Рассуждение о морфомеханике. 5.4.8 Взаимодействие связок и мышц

  

5.4.8 Взаимодействие связок и мышц

СГБ не единственный элемент ТБС, ограничивающий приведение бедра, а значит и наклон таза в неопорную сторону. Экспериментами, поставленными ранее и описанными в третьей главе, было продемонстрировано, что таковыми также являются ПБС и круговая зона (связка Вебера). Каждая из упомянутых структур относится к наружным связкам и расположена, соответственно, латерально по отношению к центру вращения ТБС. Как ПБС, так и круговая зона находятся в непосредственной близости от ГБК, на расстоянии ее радиуса. Следовательно, вектора сил реакции ПБС и круговой зоны, совпадают с длинными их осями. Каждая из указанных сил имеет плечо равное приблизительно радиусу ГБК. Причем плечо ПБС несколько больше плеча круговой зоны.

Анализ функции связочного аппарата ТБС показывает, что главная роль в ограничении приведения бедра в одноопорном ортостатическом положении принадлежит все-таки СГБ, а ПБС и круговая зона являются вспомогательными. От их длины в целом зависит величина приведения бедра, наклон таза в неопорную сторону. Участвуя в замыкании ТБС во фронтальной плоскости, они не только способствуют удержанию тела в вертикальном положении, но и перераспределяют нагрузку, приходящуюся на ГБК. Благодаря связкам, нагруженными оказываются нижние и верхние сектора ГБК и ВВ.

В нормальном ТБС длины всех связок, ограничивающих приведение бедра таковы, что практически каждая из них участвует в замыкании сустава. При этом нагрузка, между ними распределена пропорционально их прочности. Думается, что их прочность, обусловленная площадью поперечного сечения, как раз и есть следствие действующих в них напряжений. Силы реакции, порождаемые связками, противодействуют весу тела и определяют величины действующих в них напряжений. В соответствие с ними возникает вполне определенная форма и размеры связок и их длина, находятся в непосредственной зависимости от действующих в них напряжений. Нагрузка соразмерно распределяется не только между связками, но и прочими элементами сустава, в частности между гиалиновыми оболочками и субхондральный костью.

В одноопорном ортостатическом положении с горизонтальной позицией таза, равновесие поддерживается исключительно мышцами. При замыкании ТБС с наклоном таза в неопорную сторону и приведением бедра, ортостатическое положение поддерживается исключительно связками, а мышцы играют второстепенную роль. Согласно нашему представлению, в данной позе их роль сводится к регуляции и контролю над величинами напряжений, действующих в связках и суставных концах костей.

Отведение способны обеспечить внутренняя запирающая мышца, грушевидная мышца, средняя ягодичная мышца, малая ягодичная мышца, мышца, натягивающая широкую фасцию бедра, верхняя близнецовая мышца, нижняя близнецовая мышца, наружная запирающая мышца. Сокращение перечисленных мышц, при замыкании ТБС во фронтальной плоскости способно уменьшить действующие напряжения в ПБС, круговой зоне, а также в СГБ (Рис.5.54). Эти мышцы также увеличивают результирующую нагрузку на верхние сектора ГБК и ВВ прижимая их друг к другу.

Приведение в ТБС могут вызвать - большая поясничная мышца, подвздошная мышца, часть большой ягодичной мышцы, прикрепляющейся к бедренной кости, квадратная мышца бедра, портняжная мышца, четырехглавая мышца бедра, тонкая мышца, длинная приводящая мышца, короткая приводящая мышца, большая приводящая мышца, гребешковая мышца, полусухожильная, полуперепончатая мышца и двуглавая мышца бедра. При наклоне таза в неопорную сторону указанные мышцы способны увеличить действующие напряжения в ПБС, круговой зоне и в СГБ. Данные мышцы также увеличивают результирующую нагрузку на нижние сектора ГБК и ВВ прижимая их друг к другу.

Рис.5.54. Схематичное изображение тазобедренного сустава при одноопорном ортостатическом положении. Дугообразной стрелкой показано вращение таза во фронтальной плоскости относительно центра тазобедренного сустава (о) под действием силы тяжести (Р), приложенной к ОЦМ, чему противодействует сила реакции (F) связки головки бедра. В означенной ситуации таз опирается на нижний сектор головки бедренной кости, воздействуя на нее силой (J) направленной к центру тазобедренного сустава. Силы F и J – могут быть уменьшены благодаря сокращению абдукторов, развивающих усилие – М, а также действию через подвздошно-большеберцовый тракт большой ягодичной мышцы и мышцы, натягивающей широкую фасцию бедра с усилием – Т.

Здесь уместно проследить функцию отдельных двухсуставных мышц, в частности большой ягодичной, большой поясничной и грушевидной. Каждая из них способна влиять на положение костей не менее чем в двух суставах, а, следовательно, и на величины напряжений в их связках и гиалиновых оболочках. Так часть большой поясничной мышцы, прикрепляющаяся к крестцу, способна уменьшить напряжение в связочном аппарате КПС и одновременно его увеличить в суставных поверхностях. При этом ее сокращение может вызывать как отведение, так и приведение в ТБС, а именно, та часть, что вплетается в подвздошно-большеберцовый тракт, отводит ногу, та же, что прикрепляется к бедренной кости, наоборот обеспечивает приведение. Поэтому в первом случае часть данной мышцы способна уменьшить напряжение в СГБ, а во втором наоборот увеличить. Отведение обеспечивает наиболее поверхностная часть большой ягодичной мышцы, а приведение глубокая ее часть. Грушевидная мышца, при своем сокращении, одновременно увеличивает напряжение в СГБ, и его уменьшает в связках КПС. Деятельность этой мышцы также увеличивает контактные напряжения в нижних секторах ГБК и ВВ и КПС. Сокращение большой поясничной мышцы увеличивает действующие напряжения в связках КПС и в СГБ. Соответственно контактные напряжения в нижнем секторе ТБС и в КПС увеличиваются.

Рис.5.55. Моменты сил, стабилизирующие таз при одноопорном ортостатическом положении во фронтальной плоскости. О – центр тазобедренного сустава, ОА – плечо силы реакции связки головки бедра (F), ОВ – плечо веса тела (Р), ОС – плечо силы отводящей группы мышц.

Таким образом, основная функция мышц, в одноопорном ортостатическом положении сводится не столько к поддержанию равновесия тела, сколько к балансу напряжений в сумочно-связочном аппарате, гиалиновых оболочках и подлежащей кости. Мышцы контролируют и поддерживают в этих элементах ТБС оптимальный уровень напряжений. Важным свойством мышц является их способность к замыканию сустава практически в любом положении, в отличие от связок, замыкающих суставы в строго определенных позициях. Не менее значима и способность мышц порождать движение. Именно благодаря этой функции, мышцы переводят ТБС в позицию замыкания его связками. Они же его и размыкают.

Удлинение СГБ, по той или иной причине, закономерно приводит к повышению нагрузки на ПБС, круговую зону, отводящую группу мышц. И наоборот, удлинение ПБС с круговой зоной приводит к перегрузке СГБ и отводящих мышц. Как видно между связками, мышцами, и суставными концами костей существует баланс уровня действующих напряжений.

Хорошо представляя функцию всех связок и мышц области ТБС все-таки чрезвычайно сложно рассчитать действительно существующие напряжения в его элементах, включая суставные концы костей. Трудность задачи заключается в том, что:

- форма сочленяющихся в ТБС поверхностей достаточно сложна и неодинакова у разных людей,

- существуют индивидуальные различия также и в размерах связок ТБС,

- на ТБС воздействуют значительное число мышц, отдельные из которых, двухсуставные,

- области прикрепления мышц и связок имеют индивидуальные различия.

Учесть в расчетах все параметры практически невозможно. Поэтому судить о величинах внутренних сил в элементах ТБС можно с той или иной долей приближения. Это же можно сказать и по отношению к расчету затрат энергии на поддержание вертикальной одноопорной позы.

Известно, что КПД живых систем существенно выше их искусственных аналогов. Поэтому маловероятно, что организм тратит значительное количество энергии на поддержание положения, которое энергетически невыгодно. Сравнивая одноопорную ортостатическую позу с горизонтально расположенным тазом и позу с его наклоном в неопорную сторону, можно отметить, что вторая энергетически предпочтительнее. Связано это, прежде всего с тем, что поддержание таза в горизонтальной позиции требует затрат большего количества мышечной энергии. Кроме этого, в данном положении потоки внутренних сил распределяются таким образом, что на отдельные элементы ОДС приходится неспецифическая нагрузка. Это прослеживается в отношении ГБК. При горизонтальном положении таза, то есть без замыкания ТБС посредством СГБ, основная нагрузка приходится на верхние сектора ГБК и ВВ. В то время как наклон таза в неопорную сторону приводит в действие ПБС, СГБ и круговую зону, в результате чего, преимущественно нагруженным оказывается нижний сектор полулунной поверхности и контактирующая с ней часть суставной поверхности ГБК. Это позволяет избежать концентрации напряжений в элементах ТБС, уменьшить затраты вещества живой системы на повышение ее прочности.

Замена активной силы сокращения мышцы на пассивную силу реакции связки для поддержания ортостатического положения более целесообразно. Если сокращение мышцы требует затрат химической энергии, то энергия реакции связки практически безграничный ресурс. Строго говоря, ресурс СГБ все-таки существует, она, как и прочие, механически нагруженные элементы изнашивается в процессе функционирования (читай - жизни). Соответственно повреждение СГБ, например, на почве дистрофических изменений можно считать «истощением» силы ее реакции. Одноопорное ортостатическое положение с наклоном таза в неопорную сторону и замыкание ТБС во фронтальной плоскости посредством связок, яркий пример экономии энергии живой системой.

Аналогичный вывод можно сделать и в отношении сочленений таза. Его наклон в неопорную сторону задействует связочный аппарат таза в целом, КПС и лобкового сращения. Связки, прежде всего, приспособлены к противодействию растягивающим силам. Неопорная часть таза в рассматриваемой позе как бы зависает на связках, что снижает сжимающие нагрузки в гиалиновых оболочках КПС, его межкостных связках и межлобковом диске. Вместе с этим сокращение отдельных мышц позволяет дополнительно уменьшить нагрузку на связочный аппарат. Уменьшение силы сжатия в КПС и лобковом сращении актуально в связи с тем, что площадь их контакта не велика. Потому в случае значительной силы сжатия, в них неизбежно появляются высокие контактные напряжения. В свою очередь они увеличивают внутреннюю энергию системы. Возникают нетипичные для отдельных структур нагрузки и величины действующих напряжений. Это увеличивает вероятность возникновения повреждений и деформаций.

В противоположном, неопорном ТБС, обычно наблюдается сгибание, что приводит к раскручиванию наружных связок и уменьшению напряжения в них. Вес неопорной ноги обуславливает латеральное смещение ГБК во фронтальной плоскости. Ему препятствует СГБ, суставная сумка, наружные связки, вертлужная губа, а, следовательно, и ПСВВ, соединенная с ней. Разгрузка перечисленных структур обеспечивается, прежде всего, тазобедренными мышцами, которые, наоборот, прижимают ГБК к ВВ. Чем меньше сила сокращений мышц, или величина их тонуса, тем выше уровень действующих в этих элементах напряжений. При этом, напряжения в гиалиновых оболочках уменьшаются.

««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