Эксперименты на упрощенной рычажной модели тазобедренного сустава

 

Эксперименты на упрощенной рычажной модели тазобедренного сустава

С целью определения величины усилия воздействия нижнего сектора вертлужной впадины, acetabulum, на нижний сектор головки бедренной кости, caput femoris, в ненапряженной одноопорной ортостатической позе и конце одноопорного периода шага мы использовали упрощенную рычажную модель тазобедренного сустава (см. Эксперименты на упрощенной модели тазобедренного сустава). На кольцевидном основании вертикально устанавливалась мачта с горизонтальным кронштейном. К крайнему отверстию кронштейна прикреплялся верхний конец капронового шнура, воспроизводивший связку головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. К нижнему концу капронового шнура присоединялась горизонтально расположенная металлическая пластина (рычаг). Она, по нашему замыслу, воспроизводила таз, pelvis, который зависал на связке головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Левая часть пластины соединялась с основанием бытовым динамометром, а к правой части подвешивалась нагрузка массой 1 кг (Рис. 1).

Рис. 1. Упрощенная рычажная модель тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости; моделируется воздействие нижнего сектора вертлужной впадины, acetabulum, на нижний сектор головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, в ненапряженной одноопорной ортостатической позе и конце одноопорного периода шага в отсутствие напряжения отводящей группы мышц; вверху – вид спереди; внизу – вид сбоку.

 

В описанном варианте рычажной модели тазобедренного сустава плечо аналога связки головки бедренной кости было в два раза меньше плеча нагрузки, воспроизводящей действие веса тела. Динамометр регистрировал усилие, равное весу нагрузки, причем возникающая сила направлена вверх. Данное усилие прижимает нижний сектор вертлужной впадины, acetabulum, к нижнему сектору головки бедренной кости, caput femoris, в ненапряженной одноопорной ортостатической позе, а также в конце одноопорного периода шага без напряжения отводящей группы мышц либо при несущественном ее напряжении.

Расчет величины силы, действующей на головку бедренной кости, caput femoris, в данном случае может быть произведен из формулы для рычага третьего рода: LР = L_lF_l, где L_l – плечо силы реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, F_l – сила реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, P – вес тела, L – плечо веса тела. Расчет величины силы реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, может быть произведен по формуле: F_l = LР/L_l.

Для проверки математическим расчетом мы модифицировали имеющуюся упрощенную рычажную модель тазобедренного сустава. Пластина, имитирующая таз, подвешена к кронштейну мачты на бытовом динамометре, который воспроизводил натянутую связку головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Левое плечо рычага соединялось с основанием модели гибким тросом, что имитировало опору вертлужной впадины, acetabulum, на нижний сектор головки бедренной кости, caput femoris. К правому плечу рычага подвешивалась нагрузка 1 кг, воспроизводившая действие веса тела (Рис. 2).

Рис. 2. Упрощенная рычажная модель тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости; моделируется сила реакции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, в ненапряженной одноопорной ортостатической позе и конце одноопорного периода шага в отсутствие напряжения отводящей группы мышц; вверху – вид спереди, внизу – вид сбоку.

Плечо аналога связки головки бедренной кости, вместо которого использовался бытовой динамометр, было в два раза меньше плеча нагрузки, воспроизводящей действие веса тела. Динамометр регистрировал усилие, равное удвоенному весу нагрузки. Закономерно, что при иной длине плеч рычага в области тазобедренного сустава, articulatio coxae, нагрузка на нижние суставные поверхности измениться пропорционально. 

Смотри также:

Эксперименты на плоскостной модели тазобедренного сустава

Эксперименты на упрощенной модели тазобедренного сустава

Эксперименты на рычажной модели тазобедренного сустава

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

                                                                     

Критика

Описанная конструкция модели в упрощенном виде имитировала нативный тазобедренный сустав и содержала аналог ligamentum capitis femoris (LCF). 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 ниже центра шарнира, что не соответствует реальному положению общего центра масс тела. Кроме этого, действие отводящей группы мышц не моделировалось. Указанное, прежде всего, является патологическим явлением и может наблюдаться в случае гемиплегии. Мы полагаем, что в норме отводящая группа мышц постоянно контролирует натяжение LCF. Ее усилие существенно уменьшается лишь в конце одноопорного периода шага.

Примечания

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, эксперимент, упрощенная модель, рычажная модель

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ