Моделирование функции внесуставных связок

  

Моделирование функции внесуставных связок тазобедренного сустава 

Тазобедренный сустав, articulatio coxae, человека имеет четыре внесуставные (наружные) связки: седалищно-бедренную, ligamentum ischiofemorale, подвздошно-бедренную, ligamentum iliofemorale, лобково-бедренную, ligamentum pubofemorale, круговую зону, zona orbicularis.

По мнению большинства авторов, подвздошно-бедренная связка, ligamentum iliofemorale, ограничивает разгибание в тазобедренном суставе, articulatio coxae, и участвует в удержании туловища в вертикальном положении (Кованов В.В., Травин А.А., 1963; Жданов Д.А., 1979; Минеев К.П., 1995; Huggler A.H., 1968; Синельников Р.Д., 1972; Соков Л.П., Романов М.Ф., 1991). Кроме этого, подвздошно-бедренная связка, ligamentum iliofemorale, «укрепляет» тазобедренный сустав, ограничивает его вращение наружу и приведение (Самусев Р.П., Гончаров Н.И., 1989).

Лобково-бедренная связка, ligamentum pubofemorale, ограничивает отведение, разгибание и внутреннюю ротацию в тазобедренном суставе, articulatio coxae (Бабич Б.К., 1968; Иваницкий М.Ф., 1985; Тонков В., 1946). По мнению И.В. Шумады (1959) лобково-бедренная связка, ligamentum pubofemorale, ограничивает вращение бедра наружу (Шумада И.В., 1959).

Седалищно-бедренная связка, ligamentum ischiofemorale, ограничивает приведение и ротацию бедра внутрь (Шумада И.В., 1959; Тонков В., 1946; Ревенко Т.А., 1968). Согласно отдельным авторам, седалищно-бедренная связка, ligamentum ischiofemorale, может ограничивать отведение, а также разгибание бедра в тазобедренном суставе, articulatio coxae (Перлин Б.З. и соавт., 1977; Корнев П.Г., 1959; Бабич Б.К., 1968). Более детальный обзор литературы по функции связок тазобедренного сустава, articulatio coxae, человека, приведен в ранее опубликованной нашей работе (Архипов-Балтийский С.В., 2004).

С целью уточнения механической функции внесуставных связок, ligamentum extracapsularia, тазобедренного сустава, articulatio coxae, предпринято их воспроизведение на механической модели правого сустава. На первом этапе мы не воспроизводили на модели круговую зону, zona orbicularis.

Аналог подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, выполнен из капронового шнура диаметром 4 мм, а на его концах сделаны петли. Один конец аналога связки прикреплялся к передней поверхности нижней части планки, имитирующей большой вертел, trochanter major, а другой – к средней части ножки бедренной части модели. Тазовая часть модели устанавливалась на головку бедренной части модели так, чтобы плоскость торца модели вертлужной впадины образовывала с плоскостью основания угол в 45°. Средняя часть капронового шнура прикреплялась к кронштейну, соединенным с торцом модели вертлужной впадины, посредством винта М3, введенного в отверстие, расположенное на двенадцати часах. Таким образом, одна часть шнура имела ориентацию, близкую к горизонтальной, а другая – близкую к вертикальной, при этом обе они натягивались. Описанные части шнура имитировали известные порции подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, – вертикальную и горизонтальную (Рис. 1). 

Рис. 1. Элементы крепления аналогов наружных связок модели: винты и кронштейны.

 

Аналог лобково-бедренной связки, ligamentum pubofemorale, выполнен из капронового шнура диаметром 4 мм с петлями на концах. Один конец капронового шнура прикреплялся к кронштейну, который соединялся винтом М3, введенным в отверстие на торце модели вертлужной впадины, расположенном на четырех часах. Затем тазовая часть модели устанавливалась на головку бедренной части так, чтобы плоскость торца модели вертлужной впадины образовывала с плоскостью основания угол в 45°. После чего свободный конец капронового шнура соединялся с задней поверхностью основания планки бедренной части модели, имитирующей большой вертел, trochanter major.

Аналог седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale, также был выполнен из капронового шнура диаметром 4 мм с петлями на концах. Один конец прикреплялся к кронштейну, который соединялся винтом М3, введенным в отверстие торца модели вертлужной впадины, расположенном на восьми часах. Тазовая часть модели устанавливалась на головку бедренной части так, чтобы плоскость торца модели вертлужной впадины образовывала с плоскостью основания приблизительно угол в 45°. Другой конец шнура соединялся с передней поверхностью основания планки, имитирующей большой вертел, trochanter major.

В естественном тазобедренном суставе, articulatio coxae, наружные связки действуют совместно. Для уточнения функции комплекса внесуставных связок, ligamentum extracapsularia, бедренная часть модели соединялась тремя вышеуказанными аналогами связок с моделью вертлужной впадины. Отмечено относительно устойчивое положение модели вертлужной впадины на головке бедренной части модели. Вместе с тем она имела тенденцию к опрокидыванию в сторону центра основания модели.

Изначально на механической модели тазобедренного сустава мы воспроизвели движения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, во фронтальной плоскости – отведение и приведение. Отведение воспроизводилось путем тяги за нить, которая прикреплялась к верхней части планки, воспроизводящей аналог крыла подвздошной кости, ala ossis ilii. Приведение воспроизводилось путем подвешивания нагрузки к крайнему отверстию грузового кронштейна тазовой части модели (Рис. 2).

Рис. 2. Воспроизведение движений во фронтальной плоскости на механической модели тазобедренного сустава с аналогами внесуставных (наружных) связок; вверху - воспроизведено отведение в шарнире модели (тяга за нить, прикрепленную к верхнему отверстию аналога крыла подвздошной кости, ala ossis ilii); внизу - воспроизведено приведение в шарнире модели, путем подвешивания нагрузки к грузовому кронштейну тазовой части.

 

Несмотря на подвешенную нагрузку, разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не происходило. Ему препятствовало натяжение аналогов отдельных наружных связок. При воспроизведении отведения и приведения отмечено, какие аналоги связок натягивались и в какой степени.

Далее на механической модели тазобедренного сустава мы воспроизвели движения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, в горизонтальной плоскости – супинацию и пронацию. Указанные движения осуществлялись из исходного положения, при котором аналог крыла подвздошной кости, ala ossis ilii, был обращен вверх, а грузовой кронштейн – в медиальную сторону (Рис. 3).

Рис. 3. Исходное положение механической модели тазобедренного сустава с аналогами внесуставных (наружных) связок; вверху – вид с медиальной стороны, внизу – вид сверху.

 

Движения в горизонтальной плоскости воспроизводились путем тяги за нить, соединенную с крайним отверстием грузового кронштейна тазовой части модели (Рис. 4, 5).

Рис. 4. Воспроизведение движений в горизонтальной плоскости на механической модели тазобедренного сустава с аналогами внесуставных (наружных) связок (вид с медиальной стороны); вверху – воспроизведена пронация в шарнире модели (тяга за нить, прикрепленную к грузовому кронштейну тазовой части), внизу – воспроизведено супинации в шарнире модели (тяга за нить, прикрепленную к грузовому кронштейну тазовой части).

Рис. 5. Воспроизведение движений в горизонтальной плоскости на механической модели тазобедренного сустава с аналогами внесуставных (наружных) связок (вид сверху); вверху – воспроизведена пронация в шарнире модели (тяга за нить, прикрепленную к грузовому кронштейну тазовой части), внизу – воспроизведена супинация в шарнире модели (тяга за нить, прикрепленную к грузовому кронштейну тазовой части).

При воспроизведении движений в горизонтальной плоскости разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не происходило. При воспроизведении пронации и супинации мы регистрировали, какие из аналогов связок натягивались и в какой степени.

Затем на механической модели тазобедренного сустава мы воспроизвели движения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, в сагиттальной плоскости – сгибание и разгибание. Указанные движения осуществлялись из исходного положения, при котором аналог крыла подвздошной кости, ala ossis ilii, был обращен вверх, а грузовой кронштейн – в медиальную сторону. Движения воспроизводились последовательно: сначала разгибание, а затем сгибание (Рис. 6).

 

Рис. 6. Воспроизведение движений в сагиттальной плоскости на механической модели тазобедренного сустава с аналогами внесуставных (наружных) связок (вид с медиальной стороны); вверху – воспроизведено крайнее положение разгибания в шарнире модели, в центре – воспроизведено среднее положение сгибания в шарнире модели, внизу – воспроизведено крайнее положение сгибания в шарнире модели.

 

При воспроизведении движений в сагиттальной плоскости разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не происходило. При воспроизведении разгибания и сгибания нами отмечено, какие аналоги связок натягивались и в какой степени. Крайнее положение разгибания ограничивалось натяжением всех связок, а сгибание ими не ограничивалось.

При воспроизведении приведения преимущественно натягивалась горизонтальная часть аналога подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale. Супинация ограничивалась обеими частями аналога подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale. Разгибание ограничивалось преимущественно вертикальной частью аналога подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale. Продольный люфт вдоль фронтальной оси был тем меньше, чем больше натягивался аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale. Активнее всего обе части аналога подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, натягивались при воспроизведении разгибания, что значительно уменьшало продольный люфт в шарнире модели. Экспериментально установлено, что подвздошно-бедренная связка, ligamentum iliofemorale, ограничивает разгибание, супинацию, приведение и продольный люфт в тазобедренном суставе, articulatio coxae. Продольный люфт вдоль горизонтальной оси во фронтальной плоскости уменьшается при перечисленных видах вращательных движений, а максимальное разгибание приводит к сближению поверхностей пары трения.

Аналог седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale, натягивался при воспроизведении отведения, пронации и разгибания. Он также ограничивал продольный люфт в шарнире модели. Амплитуда поступательных движений была тем меньше, чем больше натягивался аналог седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale, при указанных видах вращения тазовой части модели. Опытным путем выяснено, что седалищно-бедренная связка, ligamentum ischiofemorale, ограничивает разгибание, пронацию, отведение и продольный люфт в тазобедренном суставе, articulatio coxae. Величина возможного поступательного смещения вдоль горизонтальной оси во фронтальной плоскости уменьшается при всех перечисленных видах вращательных движений по причине натяжения аналога обсуждаемой связки.

Аналог лобково-бедренной связки, ligamentum pubofemorale, натягивался при воспроизведении отведения, пронации и разгибания. Его закручивание вокруг шейки и головки бедренной части модели при воспроизведении разгибания вносило вклад в прижатие модели вертлужной впадины к головке модели и ограничивало продольный люфт в шарнире модели. В результате экспериментов установлено, что лобково-бедренная связка, ligamentum pubofemorale, ограничивает разгибание, пронацию, отведение и продольный люфт в тазобедренном суставе, articulatio coxae. При этом люфт вдоль горизонтальной ости во фронтальной плоскости уменьшается еще больше при перечисленных выше видах вращательных движений.

Предельный угол разгибания зависел от степени натяжения аналогов внесуставных связок. В самом крайнем положении разгибания головка бедренной части прижималась к модели вертлужной впадины, и происходило заклинивание шарнира. При воспроизведении сгибания натяжение аналогов наружных связок ослабевало. В связи с этим амплитуда сгибания оказалась больше, чем амплитуда разгибания. Движения в горизонтальной плоскости: пронация и супинация ограничивались приблизительно в одинаковой степени в обоих направлениях.

При вращении во фронтальной плоскости аналог подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, ограничивал движение, воспроизводящее приведение, а аналог седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale, - отведение. Угол поворота вокруг вертикальной и сагиттальной оси существенно уменьшался при воспроизведении предельного разгибания, так как аналоги связок закручивались вокруг головки и шейки бедренной части модели. Продольное смещение тазовой части вдоль фронтальной оси существенно ограничивалось. Люфт уменьшался в большей степени при воспроизведении разгибания. В крайнем его положении наблюдалось прижатие модели вертлужной впадины к головке бедренной части. При воспроизведении сгибания натяжение аналогов связок уменьшалось, что обуславливало увеличение величины возможного продольного люфта в шарнире модели. Снять тазовую часть модели с головки бедренной части модели (воспроизвести вывих) без повреждения аналогов связок не представлялось возможным.

Таким образом, в норме наружные связки, ligamentum extracapsularia, - седалищно-бедренная, ligamentum ischiofemorale, подвздошно-бедренная, lig. iliofemorale, лобково-бедренная, ligamentum pubofemorale:

- соединяют бедренную кость, os femur, и тазовую кость, os coxae, между собой;

- при разгибании препятствуют вывиху головки бедренной кости, caput femoris, из вертлужной впадины, acetabulum;

- ограничивают продольный люфт в тазобедренном суставе, articulatio coxae;

- ограничивают разгибание и приведение в тазобедренном суставе, articulatio coxae;

- участвуют в обеспечении стабильности таза, pelvis, при опоре на головку бедренной кости, caput femoris;

- благодаря натяжению внесуставных связок, ligamentum extracapsularia, при разгибании в тазобедренном суставе, articulatio coxae, головка бедренной кости, caput femoris, прижимается к вертлужной впадине, acetabulum.

Смотри также:

Механическая модель тазобедренного сустава

Моделирование взаимодействия суставных поверхностей 

Моделирование функции синовиальной жидкости 

Моделирование функции вертлужной губы 

                                                                     

Критика

Конструкция модели имитировала нативный тазобедренный сустав с аналогами наружных связок. Вместе с тем в полной мере нам не удалось воспроизвести естественное прикрепление связочного аппарата к бедренной кости. Это было обусловлено особенностями конструкции первой версии механической модели тазобедренного сустава. В процессе экспериментов подмечено, что упругость материала избранного для изготовления аналогов связок недостаточна. Они избыточно удлинялись при подвешивании нагрузки к тазовой части модели. В связи с указанным вышеизложенные результаты опытов мы расценили в как предварительные.

Примечания

Впервые эксперименты на механической модели тазобедренного сустава с аналогами связок нами описаны в книге «Рассуждение о морфомеханике», а именно в разделе 3.12 Функция тазобедренного сустава и его элементов. Дополненную версию данного экспериментального материала мы опубликовали 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, наружные связки

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ