ОДС в норме.

Натяжение связок происходит за счет их закручивания вокруг ШБК (Рис.3.2, 3.4). Чем длиннее наружные связки, тем больший угол разгибания в ТБС возможен, соответственно тем больше будет отклонен таз назад. И наоборот, меньшая длина наружных связок обуславливает меньший угол разгибания бедра и меньшую величину поворота таза кзади вокруг фронтальной оси ТБС. Аналогичная закономерность отмечается и при различных модулях упругости соединительной ткани образующей связки. При высокой упругости та же самая сила приводит к меньшему удлинению связки, и меньшему углу разгибания, чем при низком модуле упругости. Именно длиной и упругостью связочного аппарата обусловлена величина возможного разгибания бедра и отклонения таза кзади в вертикальном двухопорном положении. Важно отметить, что выгоднее меньшее отклонение таза назад, для чего необходимы более короткие и упругие связки. Связано это с тем, что при большей величине отклонения таза кзади, дальше назад смещается и ОЦМ. Закономерно увеличивается плечо силы тяжести, соразмерно возрастает сила реакции наружных связок и действующие напряжения в них. Кроме этого, требуется большая сила сокращения мышц, регулирующих напряжения в них. Означенное приводит к увеличению суммарного давления ВВ на ГБК. В идеале длина и упругость наружных связок должна быть такова, чтобы линия действия силы тяжести проходила позади и в непосредственной близости от фронтальной линии соединяющей ТБС. В этом случае плечо силы тяжести будет минимальным, со всеми вытекающими последствиями, включая низкий уровень действующих напряжений в элементах ТБС, экономию массы и энергии.

Согласно литературным данным напряжения на поверхности ГБК при двухопорном ортостатическом положении составляет 0.024 кгс/мм² (Янсон Х.А., 1975).

««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