Имитация функции наружных связок

 

Имитация функции наружных связок тазобедренного сустава 

По мнению большинства авторов, у человека 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, она «укрепляет» тазобедренный сустав, articulatio coxae, ограничивает вращение наружу и приведение (Самусев Р.П., Гончаров Н.И., 1989). Лобково-бедренная связка, ligamentum iliofemorale, ограничивает отведение, разгибание и внутреннюю ротацию в тазобедренном суставе, articulatio coxae (Бабич Б.К., 1968; Иваницкий М.Ф., 1985; Тонков В., 1946). Согласно точке зрения И.В. Шумады (1959), она также ограничивает вращение бедра наружу. Седалищно-бедренная связка, ligamentum ischiofemorale, ограничивает приведение и ротацию бедра внутрь (Шумада И.В., 1959; Тонков В., 1946; Ревенко Т.А., 1968). Отдельные авторы указывают, что она может ограничивать отведение и разгибание (Перлин Б.З. и соавт., 1977; Корнев П.Г., 1959; Бабич Б.К., 1968).

Четвертой наружной связкой является круговая зона, zona orbicularis, или круговая связка. В качестве ее синонимов используются термины связка Вебера и Вебера круговая зона (Самусев Р.П., Гончаров Н.И., 1989; Воробьев В.П., 1932). Она располагается под вышеперечисленными наружными связками, ligamentum extracapsularia, и имеет вид циркулярных волокон. Начало круговой зоны, zona orbicularis, - на нижней передней подвздошной ости, spina iliaca anterior superior. Круговая зона, zona orbicularis, огибает шейку бедренной кости, collum femoris, снизу в виде петли, образуя почти замкнутое кольцо (Кованов В.В., Травин А.А., 1963; Синельников Р.Д., 1972; Соков Л.П., Романов М.Ф., 1991; Доэрти М., Доэрти Д., 1993). Круговая зона, zona orbicularis, укрепляется частично вплетающимися в нее лобково-бедренной связкой, ligamentum pubofemorale, седалищно-бедренной связкой, ligamentum ischiofemorale, подвздошно-бедренной связкой, ligamentum iliofemorale (Воробьев В.П., 1938). По своей мощности круговая зона, zona orbicularis, уступает только подвздошно-бедренной связке, ligamentum iliofemorale, и содержит коллагеновые волокна (Перлин Б.З. и соавт., 1977). В. Тонков (1946) отмечал, что круговая зона, zona orbicularis, лучше выражена с латеральной стороны в виде шнурка 6-7 мм ширины и 2-3 мм. Круговая связка, или круговая зона, zona orbicularis, пожалуй, наименее изученная в функциональном аспекте наружная связка тазобедренного сустава, articulatio coxae. П.Ф. Лесгафт (1968), относил ее к прибавочным связкам, составляющим «оболочечную» стенку тазобедренного сустава, articulatio coxae. С точки зрения И.В. Шумады (1959) круговая зона, zona orbicularis, не имеет существенного значения для функционирования тазобедренного сустава, articulatio coxae. П.Г. Корнев (1959) полагал, что назначение круговой зоны, zona orbicularis, - подвешивать головку бедренной кости, caput femoris, и способствовать ее удержанию в вертлужной впадине, acetabulum. Отдельные авторы указывали, что круговая зона, zona orbicularis, ограничивает вращательные движения вообще (Курс топографической анатомии, 1932).

Согласно S. Garbe (1998) круговая зона, zona orbicularis, объединяет прочие наружные связки, ligamentum extracapsularia, тазобедренного сустава, articulatio coxae, что позволяет им функционировать совместно. Во время сгибания в тазобедренном суставе, articulatio coxae, связки скручиваются и прижимаются к шейке бедренной кости, collum femoris, и вертлужной губе, labrum acetabulare. При этом часть синовии секвестрируется в наружной части сустава, а за счет прижатия вертлужной губы, labrum acetabulare, к головке бедренной кости, caput femoris, предотвращается отток синовии в центральный отдел суставной полости и из него. Между наружным и внутренним отделом тазобедренного сустава, articulatio coxae, устанавливается определенное гидростатическое равновесие (Garbe S., 1998). Более детальный обзор литературы по вопросам роли связок тазобедренного сустава человека приведен в нашей работе (Архипов-Балтийский С.В., 2004).

С целью уточнения механической функции связок тазобедренного сустава, articulatio coxae, мы воспроизвели их на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека. Аналог подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, был выполнен из капронового шнура диаметром 4 мм, а на его концах были сделаны петли. Один конец прикреплялся к средней части планки, имитирующей большой вертел, trochanter major, а другой – к передней поверхности ножки бедренной части модели в верхней ее части. Тазовая часть модели устанавливалась на головку бедренной части так, чтобы плоскость торца модели вертлужной впадины образовывала с плоскостью основания угол в 45°. Средняя часть капронового шнура крепилась к кронштейну, присоединенному к торцу модели вертлужной впадины в позиции на двенадцати часах. Таким образом, одна часть шнура имела ориентацию, близкую к горизонтальной, а другая – к вертикальной. При этом обе части были натянуты. Описанные части шнура имитировали известные порции подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, вертикальную и горизонтальную.

Аналог лобково-бедренной связки, ligamentum pubofemorale, нами выполнен из капронового шнура диаметром 4 мм, также с петлями на концах. Один конец капронового шнура прикреплялся к кронштейну, присоединенному к торцу модели вертлужной впадины на четырех часах. Затем тазовой части модели, установленной на головке бедренной части модели придавалось положение, в котором плоскость торца модели вертлужной впадины образовывала с плоскостью основания угол в 45°. После чего капроновый шнур натягивался, а его свободный конец соединялся с задней поверхности ножки в верхней ее части.

Аналог седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale, тоже был выполнен из капронового шнура диаметром 4 мм и имел на концах петли. Одним концом он прикреплялся к кронштейну, закрепленному на торце модели вертлужной впадины в позиции на восьми часах. Тазовой части модели, установленной на головке бедренной части, придавалось положение, при котором плоскость торца модели вертлужной впадины образовывала с плоскостью основания приблизительно угол в 45°. Далее свободный конец шнура соединялся со средней частью планки, моделирующей большой вертел, trochanter major.

Для воспроизведения круговой зоны, zona orbicularis, вокруг шейки бедренной части модели снизу проводился капроновый шнур диаметром 4 мм в виде петли. После умеренного натяжения оба конца шнура прикреплялись к кронштейну на торце модели вертлужной впадины, расположенному на двенадцати часах.

С целью уточнения функции вертлужной губы, labrum acetabulare, нами изготовлен ее аналог. Он имел вид кольца из полиэтиленовой пластинки толщиной 0.5 мм. Внешний диаметр аналога вертлужной губы равнялся диаметру модели вертлужной впадины 70 мм, а внутренний составил 40 мм, что было меньше диаметра головки модели. Ширина аналога вертлужной губы составила 15 мм. В нем выполнены отверстия, противолежащие отверстиям торца модели вертлужной впадины. В опытах с аналогом вертлужной губы он присоединялся к модели вертлужной впадины до крепления аналогов наружных связок.

Таким образом, наша модель содержала комплекса аналогов наружных связок и аналог вертлужной губы (Рис. 12.109).

 

Рис. 1. Трехмерная механическая модель правого тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы; вверху – вид сзади, внизу – вид спереди; условные обозначения: 1 – аналог вертлужной губы, 2 – аналог круговой зоны, 3 – аналог лобково-бедренной связки, 4 – аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки, 5 – аналог вертикальной части подвздошно-бедренной связки, 6 – аналог седалищно-бедренной связки.

 

После сборки модели ее тазовая часть находилась в устойчивом положении на головке бедренной части модели. Отмечалась тенденция к наклону вниз в медиальную сторону под действием собственного веса, что воспроизводило спонтанное приведение в шарнире модели (Рис. 2).

a

b

c

d

e

f

g
Рис. 2. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы; a – вид спереди, b – вид сзади, c – вид с медиальной стороны, d – вид сзади с латеральной стороны, e – вид сзади спереди, f – вид с латеральной стороны, g – вид сверху.

 

Изначально на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека мы воспроизвели движения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, во фронтальной плоскости – отведение и приведение. При отведении натягивался аналог лобково-бедренной связки и аналог седалищно-бедренной связки, а аналог круговой зоны, аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки и аналог вертикальной части подвздошно-бедренной связки расслаблялись (Рис. 3).

Рис. 3. Воспроизведение движений во фронтальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы; вверху – имитация отведения; внизу – имитация приведения.

В случае приведения наблюдалось обратное явление: аналог лобково-бедренной связки и аналог седалищно-бедренной связки расслаблялись, а аналог круговой зоны, аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки и аналог вертикальной части подвздошно-бедренной связки натягивались (Рис. 4).

Рис. 4. Вид на шарнир трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы (воспроизведено приведение в шарнире модели); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

 

Движения во фронтальной плоскости не приводили к разобщению модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели.

Далее на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека 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 был обращен вверх, а грузовая планка – в медиальную сторону (Рис. 5, 6).

Рис. 5. Исходное положение трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы (вид сверху).

Рис. 6. Воспроизведение движений в горизонтальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы (вид сверху); вверху – имитация пронации, внизу – имитация супинации.

  

При воспроизведении супинации преимущественно натягивался аналог лобково-бедренной связки, а при воспроизведении пронации – аналог седалищно-бедренной связки. В крайних положениях поворота тазовой части модели в горизонтальной плоскости всегда натягивался аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки (Рис. 7). 

Рис. 7. Вид на шарнир трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы; вверху – имитация супинации (вид спереди); внизу – имитация пронации (вид сзади).

  

При движениях в горизонтальной плоскости разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не наблюдалось.

Затем на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека 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 был обращен вверх, а грузовая планка – в медиальную сторону (Рис. 8).

 

Рис. 8. Воспроизведение движений в сагиттальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы (вид с медиальной стороны); вверху – имитация сгибания 170°, в центре – среднее положение, внизу – имитация разгибания 10°.

При движениях в сагиттальной плоскости разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не происходило. В случае разгибания натягивался аналог лобково-бедренной связки, аналог вертикальной части подвздошно-бедренной связки и аналог седалищно-бедренной связки. Натяжения аналога горизонтальной части подвздошно-бедренной связки и аналога круговой зоны не отмечено. При имитации сгибания натягивалась только горизонтальная часть подвздошно-бедренной связки.

Следом на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека мы попытались воспроизвести поступательные движения. В исходном положении аналог крыла подвздошной кости был обращен вверх, а грузовая планка – в медиальную сторону (Рис. 9).

Рис. 9. Воспроизведение поступательных движений на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок и аналогом вертлужной губы (вид спереди); вверху –исходное положение, внизу – поступательное смещение тазовой части в медиальном направлении.

В шарнире модели удалось воспроизвести лишь поступательное движение вдоль горизонтальной оси. Тазовую часть можно было сместить только в медиальную сторону. Максимальная амплитуда наблюдалась, когда смещение тазовой части в медиальном направлении сочеталось с имитацией отведения. В результате оказывалось, что тазовая часть ограниченно перемещалась в краниальном направлении. При поступательном движении происходило разобщение модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели. Отмечено натяжение аналогов всех наружных связок. Амплитуда поступательного смещения тазовой части была минимальна при воспроизведении в шарнире модели разгибания и приведения. Означенное приводило к натяжению всех аналогов наружных связок, но в разной степени. В результате наблюдалось сближение модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели. Поступательные движения в шарнире модели оказывались блокированы. Снять тазовую часть с головки бедренной части модели без повреждения каких-либо аналогов наружных связок не представлялось возможным. 

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 

                                                                     

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

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