Имитация взаимодействия суставных поверхностей

Имитация взаимодействия суставных поверхностей 

На первом этапе экспериментальных исследований на трехмерной механической модели правого тазобедренного сустава второй генерации произведено моделирование взаимодействия суставных поверхностей и уточнено их взаимодействие. С вышеуказанной целью головка бедренной части модели соединялась с моделью вертлужной впадины, которая имела возможность беспрепятственного скольжения. Удерживаемая рукой экспериментатора модель вертлужной впадины могла совершать вращательные движения на головке относительно трех координатных осей.

За нулевое положение во фронтальной плоскости принято положение цилиндрического стержня тазовой части модели, параллельное плоскости опоры. За нулевое положение в сагиттальной плоскости принято положение, при котором планка, имитирующая крыло подвздошной кости, была направлена вверх. За нулевое положение в горизонтальной плоскости принято положение, при котором цилиндрический стержень тазовой части модели лежал в одной плоскости с ножкой бедренной части модели. В исходном положении наружный край модели вертлужной впадины имел угол отклонения от горизонтали 90°, и повернут назад на 10°.

Без удержания рукой соединение тазовой части модели с головкой бедренной части модели спонтанно размыкалось. Имелась только одна позиция тазовой части модели, в которой она находилась в положении устойчивого равновесия. В нем цилиндрический стержень модели тазовой кости был обращен вверх и в сторону кольцевидного основания, а отклонение наружного края модели вертлужной впадины от горизонтали составило около 25° (Рис. 1). 

Рис. 1. Устойчивое положение тазовой части трехмерной механической модели правого тазобедренного сустава человека на головке бедренной части модели (вид спереди).

 

При сухой паре трения диапазон отклонений без потери устойчивости модели вертлужной впадины от указанного значения увеличивался, а при введении в узел подвижности смазки существенно уменьшался.

Амплитуда отклонений модели вертлужной впадины ограничивалась контактом ее края и элементов крепления аналогов наружных связок с шейкой бедренной части модели. При имитации вращения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, в горизонтальной плоскости амплитуда движений составила 105°, из которой 45° приходилось на пронацию, а 60° – на супинацию. Амплитуда движений в узле подвижности модели во фронтальной плоскости составила 102°. При максимально возможном приведении отклонение наружного края модели вертлужной впадины от горизонтали достигало 92°, а при максимальном отведении -10°. Вращение в сагиттальной плоскости, имитирующее сгибание и разгибание в тазобедренном суставе, articulatio coxae, ничем не ограничивалось и было возможно до 360° в обе стороны.

Кроме вращательных движений, нами исследованы возможные поступательные движения в узле подвижности модели. Выяснено, что края модели вертлужной впадины препятствовали ее смещению относительно головки вдоль сагиттальной и вертикальной оси в обоих направлениях. Невозможно было также движение модели вертлужной впадины вдоль фронтальной оси по направлению к головке (латеральное смещение). В противоположном направлении происходило размыкание контактирующих поверхностей. Указанное движение (медиальное смещение) ничем не ограничивалось.

Нанесение на поверхности контакта узла подвижности смазки приводило к появлению эффекта прилипания. Моделирование разобщения суставных поверхностей тазобедренного сустава, articulatio coxae, вдоль фронтальной оси на начальном этапе явственно встречало препятствие в виде склеивания (адгезии) смазкой поверхностей контакта.

На наличие сил прилипания суставных поверхностей обратил внимание еще E. Rose (1861), а величину силы сцепления измерил Fr. Schmidt (1876). По его данным, она составляет около 35 г. А.И. Селицкий (1882) в диссертации «О силах, удерживающих суставные поверхности в соприкосновении» получил аналогичные результаты. Согласно Chr. Aeby (1876) сила сцепления в тазобедренном суставе составляет 38.6 г (Лесгафт П.Ф., 1968).

Величина коэффициента трения в синовиальном суставе определена экспериментально J. Charnley (1959), C.H. Barnett, A.F.Cobbold (1962) и составила по их данным примерно 0.01 (Александер Р., 1970). В своей более поздней работе J. Charnley (1961) приводит значение коэффициента трения в диапазоне 0.01-0.02, а по данным G.B. Jones (1954), коэффициент трения для тазобедренного сустава, articulatio coxae, составляет 0.02 (Гурьев В.Н., 1975). Коэффициент трения в здоровом суставе определяется в пределах 0.0008-0.04 (Гаврюшенко Н.С., 1997). Согласно В.И. Николаеву (1997) коэффициент трения «для естественных суставов» составляет 0.01-0.02.

Смотри также:

Конструкция трехмерной механической модели тазобедренного сустава

                                                                     

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, наружные связки, вертлужная губа, эксперимент, механическая модель, отводящая группа мышц, синовия 

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ