Имитация действия веса тела при наличии всех связок и вертлужной губы

  

Имитация действия веса тела при наличии всех связок и вертлужной губы 

С целью дальнейшего уточнения роли связок тазобедренного сустава, articulatio coxae, для поддержания таза, pelvis, в положении устойчивого равновесия при действии нагрузки весом тела, нами изучена трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека, имеющая аналог вертлужной губы, аналог связки головки бедренной кости, аналог лобково-бедренной связки, аналог седалищно-бедренной связки, аналог круговой зоны и аналогии обеих частей (горизонтальной и вертикальной) подвздошно-бедренной связки.

В ортостатическом положении общий центр масс тела человека локализуется на уровне верхнего отдела крестца кпереди от позвоночника, позади поперечной оси, соединяющей тазобедренные суставы (Корж А.А. и соавт., 1984). В связи с этим для имитации действия веса тела в ортостатическом положении нагрузка массой 1 кг подвешивалась к крайнему отверстию кронштейна грузовой планки тазовой части модели (Рис. 1).

 

Рис. 1. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы, воспроизводящая положение общего центра масс тела в одноопорном ортостатическом положении позади и выше центра опорного тазобедренного сустава (действует нагрузка – 1 кг); вверху – вид спереди, в центре – вид с латеральной стороны, внизу – вид сзади.

 

В исходном положении тазовая часть модели располагалась во фронтальной плоскости. При этом грузовой кронштейн тазовой части был обращен в медиальную сторону. Верхний конец аналога крыла подвздошной кости имел направление вверх и латерально.

После подвешивания нагрузки тазовая часть модели отклонялась вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости, что воспроизводило в шарнире приведение (Рис. 2).

Рис. 2. Изменение положения тазовой части модели во фронтальной плоскости при воспроизведении положения общего центра масс тела в одноопорном ортостатическом положении позади и выше центра опорного тазобедренного сустава (вид спереди); вверху – модель без нагрузки (имитация отведения), внизу – подвешена нагрузка 1 кг.

 

В сагиттальной плоскости тазовая часть модели наклонялась назад, что воспроизводило в шарнире модели положение разгибания (Рис. 3).

Рис. 3. Изменение положения тазовой части модели в сагиттальной плоскости при воспроизведении положения общего центра масс тела в одноопорном ортостатическом положении позади и выше центра опорного тазобедренного сустава (вид с медиальной стороны); вверху – модель без нагрузки, внизу – подвешена нагрузка 1 кг.

  

В горизонтальной плоскости в шарнире модели автоматически возникало положение пронации. При этом тазовая часть поворачивалась вперед (Рис. 4). 

Рис. 4. Изменение положения тазовой части модели в горизонтальной плоскости при воспроизведении положения общего центра масс тела в одноопорном ортостатическом положении позади и выше центра опорного тазобедренного сустава (вид сверху); вверху – модель без нагрузки, внизу – подвешена нагрузка 1 кг.

 

В результате поворота тазовой части модели в горизонтальной плоскости модель вертлужной впадины устанавливалась почти соосно головки и шейки бедренной части модели, то есть с поворотом вперед. Ранее экспериментально установлено, что указанный поворот тазовой части модели есть реализация эффекта автостабилизации. В опытах он проявлялся при натяжении аналога связки головки бедренной кости путем наклона тазовой части модели вниз в медиальную сторону под действием подвешенной нагрузки.

При закреплении нагрузки выше и позади центра шарнира все аналоги связок натягивались, что стабилизировало тазовую часть модели одновременно в трех плоскостях (Рис. 5).

 

Рис. 5. Вид на шарнир трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы при воспроизведении положения общего центра масс тела в одноопорном ортостатическом положении позади и выше центра опорного тазобедренного сустава (одномоментное воспроизведение разгибания, приведения и пронации после подвешивания нагрузки 1 кг); вверху – вид спереди, в центре – вид с латеральной стороны, внизу – вид сзади.

 

После подвешивания нагрузки в шарнире автоматически воспроизводилось положение разгибания, приведения и пронации. Поступательного смещения не отмечалось. Аналог вертлужной губы не участвовал в ограничении движений тазовой части модели. В покое модели отмечено натяжение аналога лобково-бедренной связки, аналога вертикальной части подвздошно-бедренной связки и аналога седалищно-бедренной связки, аналога круговой зоны и аналога связки головки бедренной кости. Значимого натяжения аналога горизонтальной части подвздошно-бедренной связки не наблюдалось. Перечисленные натянутые аналоги связок стопорили шарнир модели в сагиттальной и фронтальной плоскости, а также стабилизировали тазовую часть модели в горизонтальной плоскости в положении пронации под углом 10°.

В положении устойчивого равновесия общий центр масс тазовой части модели занимал самую низкую из возможных позиций. Тенденции к дальнейшему спонтанному вращательному или поступательному движению не отмечалось. Поверхности пары трения шарнира соприкасались во всех отделах. Действие подвешенной нагрузки придавало повышенную стабильность тазовой части модели в горизонтальной плоскости. При малых углах поворота тазовой части модели в горизонтальной плоскости (10-15°), то есть при имитации супинации или пронации, тазовая часть модели возвращалась в исходное положение. При натяжении аналогов связок под действием подвешенной нагрузки амплитуда максимально возможной супинации превышала амплитуду максимально возможной пронации. Воспроизведение рукой экспериментатора максимально возможной супинации в шарнире модели вызывало автоматическое отведение при сохранении предельного разгибания. В результате тазовая часть поворачивалась назад, вверх, оставаясь обращенной в медиальную сторону. После прекращения удержания рукой нагруженной тазовой части модели она спонтанно возвращалась в первоначальное положение, что воспроизводило ранее нами описанный эффект авторотации (Рис. 6).

 

Рис. 6. Кадры видеозаписи спонтанного поворота тазовой части трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека из положения отведения-разгибания-супинации в шарнире под действием нагрузки 1 кг (воспроизведено положение общего центра масс тела в одноопорном ортостатическом положении позади и выше от центра опорного тазобедренного сустава).

 

При имитации супинации и отведения высота расположения нагрузки, а значит и общего центра масс тазовой части над плоскостью опоры увеличивалась. В отсутствие удержания рукой экспериментатора из крайнего положения супинации тазовая часть модели под действием силы тяжести спонтанно наклонялась вниз и поворачивалась вперед. Наблюдаемый эффект авторотации в тазобедренном суставе был исключительно скоротечен. Нагрузка тазовой части модели, перемещалась по кривой, которая представляла собой часть дугу в горизонтальной и сагиттальной плоскости. В заключение тазовая часть модели останавливалась, а длинная ось модели вертлужной впадины оказывалась сонаправлена оси головки и шейки бедренной части модели, то есть с углом поворота кпереди 10°. После обретения покоя угол приведения был минимален, а угол разгибания – максимален. В завершении спонтанного движения тазовой части модели в горизонтальной плоскости она всегда останавливалась в строго определенном исходном положении. Означенное нами ранее названо эффектом автостабилизации. Он наблюдался при натяжении аналога связки головки бедренной кости и под действием собственного веса тазовой части модели. При подвешивании нагрузки эффект авторотации был скоротечнее, а эффект автостабилизации и автолатерализации более выражен. 

Смотри также:

Конструкция трехмерной механической модели тазобедренного сустава

Имитация взаимодействия суставных поверхностей 

Имитация функции отводящей группы мышц 

Воспроизведение функции LCF

Имитация взаимодействия отводящей группы мышц и LCF  

Имитация взаимодействия LCF с отводящей группой мышц разной длины  

Имитация функции отводящей группы мышц в отсутствии LCF 

Имитация взаимодействия вертлужной губы и LCF

Имитация нормальной длины LCF  

Имитация действия веса тела при нормальной длине LCF  

Взаимодействие LCF нормальной длины и вертлужной губы  

Имитация удлиненной LCF   

Взаимодействие удлиненной LCF и вертлужной губы 

Имитация патологически удлиненной LCF

Взаимодействие патологически удлиненной LCF и вертлужной губы  

Имитация функции наружных связок 

Имитация взаимодействия всех связок, вертлужной губы и отводящей группы мышц

                                                                     

Критика

Описанная конструкция модели имитировала естественный тазобедренный сустав и содержала аналоги всех связок, вертлужной губы и отводящей группы мышц. Нами воспроизводилось действие веса тела приблизительно также, как в одноопорном ортостатическом положении. Конструкция позволяла изменять положение нагрузки как во фронтальной, так и сагиттальной плоскости. Причем нагрузка прикладывалась к области, приблизительно совпадающей с реальным положением общего центра масс тела. Во второй генерации механической модели нами воспроизведено приведение бедренной кости и ее поворот вперед в горизонтальной плоскости. Главным недочетом описанной конструкции, по нашему мнению, являлось недостаточная упругость аналогов связок. Несомненно, эластичность использованного аналога вертлужной губы также не в полной мере соответствовала нативному элементу.

Примечания

Впервые эксперименты на трехмерной механической модели тазобедренного сустава второй генерации нами описаны в статье Роль связки головки бедренной кости в поддержании разных типов вертикальной позы (2008). Полную версия представленного выше экспериментального материала мы опубликовали в двенадцатой главе третьего тома монографии с юмором названой «Биомеханика пингвинов» (2018) [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. 3. Главы 12-16. Напечатано Автором во граде Королев при попечении его супруги Людмилы Николаевны, ММXVIII A.D. [2018], bonum factum! [на благо и счастье], 518 с. [academia.edu]

Ключевые слова

ligamentum capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедра, функция, удлинение, наружные связки, вертлужная губа, эксперимент, механическая модель, отводящая группа мышц, синовия 

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ