Имитация взаимодействия всех связок, вертлужной губы и отводящей группы мышц
С целью
дальнейшего уточнения функции взаимодействия всех связок трехмерная механическая
модель тазобедренного сустава человека с аналогом вертлужной губы и аналогами наружных
связок (лобково-бедренной связки, горизонтальной части подвздошно-бедренной
связки, вертикальной части подвздошно-бедренной связки, седалищно-бедренной
связки, круговой зоны) дополнена аналогом связки головки бедренной кости.
На первом этапе мы изучили вариант сборки
трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека, в котором аналог
связки головки бедренной кости пропускался через центральное отверстие в фасонной выточке модели вертлужной
впадины (Рис. 1).
 |
| Рис. 1. Трехмерная механическая модель правого тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы; вверху – вид спереди (красной стрелкой указан проксимальный конец аналога связки головки бедренной кости, прикрепленный к тазовой части модели), внизу – вид сзади (зеленой стрелкой указан дистальный конец аналога связки головки бедренной кости, прикрепленный к бедренной части модели). |
Проксимальный конец аналога связки
головки бедренной кости прикреплялся специальным зажимом к тазовой части
модели. Затем он пропускался через центральное отверстие в фасонной выточке
модели вертлужной впадины и через отверстие головке бедренной части модели.
Длина аналога связки головки бедренной кости, расположенного в фасонной
выточке, выбиралась таким образом, чтобы при полном соприкосновении трущихся
поверхностей и максимальном наклоне тазовой части вниз в медиальную сторону (имитация
приведения) означенный гибкий элемент не ущемлялся. После определения должной длины
аналог связки головки бедренной кости натягивался и винтом прикреплялся к ножке
бедренной части модели. В данном варианте сборки модели аналог связки головки
бедренной кости имел наименьшую длину (Рис.
2).
 |
| a |
 |
| b |
 |
| c |
 |
| d |
 |
| e |
 |
| f |
 |
| g |
 |
| h |
 |
| i Рис. 2. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы; a – вид спереди, b – вид сзади, c – вид с медиальной стороны, d – вид с латеральной стороны, e – вид спереди с медиальной стороны сверху, f – вид сзади с медиальной стороны, g – вид сзади с латеральной стороны, h – вид спереди с латеральной стороны, i – вид сверху. |
Длина
аналога связки головки бедренной кости составила приблизительно 20 мм, что
соответствует размерам реальной связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.
Длина аналогов наружных связок была такая же, как и в предыдущей серии
экспериментов без аналога связки головки бедренной
кости. С
целью снижения трения в шарнире модели на поверхность головки мы наносили масло смазочное бытовое (Рис. 3).
 |
| Рис. 3. Введение смазки в шарнир трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека; вверху – нанесение смазки на наружную часть головки бедренной части модели под аналог вертлужной губы, внизу – нанесение смазки на внутреннюю часть головки бедренной части модели через отверстие в модели вертлужной впадины. |
Несмотря
на введение смазки, сохранилась высокая устойчивость тазовой части модели на
головке бедренной части модели. При этом трение в шарнире модели заметно уменьшилось.
Тазовая часть модели свободно поворачивалась относительно головки бедренной
части модели, но имела тенденцию к наклону вниз в медиальную сторону, что
воспроизводило приведение в шарнире модели.
На
первом этапе мы воспроизвели движения в тазобедренном суставе, articulatio coxae,
во фронтальной плоскости – отведение и приведение (Рис. 4).
 |
| Рис. 4. Воспроизведение движений во фронтальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы; вверху – имитация отведения, внизу – имитация приведения. |
При воспроизведении
отведения в шарнире модели натягивался аналог лобково-бедренной связки и аналог
седалищно-бедренной связки, а аналог связки головки бедренной кости, аналог
круговой зоны, аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки и аналог
вертикальной части подвздошно-бедренной связки расслаблялись. В случае приведения
наблюдалось обратное явление: аналог лобково-бедренной связки и аналог
седалищно-бедренной связки расслаблялись, а аналог связки головки бедренной
кости, аналог круговой зоны, аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной
связки и аналог вертикальной части подвздошно-бедренной связки натягивались
(Рис. 5).
 |
| Рис. 5. Вид на шарнир трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы, при воспроизведении движений во фронтальной плоскости; вверху – имитация отведения, внизу – имитация приведения. |
При полном натяжении перечисленных аналогов связок наклон наружного торца модели вертлужной впадины составлял около 60° (Рис. 6).
 |
| Рис. 6. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы в положении максимального приведения (вид спереди); угол наклона модели вертлужной впадины измеряется специально изготовленным угломером. |
Наклон тазовой
части модели вниз в медиальную сторону ограничивался натяжением аналога связки
головки бедренной кости, аналога круговой зоны, аналога горизонтальной части
подвздошно-бедренной связки и аналога вертикальной части подвздошно-бедренной
связки. Натяжение указанных аналогов связок визуально определялось
при воздействии рукой сверху на грузовую планку тазовой части модели. Они ограничивали приведение и стопорили
шарнир во фронтальной плоскости.
Следует отметить: аналог связки
головки бедренной кости, расположенный внутри модели, мы не могли непосредственно
наблюдать. Однако был виден проксимальный его конец, прикрепленный к тазовой
части модели. Его натяжение при приведении определялось глазом, а также
тактильно, что, естественно, происходило и с частью, находящейся внутри шарнира.
При воспроизведении поступательных движений в позиции приведения разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не происходило. Продольный люфт в шарнире возникал только при имитации отведения. При этом аналог вертлужной губы не участвовал в ограничении движений в шарнире во фронтальной плоскости. Он лишь упруго препятствовал в самом начале медиального смещения тазовой части. Ограничителями поступательных движения являлись аналоги связок.
Далее на
трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека мы воспроизвели
движения в тазобедренном суставе, articulatio coxae,
в сагиттальной плоскости – сгибание и разгибание. Они начинались из исходного
положения, при котором аналог крыла подвздошной кости был обращен вверх, а
грузовая планка – в медиальную сторону (Рис. 7, 8).
 |
| a |
 |
| b |
 |
| c |
 |
| d Рис. 7. Воспроизведение движений в сагиттальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы (вид спереди); a – имитация разгибания, b – исходное положение, c – имитация сгибания 90°, имитация сгибания 170°. |
 |
| a |
 |
| b |
 |
| c |
 |
| d Рис. 8. Воспроизведение движений в сагиттальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы (вид с медиальной стороны); a – имитация разгибания, b – исходное положение, c – имитация сгибания 90°, имитация сгибания 170°. |
При
воспроизведении движений в сагиттальной плоскости разобщения модели вертлужной
впадины и головки бедренной части модели не происходило. Аналог вертлужной губы
не участвовал в ограничении данного вида движений. При имитации разгибания натягивались:
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
воспроизведении сгибания явственно натягивалась только горизонтальная часть
подвздошно-бедренной связки. Происходившее при движениях в сагиттальной
плоскости закручивание аналога связки головки бедренной кости и, следовательно,
его относительное укорочение не отражались на амплитуде движений тазовой части
модели.
При имитации сгибания увеличивался наклон модели вертлужной впадины вниз в медиальную сторону, то есть возрастал угол максимального приведения (Рис. 9).
 |
| a |
 |
| b |
 |
| c |
 |
| d Рис. 9. Вид на шарнир трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы при движениях в сагиттальной плоскости; a – имитация разгибания, b – исходное положение, c – имитация сгибания 90°, d – имитация сгибания 170°. |
Означенное было связано с изменением положения натянутого аналога связки головки бедренной кости. Параллельно мы наблюдали натяжение аналога седалищно-бедренной связки, аналога лобково-бедренной связки, а также аналога горизонтальной и вертикальной части подвздошно-бедренной связки. Причем аналог горизонтальной и вертикальной части подвздошно-бедренной связки, аналог лобково-бедренной связки и аналог седалищно-бедренной связки на начально этапе движения расслаблялись, а по мере наклона тазовой части вниз в медиальную сторону натягивались. При обратном движении – разгибании в шарнире модели наблюдалось спонтанное отведение. Натяжение аналога горизонтальной и вертикальной части подвздошно-бедренной связки, аналог лобково-бедренной связки и аналог седалищно-бедренной связки на начальном этапе движения уменьшалось. По мере достижения максимального положения разгибания в шарнире модели и отклонения тазовой части назад в сагиттальной плоскости увеличивалось натяжение аналога вертикальной части подвздошно-бедренной связки, аналога лобково-бедренной связки и аналога седалищно-бедренной связки. Названые гибкие элементы ограничивали разгибание в шарнире, а в конечный момент стопорили движение в сагиттальной плоскости.
Описанное
выше явление увеличения угла приведения при воспроизведении сгибания в шарнире
модели названо эффект автоприведения. При максимальном разгибании менее всех
прочих натягивался аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки.
Аналог связки головки бедренной кости, аналог круговой зоны, по нашим
наблюдениям, не участвовали в ограничении амплитуды движений в сагиттальной
плоскости в шарнире модели. При имитации движений в сагиттальной плоскости,
разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не
происходило.
Затем на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы, мы воспроизвели движения в горизонтальной плоскости – супинацию и пронацию. Они начинались из исходного положения, при котором аналог крыла подвздошной кости был обращен вверх, а грузовая планка – в медиальную сторону (Рис. 10, 11).
 |
| Рис. 10. Воспроизведение движений в горизонтальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы (вид сверху); a – имитация супинации; b – исходное положение; c – имитация пронации. |
 |
| Рис. 11. Воспроизведение движений в горизонтальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы (вид с медиальной стороны); a – имитация супинации; b – исходное положение; c – имитация пронации. |
При
воспроизведении движений в горизонтальной плоскости изменялось положение
тазовой части во фронтальной плоскости. В исходном положении угол приведения
был максимальным, а отведения – минимальным. В крайних положениях супинации и
пронации, наоборот, угол приведения был минимальным, а отведения – максимальным.
Данное явление ранее нами названо эффектом автоотведения (Рис. 12).
 |
| Рис. 12. Воспроизведение движений в горизонтальной плоскости на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы; вверху – имитация супинации (вид сзади), внизу – имитация пронации (вид спереди). |
Как ранее установлено, автоотведение обусловлено натяжением аналога связки головки бедренной кости при супинации и пронации. Выявление эффекта автоотведения в описанном опыте указывает, что при воспроизведении движений в горизонтальной плоскости в крайних положениях супинации и пронации натягивался аналог связки головки бедренной кости. Он же ограничивал и указанные выше движения. При имитации 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 натягивался аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки. При движениях в горизонтальной плоскости разобщения модели вертлужной впадины и модели головки бедренной части модели не наблюдалось. Аналог вертлужной губы не влиял на амплитуду супинации и пронации (Рис. 13).
 |
| Рис. 13. Вид на шарнир трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы, при воспроизведении движений в горизонтальной плоскости; вверху – имитация супинации (вид с латеральной стороны), в центре – имитация супинации, хорошо заметен натянутый аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки (вид спереди), внизу – имитация пронации (вид спереди с латеральной стороны). |
Далее,
на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами
всех связок и аналогом вертлужной губы нами имитированы поступательные движения.
Первоначально поступательные движения мы пытались осуществить из положения, при
котором аналог крыла подвздошной кости был обращен вверх, а грузовая планка – в
медиальную сторону к средине кольцевидного основания. Отмечено, что по причине
натяжения большинства аналогов наружных связок и аналога связки головки
бедренной кости продольный люфт в шарнире модели был крайне незначительный.
Воспроизведение сгибания и отведения в шарнире модели позволяло поступательно
сместить тазовую часть модели в кранио-медиальном направлении на большую
величину (Рис. 14).
|
| Рис. 14. Воспроизведение поступательного движения в шарнире трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и аналогом вертлужной губы; положение сгибания и отведения в шарнире модели (вид спереди). |
В шарнире модели поступательное движение воспроизводилось вдоль горизонтальной оси со смещением тазовой части в медиальную сторону и вверх (в краниальном направлении) и отведением. Аналог вертлужной губы упруго препятствовал продольному движению тазовой части модели, но не ограничивал его. Максимальная величина смещения тазовой части модели наблюдалась, когда в шарнире модели воспроизводилось сгибание 90°, а модель вертлужной впадины была соосна головке и шейке бедренной части модели в горизонтальной плоскости, то есть повернут вперед на 10°. При поступательном движении происходило разобщение модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели. При этом натягивался прежде всего аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки и аналог связки головки бедренной кости. Амплитуда поступательного смещения тазовой части была минимальна при воспроизведении в шарнире модели разгибания и приведения. В данном случае натягивались все связки, что приводило к сближению модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели, а вызвать люфт не представлялось возможным. Ни в одном из положений тазовой части модели нам не удавалось снять ее с головки бедренной части модели без повреждения аналогов связок. Иными словами, мы не могли воспроизвести на модели никакой из известных вывихов в тазобедренном суставе, articulatio coxae.
Смотри также:
Конструкция трехмерной механической модели тазобедренного сустава
Имитация взаимодействия суставных поверхностей
Имитация функции отводящей группы мышц
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 действия веса тела при нормальной длине LCF
Взаимодействие LCF нормальной длины и вертлужной губы
Взаимодействие удлиненной LCF и вертлужной губы
Имитация патологически удлиненной LCF
Взаимодействие патологически удлиненной LCF и вертлужной губы
Имитация функции наружных связок
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
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
Эксперименты и наблюдения
Комментарии
Отправить комментарий