Моделирование взаимодействия всех связок, вертлужной губы и отводящей группы мышц

  

Моделирование взаимодействия всех связок, вертлужной губы и отводящей группы мышц 

На следующем этапе нами поставлена цель на механической модели изучить функцию связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, во взаимодействии с внесуставными связками, ligamentum extracapsularia, отводящей группой мышц и вертлужной губой, labrum acetabulare, при действии нагрузки весом тела и при наличии смазки (Рис. 1).  

Рис. 1. Составные части механической модели тазобедренного сустава: бедренная и тазовая часть модели, нагрузки весом 1 и 2 кг, аналоги связок, аналог вертлужной губы, аналог отводящей группы мышц, элементы крепления, смазка для шарнира модели.

 

Введение смазки, а также крепление аналогов внесуставных связок и их натяжение производилось по методике, описанной выше. В опытах нагрузка 1 и 2 кг последовательно подвешивалась к крайнему отверстию грузового кронштейна тазовой части модели. Аналог связки головки бедренной кости пропускался через отверстие в центре фасонной выточки – аналоге ямки вертлужной впадины, натягивался и прикреплялся к бедренной части модели.

Изначально нагрузка подвешивалась к грузовому кронштейну при соединении тазовой и бедренной части модели только аналогами наружных связок. Затем подвешивание нагрузки производилось при наличии соединения тазовой и бедренной части модели аналогами внесуставных (наружных) связок и аналогом связки головки бедренной кости. Отмечено, что аналоги внесуставных (наружных) связок препятствовали разобщению тазовой и бедренной частей модели. Под действием нагрузки тазовая часть наклонялась вниз в медиальную сторону, а в шарнире модели воспроизводилось приведение (Рис. 2). 

Рис. 2. Нагрузка 1 кг механической модели тазобедренного сустава; вверху – бедренная и тазовая часть модели соединены аналогами наружных связок; внизу - бедренная и тазовая часть модели дополнительно соединены аналогом связки головки бедренной кости.

  

Опрокидыванию тазовой части модели вниз в медиальную сторону препятствовали обе части (горизонтальная и вертикальная) аналога подвздошно-бедренной связки, которые натягивались. При дополнительном соединении частей модели аналогом связки головки бедренной кости величина приведения в шарнире ограничивалась, а натяжение аналога горизонтальной и вертикальной подвздошно-бедренной связки уменьшалось.

Далее тазовая и бедренная части модели соединялись аналогом отводящей группы мышц. Изначально нагрузка подвешивалась к грузовому кронштейну при соединении тазовой и бедренной части модели только аналогами внесуставных (наружных) связок. Следом подвешивание нагрузки производилось при наличии соединения тазовой и бедренной части модели аналогами внесуставных (наружных) связок и аналогом связки головки бедренной кости (Рис. 3).

Рис. 3. Нагрузка 1 кг механической модели тазобедренного сустава с аналогом отводящей группы мышц; вверху – бедренная и тазовая часть модели соединены аналогами наружных связок, внизу – бедренная и тазовая часть модели дополнительно соединены аналогом связки головки бедренной кости.

   

Отмечено, что аналоги внесуставных (наружных) связок и аналог отводящей группы мышц препятствовали разобщению тазовой и бедренной частей модели. Под действием нагрузки тазовая часть наклонялась вниз в медиальную сторону, а в шарнире модели воспроизводилось приведение. Опрокидыванию тазовой части модели вниз в медиальную сторону препятствовали обе части (горизонтальная и вертикальная) аналога подвздошно-бедренной связки, которые натягивались, а также аналог отводящей группы мышц. При дополнительном соединении частей модели аналогом связки головки бедренной кости шарнир модели стопорился во фронтальной плоскости натяжением аналога горизонтальной и вертикальной подвздошно-бедренной связки и аналогом связки головки бедренной кости. В означенном случае динамометр аналога отводящей группы мышц шунтировался указанными аналогами связок и не регистрировал какой-либо нагрузки.

Описанные эксперименты показали, что приведение в тазобедренном суставе, articulatio coxae, могут ограничивать: связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, горизонтальная и вертикальная часть подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, а также отводящая группа мышц.

Затем в конструкцию модели введен аналог вертлужной губы, будучи прикрепленный по ранее описанной методике к наружному торцу модели вертлужной впадины (Рис. 4).

Рис. 4. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогом отводящей группы мышц, аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы, но без аналога связки головки бедренной кости.

 

После этого к грузовому кронштейну тазовой части модели последовательно подвешивалась нагрузка массой 1 и 2 кг. Выяснено, что аналоги наружных связок, аналог отводящей группы мышц и аналог вертлужной губы препятствовали разобщению тазовой и бедренной частей модели. Под действием нагрузки тазовая часть наклонялась вниз в медиальную сторону, а в шарнире модели воспроизводилось приведение (Рис. 5).

Рис. 5. Нагрузка 2 кг механической модели тазобедренного сустава с аналогом отводящей группы мышц, аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы, но без аналога связки головки бедренной кости.

 

Опрокидыванию тазовой части модели вниз в медиальную сторону препятствовали обе части (горизонтальная и вертикальная) аналога подвздошно-бедренной связки, которые натягивались, а также аналог отводящей группы мышц и аналог вертлужной губы.

На следующем этапе мы укоротили горизонтальную, а также вертикальную часть аналога подвздошно-бедренной связки и вновь подвесили нагрузку к тазовой части модели (Рис. 6).

Рис. 6. Нагрузка 2 кг механической модели тазобедренного сустава с аналогом отводящей группы мышц, аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы, но без аналога связки головки бедренной кости (укорочены горизонтальная и вертикальная части аналога подвздошно-бедренной связки).

  

В результате укорочения горизонтальной и вертикальной части аналога подвздошно-бедренной связки угол приведения в шарнире модели уменьшался. Кроме этого, снизилась нагрузка на аналог отводящей группы мышц. Указанное мы связываем с тем, что в результате отведения в шарнире модели уменьшилось плечо подвешенной нагрузки. Кроме этого, укороченные горизонтальная и вертикальная части аналога подвздошно-бедренной связки частично шунтировали действие нагрузки. Перечисленное в комплексе привело к снижению усилия аналога отводящей группы мышц, необходимого для удержания тазовой части модели в положении устойчивого равновесия.

При дополнительном соединении частей модели аналогом связки головки бедренной кости, шарнир модели стопорился во фронтальной плоскости натяжением аналога горизонтальной и вертикальной подвздошно-бедренной связки и аналогом связки головки бедренной кости. При подвешенной нагрузке динамометр аналога отводящей группы мышц не регистрировал усилия в системе (Рис. 7, 8).

Рис. 7. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогами наружных связок, аналогом связки головки бедренной кости и аналогом вертлужной губы (нагрузка 1 кг); вверху – бедренная и тазовая часть модели без соединения аналогом отводящей группы мышц; внизу – бедренная и тазовая часть модели дополнительно соединены аналогом отводящей группы мышц.

 

Рис. 8. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогами наружных связок, аналогом связки головки бедренной кости и аналогом вертлужной губы (нагрузка 2 кг); вверху – бедренная и тазовая часть модели без соединения аналогом отводящей группы мышц; внизу – бедренная и тазовая часть модели дополнительно соединены аналогом отводящей группы мышц.

Затем мы укоротили аналог связки головки бедренной кости, и опять подвесили нагрузку к тазовой части модели (Рис. 9).

Рис. 9. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогами наружных связок, укороченным аналогом связки головки бедренной кости, аналогом отводящей группы мышц и аналогом вертлужной губы (нагрузка 2 кг).

  

Уменьшение длины аналога связки головки бедренной кости увеличило угол отведения в шарнире. Динамометр аналога отводящей группы мышц, как и в предыдущем варианте сборки модели, не регистрировал никакого усилия.

Эксперименты с введенным в конструкцию модели аналога вертлужной губы мы выполняли с нагрузкой различной массы, стандартной и укороченной длиной аналога связки головки бедренной кости. Установлено, что аналог вертлужной губы повышал устойчивость тазовой части модели на головке бедренной части. Он также незначительно снижал нагрузку на аналог отводящей группы мышц, удерживающий тазовую часть от опрокидывания в медиальную сторону.

Для проверки полученных данных мы произвели поэтапное демонтирование элементов механической модели тазобедренного сустава. Сначала был отсоединен аналог связки головки бедренной кости, после чего к грузовому кронштейну модели подвешена нагрузка (Рис. 10). 

Рис. 10. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогами наружных связок, аналогом отводящей группы мышц и аналогом вертлужной губы, произведено отсоединение аналога связки головки бедренной кости; вверху – модель без нагрузки, внизу – модель с нагрузкой массой 1 кг.

Далее отсоединены аналоги всех наружных связок, после чего к грузовому кронштейну модели подвешена нагрузка (Рис. 11). 

Рис. 11. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогом отводящей группы мышц и аналогом вертлужной губы, удален аналог связки головки бедренной кости и аналоги внесуставных (наружных) связок; вверху – модель без нагрузки, внизу – модель с нагрузкой массой 1 кг.

 

Затем мы отсоединили аналог вертлужной губы и вновь к грузовому кронштейну модели подвесили нагрузку (Рис. 12).

Рис. 12. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогом отводящей группы мышц, удален аналог связки головки бедренной кости, аналог вертлужной губы и аналоги наружных связок; вверху – модель без нагрузки; внизу – модель с нагрузкой массой 1 кг.

 

Поэтапное демонтирование элементов механической модели тазобедренного сустава продемонстрировало, что нагрузка на аналог отводящей группы мышц возрастал. Основной вклад в разгрузку аналога отводящей групп мышц привносил аналог связки головки бедренной кости, в меньшей степени – аналоги наружных связок и аналог вертлужной губы.  

Смотри также:

Механическая модель тазобедренного сустава

Моделирование взаимодействия суставных поверхностей 

Моделирование функции синовиальной жидкости 

Моделирование функции вертлужной губы  

Моделирование функции внесуставных связок 

Механическая модель с аналогом связки головки бедренной кости

Моделирование движений с аналогом связки головки бедренной кости

Моделирование крепления у края ямки вертлужной впадины

Моделирование крепления в вырезке вертлужной впадины

Моделирование крепления на периферии вертлужной впадины

Анализ изменения проксимальной области крепления 

Моделирование взаимодействия связок тазобедренного сустава

Моделирование функции комплекса наружных связок

Моделирование функции отводящей группы мышц

Моделирование взаимодействия наружных связок и отводящей группы мышц

Моделирование взаимодействия короткой LCF и отводящей группы мышц

Моделирование взаимодействия LCF нормальной длины и отводящей группы мышц

Моделирование взаимодействия удлиненной LCF и отводящей группы мышц

Моделирование взаимодействия патологически удлиненной LCF и отводящей группы мышц 

Моделирование взаимодействия укороченной LCF и отводящей группы мышц

Моделирование взаимодействия LCF, вертлужной губы и отводящей группы мышц 

                                                                     

Критика

Описанная конструкция модели имитировала нативный 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 подвешивать нагрузку исключительно во фронтальной плоскости. Причем нагрузка прикладывалась к точке, лежащей приблизительно на одном уровне с центром шарнира, что не соответствует реальному положению общего центра масс тела. Кроме этого в первых опытах нами невоспроизодилось приведение бедренной кости при моделировании одноопорной позы. Недочетом описанной конструкции явлись недостаточно упругие аналоги связок. Несомненно, что эластичность аналога вертлужной губы не в полной мере соответствовала естественному элементу.

Примечания

Впервые эксперименты на механической модели тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости нами описаны в книге «Рассуждение о морфомеханике» в разделах: 4.6.12 Трехмерная модель,  5.4.7 Моделирование одноопорного ортостатического положения. Дополненную версию представленного выше 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.

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, функция, наружные связки, вертлужная губа, эксперимент, механическая модель, отводящая группа мышц 

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ