Моделирование взаимодействия суставных поверхностей

 

Моделирование взаимодействия суставных поверхностей

Для уточнения функции отдельных элементов тазобедренного сустава, articulatio coxae, и возможных в нем движений поставлено несколько серий экспериментов на описанной ранее трехмерной механической модели тазобедренного сустава с разъемным шарниром.

Изначально мы произвели моделирование взаимодействия суставных поверхностей тазобедренного сустава, articulatio coxae, и уточнили их взаимодействие в отсутствии прочих его элементов. С головкой бедренной части модели соединялась модель вертлужной впадины, которая имела возможность беспрепятственного скольжения. Будучи удерживаема рукой, модель вертлужной впадины могла совершать вращательные движения на головке относительно трех координатных осей. Амплитуда угловых отклонений оказалась ограничена контактом краев модели вертлужной впадины с шейкой модели проксимального конца бедра (Рис. 1, 2).

Рис. 1. Механическая модель тазобедренного сустава; вверху – воспроизведена пронация (вид сверху), внизу – воспроизведена супинация (вид сверху).

 

Рис. 2. Моделирование взаимодействия суставных поверхностей на механической модели тазобедренного сустава; вверху – воспроизведено отведение, внизу – воспроизведено приведение.

При попытке убрать руку, удерживающую модель тазовой кости, последняя падала, а ее соединение с головкой оказывалось разомкнутым (Рис. 3).

Рис. 3. Моделирование взаимодействия суставных поверхностей на механической модели тазобедренного сустава, на снимке – зарегистрированное падение тазовой части модели (без ее удержания).

 

Имелось лишь одна позиция тазовой части модели, в которой она оказалась устойчива на головке бедренной части модели. В этом положении цилиндрический стержень модели тазовой кости был обращен вверх, а торец модели вертлужной впадины лежал в плоскости, близкой к горизонтальной (Рис. 4). 

Рис. 4. Устойчивое положение тазовой части механической модели тазобедренного сустава; вверху – вид сзади, в центре – вид с медиальной стороны, внизу – вид спереди.

Края модели вертлужной впадины препятствовали ее смещению относительно головки бедренной части модели вдоль сагиттальной и вертикальной оси в обоих направлениях. Невозможно было также движение модели вертлужной впадины вдоль фронтальной оси по направлению к головке. В противоположном направлении происходило размыкание контактирующих поверхностей, а само поступательное движение ничем не ограничивалось.

Для механического удержания модели вертлужной впадины на головке бедренной части модели изготовлено запорное металлическое кольцо (Рис. 5). 

Рис. 5. Запорное кольцо шарнира механической модели тазобедренного сустава и его элементы крепления (винты).

 

Запорное кольцо шарнира модели имело внутренний диаметр меньше, чем головка бедренной части модели. Оно прикреплялось к наружному торцу модели вертлужной впадины винтами (Рис. 6).

Рис. 6. Соединение запорным кольцом бедренной и тазовой части механической модели тазобедренного сустава; вверху – шарнир разъединен; внизу – шарнир модели в сборе (головка модели закреплена запорным кольцом).

 

При сборке механической модели тазобедренного сустава с запорным кольцом бедренная часть модели демонтировалась. На стержень эндопротеза одевалось запорное кольцо, после чего бедренная часть модели собиралась вновь (Рис. 7). 

Рис. 7. Один из этапов соединения запорным кольцом бедренной и тазовой части механической модели тазобедренного сустава.

Запорное кольцо присоединялось винтами к наружному торцу модели вертлужной впадины. В результате образовывалось неразъемное шарнирное соединение бедренной и тазовой части механической модели тазобедренного сустава. В положении покоя тазовая часть модели под действием силы тяжести наклонялась вниз в медиальную сторону, что воспроизводило спонтанное приведение в тазобедренном суставе, articulatio coxae (Рис. 8).

Рис. 8. Механическая модель тазобедренного сустава с неразъемным шарниром; вверху – вид с латеральной стороны, внизу – вид спереди.

 

Наличие запорного кольца, имеющего ширину 5 мм, ограничивало амплитуду возможных движений в шарнире модели во фронтальной и горизонтальной плоскости, но не в сагиттальной (Рис. 9). 

Рис. 9. Механическая модель тазобедренного сустава с неразъемным шарниром; вверху – воспроизведена супинация (вид сверху), в центре – воспроизведено отведение (вид спереди), внизу – воспроизведена пронация (вид сверху).

При наличии запорного кольца продольные поступательные смещения головки бедренной части модели из модели вертлужной впадины оказались невозможны.

Данными экспериментами удалось показать, что:

- в тазобедренном суставе возможны, кроме вращательных движений в трех плоскостях, еще и поступательные движения вдоль фронтальной оси (продольный люфт);

- вращательные движения в тазобедренном суставе могут ограничиваться контактом краев вертлужной впадины, acetabulum, и поверхности шейки бедренной кости, collum femoris, причем амплитуда их тем меньше, чем больше диаметр шейки бедренной кости, collum femoris;

- возможное поступательное движение в тазобедренном суставе, а именно люфт вдоль фронтальной оси в медиальном направлении, ограничен взаимодействием дна вертлужной впадины, fossa acetabuli, и головки бедренной кости, caput femoris;

- без участия сторонних сил возможно лишь одно устойчивое положение тазовой кости, os coxae, при опоре на головку бедренной кости, caput femoris, в этой позиции наружный торец вертлужной впадины, acetabulum, лежит в плоскости, близкой к горизонтали, а таз, pelvis, наклонен в сторону опорного бедра, os femur.

О возможности фронтального люфта в тазобедренном суставе человека косвенно указывают отдельные авторы. Так, в работе E.F. Weber et E.H. Weber (1836), исследованиях П.Ф. Лесгафта, а также его учеников упоминалось возможное извлечение головки бедренной кости, caput femoris, из вертлужной впадины, acetabulum, под влиянием внешней силы (Лесгафт П.Ф., 1968). Согласно данным Б.И. Шкурова (1935) при сгибании 105-110°, отведении 5° и наружной ротации 10° в тазобедренном суставе, головки бедренной кости можно оттянуть от вертлужной впадины на 2-3 см (Крюк А.С., 1970). По причине спирального скручивания наружных связок тазобедренном суставе «…при согнутом (105-110°), слегка отведенном и ротированном наружу (10°) бедре, капсула оказывается равномерно расслабленной, и головка несколько отходит от суставной впадины (по Штрассеру – на 2-3 мм)», наличие люфта характерно для всех синовиальных суставов (Богданов В.А., 1976).

Смотри также:

Механическая модель тазобедренного сустава

Моделирование функции синовиальной жидкости 

Моделирование функции вертлужной губы 

Моделирование функции внесуставных связок тазобедренного сустава

                                                                     

Критика

Конструкция имитировала естественный сустав, но по сути являлась прототипом тотального эндопротеза тазобедренного сустава.

Примечания

Исходная версия представленного экспериментального материала впервые опубликована в одиннадцатой 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

роль, функция, эксперимент, механическая модель

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ