Эксперименты на рычажной модели

 

Эксперименты на рычажной модели тазобедренного сустава

Согласно современным представлениям, тазобедренный сустав, articulatio coxae, в одноопорной ортостатической позе функционирует как аналог рычага первого рода, что зачастую для наглядности иллюстрируется изображением рычажных весов (Pauwels F., 1973). С целью дальнейшего изучения биомеханики нижней конечности мы изготовили упрощенную рычажную модель тазобедренного сустава (Рис. 1). 

Рис. 1. Рычажная модель тазобедренного сустава (вид с поворотом в 3/4); обозначения: 1 – основание, 2 – грузовая мачта, 3 – кронштейн грузовой мачты, 4 – рычаг, 5 – нагрузка, 6 – динамометр, 7 – серьга динамометра.

Рычажная модель тазобедренного сустава выполнена из металлических планок. Она имела горизонтальное основание. К нему прикреплялась грузовая мачта, в верхней точке которой имелся кронштейн. К средней части грузовой мачты присоединялся на горизонтальной оси рычаг, который имел возможность свободного вращения во фронтальной плоскости. К правому концу рычага подвешивалась нагрузка массой 0.95 кг. Данная нагрузка воспроизводила вес тела, действующий в одноопорной ортостатической позе и одноопорном периоде шага. Левый конец рычага подвижно соединялся грузовой серьгой с бытовым динамометром (безмен пружинный циферблатный БПЦ-10-01 ТУ РБ 02566668 019-94, выпущенный заводом «Эталон», г. Минск, Республика Беларусь). Длина рычага модели составила 0.20 м. Расстояние от центра вращения, которым стала ось, прикрепленная к грузовой мачте, до места крепления динамометра было равно 0.06 м, а расстояние от центра вращения до места крепления нагрузки – 0.14 м. Таким образом, соотношение плеч рычага модели составило 1:2.33. По нашему замыслу пружина динамометра явилась аналогом отводящей группы мышц и воспроизводила ее функцию во фронтальной плоскости (Рис. 2). 

Рис. 2. Рычажная модель тазобедренного сустава; слева - вид с левой стороны, в центре – вид сверху, справа – вид с правой стороны.

По данным биоэлектромиографии, в начале одноопорного периода шага напряжение отводящей группы мышц максимально. При этом наблюдается отклонение таза, pelvis, вверх в латеральную сторону во фронтальной плоскости. Аналогичная позиция присутствует в напряженной одноопорной ортостатической позе с горизонтальной позицией таза, pelvis (Архипов С.В., 2008; Arkhipov S.V., 2008). В тазобедренном суставе, articulatio coxae, наблюдается отведение, что обуславливает отсутствие натяжения связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris (Рис. 3).

Рис. 3. Плоскостная модель тазобедренного сустава с воспроизведением начала одноопорного периода шага и напряженной одноопорной ортостатической позы при напряжении отводящей группы мышц; красной стрелкой указан ненатянутый аналог связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, синей стрелкой указан напряженный аналог отводящей группы мышц.

В означенной позиции таз, pelvis, удерживается в равновесии во фронтальной плоскости только усилием отводящей группы мышц. Тазобедренный сустав, articulatio coxae, функционирует как аналог рычага первого рода, где центром вращения является центр головки бедренной кости, caput femoris. Таз, pelvis, находится в положении устойчивого равновесия, когда момент веса тела, равен моменту отводящей группы мышц.

На рычажной модели тазобедренного сустава мы воспроизвели условия равновесия таза, pelvis, в начале одноопорного периода шага, а также в напряженной одноопорной ортостатической позе (Рис. 4).

Рис. 4. Рычажная модель тазобедренного сустава (вид спереди); воспроизведено условие равновесия таза, pelvis, в начале одноопорного периода шага и в напряженной одноопорной ортостатической позе (модель функционирует как аналог рычага первого рода).

Усилие, которое регистрировал динамометр аналог отводящей группы мышц, в 2.5 раза превышала массу нагрузки, подвешенной к противоположенному концу рычага модели. Полученные данные согласуются с теоретическими представлениями о распределении сил при равновесии рычага первого рода.

Величины сил, действующих в области тазобедренного сустава, articulatio coxae, который функционирует как аналог рычага первого рода, могут быть вычислены из формулы LР = L_mF_m, где P – вес тела, L – плечо веса тела, L_m – плечо комплекса отводящей группы мышц, F_m – усилие комплекса отводящей группы мышц. Вычисления подтверждались значениями, которые регистрировал динамометр. В отсутствие динамометра рычаг под действием силы тяжести спонтанно поворачивался на оси, прикрепленной к грузовой мачте, наклоняясь в низ, в сторону подвешенной нагрузки (Рис. 5). 

Рис. 5. Рычажная модель тазобедренного сустава с нагрузкой (вид спереди); от рычага отсоединен динамометр, воспроизводящий функцию отводящей группы мышц.

Это зримо свидетельствовало о важности участия отводящей группы мышц в удержании таза, pelvis, от опрокидывания в медиальную сторону в одноопорном периоде шага и в напряженной одноопорной ортостатической позе. Эксперименты на рычажной модели также наглядно подтверждали правомерность представлений о возможности функционирования тазобедренного сустава, articulatio coxae, как аналог рычага первого рода. Закономерно, что при напряжении отводящей группы мышц и влиянии веса тела нагрузка на головку бедренной кости, capitis femoris, опорной ноги действует сверху.

Из формулы LР = L_mF_m следует, что величина результирующей силы, воздействующей сверху на опорную головку бедренной кости, capitis femoris, равна сумме силы, развиваемой отводящей группой мышц и веса тела. С целью проверки теоретических выводов и математических расчетов в рычажной модели тазобедренного сустава удалена ось, соединяющая рычаг с грузовой мачтой.

Затем на кронштейне грузовой мачты закреплен опорный динамометр, аналогичный использованному для воспроизведения функции отводящей группы мышц. К нижней части означенного опорного динамометра присоединена петля из плетеного полимерного троса с металлическим крюком на конце, к которому подвешен рычаг. К правому концу рычага прикреплена нагрузка, а его левый конец соединен с динамометром, воспроизводящим функцию отводящей группы мышц (Рис. 6). 

Рис. 6. Рычажная модель тазобедренного сустава (вид спереди), модифицированная для измерения величины результирующей силы, действующей в области цента вращения; воспроизведено условие равновесия таза, pelvis, в начале одноопорного периода шага и в напряженной одноопорной ортостатической позе, осью вращения рычага является крюк, соединенный с опорным динамометром.

Величина нагрузки, которую регистрировал опорный динамометр, согласовывалась с вычислениями, выполненными по формуле F_l = LР/L_l, где L_l – плечо силы реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, F_l – сила реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Эксперимент показал, что при функционировании рычага первого рода нагрузка действует сверху вниз и равна сумме сил, уравновешивающих плечи рычага (Рис. 7).

Рис. 7. Результирующая сила (изображена стрелкой), действующая сверху на головку бедренной кости, caput femoris, в начале одноопорного периода шага и в напряженной одноопорной ортостатической позе при напряжении отводящей группы мышц, без натяжения связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris (фрагмент плоскостной модели тазобедренного сустава).

Наши расчеты и данные литературы свидетельствуют, что в этом случае результирующая сила, действующая на головку бедренной кости, caput femoris, может быть эквивалентна четырем массам тела (Pauwels F., 1973).

В середине одноопорного периода шага, по данным биоэлектромиографии, напряжение отводящей группы мышц снижается. При этом присутствует наклон таза, pelvis, вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости. Аналогичная позиция наблюдается в ненапряженной одноопорной ортостатической позе с напряжением отводящей группы мышц. В описанных условиях в тазобедренном суставе, articulatio coxae, наблюдается приведение, что обуславливает натяжение связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris (Рис. 8).

Рис. 8. Плоскостная модель тазобедренного сустава с воспроизведением середины одноопорного периода шага и ненапряженной одноопорной ортостатической позы при напряжении отводящей группы мышц и натяжении аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris; красной стрелкой указан натянутый аналог связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris; синей стрелкой указана напряженная отводящая группа мышц.

По нашему мнению, в данной позиции таз, pelvis, удерживается в равновесии во фронтальной плоскости напряженной отводящей группой мышц и натянутой связкой головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Для проверки данного предположения рычажная модель тазобедренного сустава дополнена элементом, воспроизводящим функцию связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Аналог связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, был выполнен из гибкого полимерного шнура, который соединялся с динамометром, прикрепленным к кронштейну грузовой мачты (Рис. 9).

Рис. 9. Рычажная модель тазобедренного сустава (вид спереди), рычаг модели подвешен на гибком элементе – аналоге связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Подвешивание рычага модели на аналоге связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, снабженным устройством для измерения силы, показало, что вес рычага с нагрузкой составляет 1 кг.

Далее рычаг модели соединен с осью, закрепленной на грузовой мачте. К левому концу рычага подвижно прикреплялась грузовая серьга с динамометром, который воспроизводил отводящую группу мышц. К правому концу рычага подвешивалась нагрузка, воспроизводившая вес тела (Рис. 10). 

Рис. 10. Рычажная модель тазобедренного сустава (вид спереди), модифицированная для измерения сил, действующих в области тазобедренного сустава, articulatio coxae, в середине одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе при напряжении отводящей группы мышц и натяжении связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Вышеописанная модификация рычажной модели тазобедренного сустава воспроизводила условия равновесия таза, pelvis, в середине одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе с напряжением отводящей группы мышц и натяжением связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Рычаг модели находился в положении устойчивого равновесия. Действию нагрузки, воспроизводящей вес тела, противодействовал аналог отводящей группы мышц и аналог связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Указанные аналоги имели динамометры, которые позволили установить величины сил, стабилизирующих рычаг модели. Показания динамометров были приблизительно одинаковы и составили 1.5 кг. Расстояние от центра вращения рычага, которым стала ось, прикрепленная к грузовой мачте, до места крепления динамометра, воспроизводящего функцию отводящей группы мышц, равнялось 0.06 м, а расстояние от центра его вращения до места крепления нагрузки – 0.14 м. Расстояние между осью вращения рычага модели и областью крепления аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, было равно 0.05 м. При этом соотношение плеч рычага модели составило 1:2.33:2.8. В данном случае рычажная модель тазобедренного сустава функционировала как аналог рычага первого рода. Весу нагрузки противодействовало усилие аналога отводящей группы мышц и сила реакции аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Усилие аналога отводящей группы мышц было направлено в ту же сторону, что и действие веса нагрузки, но располагалось на противоположном конце рычага модели. Сила реакции аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, была противоположно направлена вектору действия веса нагрузки, но прилагалась к одноименному концу рычага модели. Величины сил, уравновешивающих рычаг модели, найдены экспериментальным путем. Однако их также возможно вычислить из формулы LР = F_mL_m - L_lF_l. Опираясь на теорию, описывающую условиях равновесия рычага первого рода, можно предположить, что увеличение усилия, развиваемого отводящей группой мышц, будет способствовать уменьшению силы реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. И наоборот, уменьшение усилия, развиваемого отводящей группой мышц, будет способствовать увеличению силы реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Гипотетически усилие, развиваемое отводящей группой мышц, и сила реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, способны уравновесить действие веса тела. С целью проверки этого предположения в обсуждаемой модификации рычажной модели тазобедренного сустава удалена ось вращения рычага. Экспериментально установлено, что рычаг модели оставался в положении устойчивого равновесия без оси вращения. Нагрузка на аналог связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, увеличивалась, а нагрузка на аналог отводящей группой мышц уменьшалась. Замечено, что положение рычага во фронтальной плоскости стало более горизонтально (Рис. 11).

Рис. 11. Рычажная модель тазобедренного сустава без оси вращения рычага (вид спереди), модифицированная для измерения сил, действующих в области тазобедренного сустава, articulatio coxae, в середине одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе при напряжении отводящей группы мышц и натяжении связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Отсутствие оси вращения рычага принципиально не влияло на его равновесие. В данном положении к области размещения оси вращения рычага модели нами присоединялась верхняя часть динамометра. Его нижняя часть прикреплялась к основанию рычажной модели. При этом аналог отводящей группы мышц мы заменили гибким элементом, выполненным из полимерного шнура (Рис. 12). 

Рис. 12. Рычажная модель тазобедренного сустава без оси вращения рычага (вид спереди), модифицированная для измерения сил, действующих в области тазобедренного сустава, articulatio coxae, в середине одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе при напряжении отводящей группы мышц и натяжении связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris (ниже рычага модели в области центра вращения прикреплен динамометр).

Так как рычаг модели находился в положении устойчивого равновесия, динамометр, прикрепленный в области оси вращения рычага модели не регистрировал какого-либо усилия. Эксперимент свидетельствует, что при равновесии таза, pelvis, в середине одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе с напряжением отводящей группы мышц и натяжением связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, имеется положение, в котором нагрузка на головку бедренной, caput femoris, сверху и снизу отсутствует. Этот парадокс можно объяснить тем, что в данном случае область крепления связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, выступает в роли точки вращения системы.

Усилие отводящей группы мышц может произвольно изменяться. На рычажной модели тазобедренного сустава мы воспроизвели условия, при котором усилие отводящей группы мышц уменьшается. Для этого в положении устойчивого равновесия рычага удлинен гибкий элемент – аналог отводящей группы мышц (Рис. 13). 

Рис. 13. Рычажная модель тазобедренного сустава без оси вращения рычага (вид спереди) модифицированная для измерения сил, действующих в области тазобедренного сустава, articulatio coxae, в середине одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе при натяжении связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и уменьшении напряжения отводящей группы мышц (ниже рычага модели в области центра вращения прикреплен динамометр).

В результате удлинения полимерного шнура – аналога отводящей группы мышц нагрузка на аналог связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, увеличилась. Динамометр, прикрепленный в области оси вращения рычага модели, регистрировал усилие, направленное снизу-вверх. Экстраполируя полученные в эксперименте данные на реальный тазобедренный сустав, articulatio coxae, можно предположить: при натянутой связке головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, за счет приведения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, уменьшение напряжения отводящей группы мышц приводит к появлению результирующей силы, действующей на нижний полюс головки бедренной кости, caput femoris, со стороны нижнего сектора вертлужной впадины, acetabulum (Рис. 14).

Рис. 14. Результирующая сила (изображена стрелкой), действующая головку бедренной кости, caput femoris, в середине одноопорного периода шага и в напряженной одноопорной ортостатической позе с натяжением связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и уменьшенном напряжении отводящей группы мышц (фрагмент плоскостной модели тазобедренного сустава).

Величина результирующей силы F, действующей на головку бедренной кости, caput femoris, в одноопорной ортостатической позе и в одноопорном периоде шага, когда таз, pelvis, удерживается в положении равновесия натянутой связкой головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, а также при напряжении комплекса отводящей группы мышц, может быть найдена по формуле F = Р + F_m - F_l.

Теория равновесия рычага первого рода свидетельствует, что увеличение усилия отводящей группы мышц должно приводить к появлению результирующей силы, действующей на верхний сектор головки бедренной, caput femoris. Для проверки этого предположения мы удалили динамометр, соединяющий основание модели с рычагом. Вместо него к области, где размещалась ось вращения рычага модели, нами присоединен динамометр, верхняя часть которого была прикреплена к грузовой мачте (Рис. 15).

Рис. 15. Рычажная модель тазобедренного сустава без оси вращения рычага (вид спереди) модифицированная для измерения сил, действующих в области тазобедренного сустава, articulatio coxae, в середине одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе при напряжении отводящей группы мышц и натяжении связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris (выше рычага модели в области центра вращения прикреплен динамометр).

Так как рычаг модели находился в положении устойчивого равновесия, динамометр, прикрепленный в области, где ранее располагалась ось вращения рычага модели, не регистрировал какого-либо усилия. Описанный эксперимент свидетельствует: при равновесии таза, pelvis, в середине одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе с напряжением отводящей группы мышц и натяжением связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, присутствует положение, в котором нагрузка на головку бедренной, caput femoris, сверху отсутствует.

Затем на рычажной модели тазобедренного сустава мы воспроизвели условие, при котором усилие отводящей группы мышц в средине одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе увеличилось. Для этого в положении устойчивого равновесия рычага произведено укорочение гибкого элемента, являвшегося аналогом отводящей группы мышц. В результате укорочения полимерного шнура – аналога отводящей группы мышц, нагрузка на аналог связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, уменьшилась. При этом динамометр, прикрепленный в области оси вращения рычага модели, зарегистрировал усилие, направленное сверху вниз (Рис. 16).

Рис. 16. Рычажная модель тазобедренного сустава без оси вращения рычага (вид спереди), модифицированная для измерения сил, действующих в области тазобедренного сустава, articulatio coxae, в середине одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе при натяжении связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и увеличении напряжения отводящей группы мышц (выше рычага модели в области центра вращения прикреплен динамометр).

Распространяя полученные в эксперименте сведения на реальный тазобедренный сустав, articulatio coxae, можно предположить, что при натянутой связке головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, за счет приведения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, при повышении напряжения отводящей группы мышц, возникает результирующая сила, действующая на верхний полюс головки бедренной кости, caput femoris, со стороны верхнего сектора вертлужной впадины, acetabulum (Рис. 17).

Рис. 17. Результирующая сила (изображена стрелкой), действующая головку бедренной кости, caput femoris, в середине одноопорного периода шага и в напряженной одноопорной ортостатической позе с натяжением связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и увеличенном напряжении отводящей группы мышц (фрагмент плоскостной модели тазобедренного сустава).

Рассмотренные условия равновесия справедливы в случае, когда сила, развиваемая отводящей группой мышц, и сила реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, вертикальны. Однако в реальном тазобедренном суставе, articulatio coxae, вектор усилия отводящей группы мышц и сила реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, отклонены от вертикали как во фронтальной, так и сагиттальной плоскости. В связи с указанным каждая из сил имеет горизонтальную составляющую, действующую и во фронтальной плоскости. Поэтому в положении устойчивого равновесия таза, pelvis, в середине одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе с напряжением отводящей группы мышц и натяжением связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, результирующая сила, действующая на головку бедренной кости, caput femoris, должна прижимать к ней вертлужную впадину, acetabulum, и обеспечивать нагрузку на головку бедренной кости, caput femoris, как сверху, так и снизу (Рис. 18). 

Рис. 18. Действующие на головку бедренной кости, caput femoris, силы (изображены стрелками) в середине одноопорного периода шага и в напряженной одноопорной ортостатической позе с натяжением связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и напряжением отводящей группы мышц (фрагмент плоскостной модели тазобедренного сустава).

По данным биоэлектромиографии, в конце одноопорного периода шага напряжение отводящей группы мышц несущественно. При этом присутствует наклон таза, pelvis, вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости. Аналогичная позиция может наблюдаться в ненапряженной одноопорной ортостатической позе без напряжения отводящей группы мышц. В этом случае в тазобедренном суставе, articulatio coxae, наблюдается приведение, что обуславливает натяжение связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris (Рис. 19). 

Рис. 19. Плоскостная модель тазобедренного сустава при воспроизведении конца одноопорного периода шага и ненапряженной одноопорной ортостатической позы без напряжения отводящей группы мышц; стрелкой указан натянутый аналог связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

В означенной позиции таз, pelvis, от опрокидывания вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости может удерживаться только натянутой связкой головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Для изучения особенностей действующих сил в области опорного тазобедренного сустава, articulatio coxae, в ранее описанной модификации рычажной модели тазобедренного сустава произведены дополнительные изменения. Рычаг модели был подвижно закреплен на оси, соединенной с грузовой мачтой. Сохранен аналог связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, выполненный из гибкого полимерного шнура, который присоединялся к динамометру, прикрепленному к кронштейну грузовой мачты. Расстояние между осью вращения рычага модели и областью крепления аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, равнялось 0.05 м. Затем удален динамометр, воспроизводящий функцию отводящей группы мышц. После этого к правому концу рычага подвешена нагрузка на расстоянии 0.14 м от центра его вращения. Соотношение плеч рычага модели составило 1:2.8. Модель функционировала как аналог рычага третьего рода. Весу нагрузки противодействовала сила реакции аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Она имела противоположное направление вектора действия веса нагрузки, но находилась на одноименном конце рычага модели (Рис. 20). 

Рис. 20. Рычажная модель тазобедренного сустава (вид спереди), модифицированная для измерения сил, действующих в области тазобедренного сустава, articulatio coxae, в конце одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе при натяжении связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, но без напряжения отводящей группы мышц.

Величина силы реакции аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, уравновешивающей рычаг модели, найдена экспериментальным путем и приблизительно в три раза превысила вес нагрузки. Модель позволяет уточнить величину результирующей силы, действующей в точке вращения рычага. С указанной целью мы удалили ось вращения, после чего к рычагу в области, где она ранее располагалась, присоединили верхнюю часть динамометра, нижняя часть которого была прикреплена к основанию рычажной модели (Рис. 21). 

Рис. 21. Рычажная модель тазобедренного сустава (вид спереди) модифицированная для измерения сил, действующих в области тазобедренного сустава, articulatio coxae, в конце одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе при натяжении связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, но без напряжения отводящей группы мышц (ось вращения рычага удалена, а ниже рычага модели в области его вращения прикреплен динамометр).

Рычаг модели находился в положении устойчивого равновесия, а динамометр, прикрепленный в области оси вращения рычага модели, регистрировал усилие, в два раза превышающее вес нагрузки. Данные, полученные в эксперименте, удовлетворительно согласуются с теоретическими представлениями о распределении усилий в области опорного тазобедренного сустава, articulatio coxae, в конце одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе без напряжения отводящей группы мышц. В описанном эксперименте наглядно показано, что результирующая сила действует на головку бедренной кости, caput femoris, снизу-вверх при натяжении связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, без напряжения отводящей группы мышц (Рис. 22).

Рис. 22. Результирующая сила (изображена стрелкой), действующая на головку бедренной кости, caput femoris, в конце одноопорного периода шага и в напряженной одноопорной ортостатической позе при натяжении связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, без напряжения отводящей группы мышц (фрагмент плоскостной модели тазобедренного сустава).

Величина результирующей силы, действующей на головку бедренной кости, caput femoris, в конце одноопорного периода шага и в ненапряженной одноопорной ортостатической позе без напряжения отводящей группы мышц, когда таз, pelvis, удерживается в положении равновесия только натянутой связкой головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, равна сумме веса тела и силы реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Согласно нашим экспериментальным данным, указанные силы противоположно направлены. По означенной причине, результирующая сила, действующая на головку бедренной кости, caput femoris, в два раза превышает вес тела. При функционировании тазобедренного сустава, articulatio coxae, как аналога рычага первого рода, результирующая нагрузка, приходящаяся на головку бедренной кости, caput femoris, воздействует сверху, в четыре раза превышая вес тела. Таким образом, опыты на рычажной модели тазобедренного сустава доказывают, что сила реакции связкой головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, позволяет не только уменьшить нагрузку на головку бедренной кости, caput femoris, но и изменить направление результирующей силы, действующей на нее.

Смотри также:

Эксперименты на упрощенной рычажной модели тазобедренного сустава

Эксперименты на плоскостной модели тазобедренного сустава

Эксперименты на упрощенной модели тазобедренного сустава

                                                                     

Примечания

Материал впервые опубликован в десятой главе второго тома монографии с юмором названой «Биомеханика пингвинов» [academia.edu]. Данная работа написана для личного использования и узкого круга лиц. В книге собраны, систематизированы и проанализированы результаты 25-ти лет изучения ligamentum capitis femoris и смежных тем.

Расшифровку цитированных источников смотри в Списке литературы.

Первоисточник

Архипов СВ. Биомеханика пингвинов: заметки к вопросу о причинах ковыляющей походки и перспективах ее ремоделирования во имя обретения грациозности, сочиненные врачом, к.м.н. Сергеем Васильевичем Архиповым, в бытность им с 1992-го по 2017-й год хирургом и травматологом-ортопедом, по вдохновению в 1991-ом году его сестрою Еленой Васильевной, со светлой любовью к ней и благодарностью! Манускрипт в 5 томах. Т. 2. Главы 7-11. Напечатано Автором во граде Королев при попечении его супруги Людмилы Николаевны, ММXVIII A.D. [2018], bonum factum! [на благо и счастье], 452 с. [academia.edu]

Ключевые слова

ligamentum capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедра, роль, функция, эксперимент, плоскостная модель, рычажная модель

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ