Имитация взаимодействия всех связок, вертлужной губы и отводящей группы мышц

  

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 

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 

                                                                     

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