Воспроизведение функции связки головки бедренной кости
Для уточнения механической функции
связки головки бедренной кости,
ligamentum
capitis
femoris, нами ее
аналогом дополнена трехмерная механическая модель правого тазобедренного сустава человека. В качестве
аналога связки головки бедренной кости использован плетеный капроновый шнур
диаметром 5 мм. Внутреннюю часть его образовывали продольные волокна, что обеспечивало
относительно высокий
модуль упругости. Одним концом он соединялся с
моделью вертлужной впадины тазовой части модели, будучи закрепленный зажимом, расположенным снизу на цилиндрическом
стержне. Далее он пропускался через отверстие в сферической оболочке и выходил в
фасонной выточке.
В
первой серии экспериментов мы пропустили аналог связки головки
бедренной кости через отверстие, выполненное в центре фасонной выточки – аналоге ямки вертлужной
впадины (Рис. 1).
 |
| Рис. 1. Тазовая часть трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека, через центральное отверстие в фасонной выточке пропущен аналог связки головки бедренной кости; вверху – вид спереди, внизу – вид с латеральной стороны. |
Дистальный конец аналога связки
головки бедренной кости соединялся с бедренной частью. Длина его рабочей части выбиралась
от отверстия в фасонной выточке модели вертлужной впадины до отверстия в
медиальном секторе головки бедренной части модели. Данный отрезок аналога
связки головки бедренной кости находился внутри формируемого вертлужного канала
модели. Он являлся основным функционирующим элементом, который воспроизводил
реальную связку головки бедренной кости,
ligamentum
capitis
femoris.
Таким образом, после закрепления проксимального
конца аналога связки головки бедренной кости снаружи тазовой части модели дистальный
конец водился в отверстие в фасонной выточке, через которое он попадал в
круглую ямку фасонной выточки, а затем входил в отверстие в головке с ее
медиальной стороны
(Рис. 2).
 |
| Рис. 2. Этап проведения аналога связки головки бедренной кости из модели вертлужной впадины в головку бедренной части модели; область введения аналога связки головки бедренной кости в головку бедренной части модели указана стрелкой. |
Затем модель вертлужной впадины приближалась
к головке бедренной части, а аналог связки головки бедренной кости постепенно
вытягивался. Пройдя через головку бедренной части модели аналог связки головки
бедренной кости, выходил из отверстия в области латерального торца шейки
бедренной части модели
(Рис. 3).
 |
| Рис. 3. Этап проведения аналога связки головки бедренной кости из модели вертлужной впадины в головку бедренной части модели; область введения аналога связки головки бедренной кости в головку бедренной части модели указана зеленой стрелкой, область выведения аналога связки головки бедренной кости из отверстия в области латерального торца шейки указана красной стрелкой. |
Длина аналога связки головки
бедренной кости, расположенного в фасонной выточке, выбиралась таким образом,
чтобы при полном соприкосновении поверхностей пары трения и максимальном
наклоне тазовой части модели вниз в медиальную сторону (воспроизведение
приведения) аналог связки головки бедренной кости не ущемлялся (Рис. 4).
 |
| Рис. 4. Этапы проведения аналога связки головки бедренной кости из модели вертлужной впадины в головку бедренной части модели; вверху – тазовая часть модели приближается к головке модели бедренной части, аналог связки головки бедренной кости введен в отверстие в головке бедренной части модели (вид спереди); внизу – тазовая часть модели установлена на головку модели бедренной части, аналог связки головки бедренной кости выведен из отверстия в области латерального торца шейки бедренной части модели (вид сзади). |
После определения должной длины аналог связки головки бедренной кости натягивался и винтом прикреплялся к ножке бедренной части модели (Рис. 5).
 |
| Рис. 5. Тазовая часть модели установлена на головку бедренной части модели в позиции максимального приведения, аналог связки головки бедренной кости натянут и прикрепляется винтом к бедренной части модели (вид сзади). |
Длина
аналога связки головки бедренной кости составила приблизительно 20 мм, что приблизительно
соответствует размерам реальной связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, у человека: 2–2.5
см (Воробьев В.П., 1932; Тонков В. 1946; Ревенко Т.А., 1968; Минеев К.П., 1995;
Hempfling H., 1995). С целью снижения трения в шарнире модели на
поверхность головки бедренной части мы наносили масло смазочное бытовое, как правило, по ТУ 1-15-691-77
(Рис. 6).
 |
| Рис. 6. Нанесение смазки на головку бедренной части трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека (вид спереди). |
Как ранее было отмечено, на первом
этапе нами изучен вариант исполнения трехмерной механической модели правого тазобедренного
сустава человека, в котором аналог связки головки бедренной кости пропускался
через центральное отверстие в
фасонной выточке модели вертлужной впадины. В означенной
версии модели аналог связки головки бедренной кости имел наименьшую длину (Рис. 7, 8, 9).
 |
| Рис. 7. Трехмерная механическая модель правого тазобедренного сустава человека в исходном положении; вверху – вид спереди, в центре – вид спереди с латеральной стороны, внизу – вид с латеральной стороны. |
 |
| Рис. 8. Трехмерная механическая модель правого тазобедренного сустава человека в исходном положении; вверху – вид сзади, в центре – вид сзади с медиальной стороны, внизу – вид с медиальной стороны. |
 |
| Рис. 9. Трехмерная механическая модель правого тазобедренного сустава человека в исходном положении (вид сверху). |
Изначально на трехмерной механической модели тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости, мы воспроизвели движения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, во фронтальной плоскости – отведение и приведение (Рис. 10, 11).
 |
| Рис. 10. Воспроизведение движений во фронтальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости (вид спереди); вверху – воспроизведено приведение в шарнире модели, внизу – воспроизведено отведение в шарнире модели. |
 |
| Рис. 11. Воспроизведение движений во фронтальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости (вид с медиальной стороны); вверху – воспроизведено приведение в шарнире модели; внизу – воспроизведено отведение в шарнире модели. |
В крайних положениях приведения и отведения тазовая часть модели находилась в устойчивого равновесия. Наблюдалась тенденция ее отклонения вниз в медиальную сторону под действием силы тяжести. Указанное спонтанно воспроизводило приведение в тазобедренном суставе, articulatio coxae. Ограничителем приведения являлось натяжение аналога связки головки бедренной кости, находящегося внутри шарнира модели. Его упругость явственно определялось при воздействии рукой сверху на грузовую планку тазовой части модели. Несмотря на это, разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не происходило. Аналог связки головки бедренной кости при воспроизведении приведения ограничивал данное движение и стопорил шарнир модели во фронтальной плоскости. Величину угла наклона тазовой части модели мы регистрировали специально созданным угломером (Рис. 12).
 |
| Рис. 12. Угломер для измерения положения элементов модели. |
Угломер состоял из транспортира, с которым соединялась неподвижная линейка и подвижная линейка, имеющая продольную риску. Подвижная линейка свободно поворачивалась вокруг центра, совпадающего с центром транспортира. Описанным угломером нам измерен угол наклона модели вертлужной впадины. При полном натяжении аналога связки головки бедренной кости наклон модели вертлужной впадины в латеральную сторону составил 55° (Рис. 13).
 |
| Рис. 13. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека в положении максимального приведения (вид спереди); угол наклона модели вертлужной впадины измеряется специально изготовленным угломером. |
В свою очередь, отведение в шарнире модели ограничивалось контактом края модели вертлужной впадины и шейки бедренной части модели. По причине смазки, находящейся на трущихся поверхностях шарнира, при отведении тазовая часть модели была неустойчива. В найденном опытным путем положении устойчивого равновесия наружный край модели вертлужной впадины принимал положение, близкое к горизонтальному. При незначительном отклонении от означенной позиции тазовая часть модели опрокидывалась, но не падала, а спонтанно поворачивалась в сагиттальной плоскости с направлением аналога крыла подвздошной кости вниз.
Движения в сагиттальной плоскости свободно осуществлялись до угола 180° и более в обе стороны. Это воспроизводило не ограничиваемое аналогом связки головки бедренной кости сгибание и разгибание в шарнире модели. При спонтанном воспроизведении данных движений под действием силы тяжести в шарнире модели сохранялось приведение, а разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не наблюдалось. Замечено, что при имитации сгибания происходило увеличение угла приведения в шарнире модели (Рис. 14).
 |
| Рис. 14. Воспроизведение движений в сагиттальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости (вид спереди); вверху – исходное положение, внизу – имитация сгибания (обратите внимание на спонтанное увеличение приведения). |
Закономерно происходившее скручивание аналога связки головки бедренной кости и, следовательно, его относительное укорочение никак не ощущались. При сгибании до угла 90° наклон модели вертлужной впадины в латеральную сторону увеличивался до 57°, а сгибание до 180° вызывало увеличение приведения и наклон модели вертлужной впадины в латеральную сторону до 72°.
Далее на трехмерной механической модели тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости мы воспроизвели движения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, в горизонтальной плоскости – супинацию и пронацию (Рис. 15).
 |
| Рис. 15. Воспроизведение движений в горизонтальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости (вид сверху); вверху – имитация пронации, в центре – среднее положение тазовой части модели, справа – имитация супинации в шарнире модели. |
При имитации движений в горизонтальной плоскости спонтанного разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не происходило. В крайних позициях супинации и пронации явственно натягивался аналог связки головки бедренной кости, ограничивая указанные движения. Отмечено, что при воспроизведении супинации и пронации спонтанно изменялся угол приведения в шарнире модели (Рис. 16).
 |
| Рис. 16. Воспроизведение движений в горизонтальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости (вид с медиальной стороны); вверху – воспроизведена супинация, в центре – среднее положение тазовой части модели, внизу – воспроизведена пронация (обратите внимание на спонтанное увеличение отведения). |
В крайних положениях пронации и супинации угол приведения в шарнире модели уменьшался за счет происходящего спонтанного отведения. Угол приведения был максимальным в среднем положении тазовой части, а минимальным – в крайних положениях супинации и пронации. Вышеописанное наблюдение указывает на то, что при натянутой связке головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, вращательные движения в естественном тазобедренном суставе, articulatio coxae, человека в горизонтальной плоскости вызывают отведение бедренной кости, os femur. Означенное явление ранее нами названо «эффект автоотведения» в тазобедренном суставе, articulatio coxae. Он наблюдается при пронации и супинации с натяжением связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, достигнутого за счет предельного приведения в тазобедренном суставе, articulatio coxae.
При
постоянном натяжении аналога связки головки бедренной кости в позиции
максимального приведения супинация и пронация в шарнире модели в обязательном порядке
сочеталась с автоматическим отведением. В крайнем положении супинации – 38°,
наклон модели вертлужной впадины в латеральную сторону уменьшался до 32°. В
крайнем положении пронации – 35°, наклон модели вертлужной впадины в
латеральную сторону уменьшался до 32°.
При
вращении тазовой части в горизонтальной плоскости тазовая часть модели
описывала дугу. Нижняя ее точка совпадала с максимально возможным приведением в
узле подвижности, определяемым длиной аналога связки головки бедренной кости, а
верхняя точка достигалась в положении крайней пронации и супинации. Длина
аналога связки головки бедренной кости определяла дугу, по которой двигалась
тазовая часть модели. При вращении в горизонтальной плоскости в каждом из крайних
положений аналог связки головки бедренной кости располагался приблизительно горизонтально.
Это было установлено посредством наблюдения за изменением пространственного
положения отверстия в модели вертлужной впадины, в котором закреплялся
проксимальный конец аналога связки головки бедренной кости.
Затем на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости мы воспроизвели поступательное движение в тазобедренном суставе, articulatio coxae, вдоль горизонтальной оси. Для этого усилием руки экспериментатора тазовая часть модели смещалась в медиальном направлении. Отмечено, что в данном направлении имелся продольный люфт только при одновременном воспроизведении в шарнире модели отведения. При этом в крайней позиции происходило автоматическое смещение тазовой части модели вверх. Максимальная амплитуда поступательного смещения тазовой части модели в медиальном направлении определялась длиной аналога связки головки бедренной кости и в нашем случае составила 6 мм. Величина продольного поступательного смещения тазовой части модели в медиальном направлении была максимальна при воспроизведении в шарнире модели отведения (Рис. 17).
 |
| Рис. 17. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости; вверху – исходное положение, внизу – имитация поступательное движения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, вдоль горизонтальной оси с одновременным воспроизведением отведения (тазовая часть модели смещена в медиальном и одновременно в краниальном направлении). |
При наибольшем смещении тазовой
части модели в медиальном направлении происходило спонтанное отведение, при
котором наружный край модели вертлужной впадины располагался под углом 48°, открытым
в латеральную сторону.
В результате смещения тазовой части
модели в медиальном направлении между внутренней поверхностью модели вертлужной впадины и
медиальной поверхностью головки бедренной части модели появлялся зазор (Рис. 18).
 |
| Рис. 18. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости; имитация поступательного движения в шарнире модели вдоль горизонтальной оси (вид с латеральной стороны); наблюдается зазор, образующийся между головкой бедренной части модели и моделью вертлужной впадины. |
Поступательное смещение сочеталось с отведением в шарнире и спонтанным смещением тазовой части модели вверх. Замечено, что медиальное смещение тазовой части модели вызывало появление силы, стремящейся переместить ее в обратном направлении. Эффект возникал благодаря натяжению аналога связки головки бедренной кости. После прекращения удержания рукой тазовая часть модели спонтанно смещалась в латеральном направлении и прижималась к головке бедренной части модели. При этом величина отведения в шарнире модели уменьшалась, а приведение достигало максимума. Означенное явление ранее нами названо «эффект автолатерализации» в тазобедренном суставе, articulatio coxae. В реальных условиях он наблюдается при натяжении связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, путем приведения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, а также при наклоне таза, pelvis, вниз в медиальную сторону.
Величина поступательного смещения модели вертлужной впадины вдоль горизонтальной оси ограничивалась длиной аналога связки головки бедренной кости. Его натяжение также препятствовало воспроизведению вывиха в шарнире модели. В позиции максимального приведения вызвать медиальное смещение тазовой части достичь не удавалось. Тазовую часть модели невозможно было снять с головки бедренной части модели без повреждения аналога связки головки бедренной кости. Это недвусмысленно указывает на соединительную функцию связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, в тазобедренном суставе, articulatio coxae.
В целом положение тазовой части модели на головке бедренной части характеризовалось как стабильное во фронтальной и горизонтальной плоскости. Существенно меньшая устойчивость тазовой части модели наблюдалась в сагиттальной плоскости, в которой она имела тенденцию к опрокидыванию. При воспроизведении вращательных и поступательных движений во фронтальной, горизонтальной и сагиттальной плоскости аналог связки головки бедренной кости никогда не попадал между головкой бедренной части модели и моделью вертлужной впадины и не заклинивал шарнир. При целостности аналога связки головки бедренной кости воспроизвести какой-либо из известных видов вывихов тазобедренного сустава, articulatio coxae, в шарнире модели не удавалось.
Смотри также:
Конструкция трехмерной механической модели тазобедренного сустава
Имитация взаимодействия суставных поверхностей
Имитация функции 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, что эластичность использованного аналога вертлужной губы также не в полной мере соответствовала нативному элементу.
Примечания
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, наружные связки, вертлужная губа, эксперимент, механическая модель, отводящая группа мышц, синовия
Эксперименты и наблюдения