Моделирование взаимодействия короткой LCF и отводящей группы мышц

 

Моделирование взаимодействия короткой LCF и отводящей группы мышц

Одной из функций связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, является ограничение приведения бедренной кости, os femur. При этом движении связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, натягивается и стопорит тазобедренный сустав, articulatio coxae, во фронтальной плоскости. Означенная функция была продемонстрирована в экспериментах на плоскостной и рычажной модели тазобедренного сустава, а также муляже тазобедренного сустава.

С целью дальнейшего изучения функции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, мы поставили серию экспериментов с ее аналогом на трехмерной механической модели тазобедренного сустава. Изначально нами смоделирована нагрузка тазобедренного сустава, articulatio coxae, в одноопорной ортостатической позе при наличии аналога связки головки бедренной кости и аналога отводящей групп мышц без аналогов внесуставных (наружных) связок и аналога вертлужной губы. При начальной сборке модели мы проводили аналог связки головки бедренной кости через отверстие в центре фасонной выточки (Рис. 1). 

Рис. 1. Тазовая часть механической модели тазобедренного сустава, через центральное отверстие в фасонной выточке пропущен аналог связки головки бедренной кости (вид с медиальной стороны).

По нашему замыслу в описываемых опытах воспроизводился вариант с коротким аналогом связки головки бедренной кости.

Отмечено, что тазовая часть модели располагалась на головке бедренной части модели в положении устойчивого равновесия. Затем к крайнему отверстию грузового кронштейна подвешивалась нагрузка массой 1 кг (Рис. 2). 

Рис. 2. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости, пропущенным через центральное отверстие в фасонной выточке (вид спереди); вверху – без нагрузки, справа – с нагрузкой весом 1 кг.

 

Несмотря на действие нагрузки, положение тазовой части модели не изменялось. В шарнире модели наблюдалось положение крайнего приведения, среднее положение между пронацией и супинацией, а в сагиттальной плоскости без разгибания или сгибания. Более того, тазовая часть модели, расположенная на сферической головке бедренной части модели, стала более устойчива во всех трех плоскостях. Тенденции к спонтанному вращательному или поступательному движению не обнаруживалось. Далее к крайнему отверстию грузового кронштейна была подвешена нагрузка массой 2 кг (Рис. 3).

Рис. 3. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости, пропущенным через центральное отверстие в фасонной выточке и действующей нагрузкой весом 2 кг; вверху – вид спереди, внизу – вид с латеральной стороны.

  

Под действием еще большей нагрузки положение тазовой части модели изменилось незначительно. В шарнире модели величина угла приведения увеличилась с сохранением среднего положения между пронацией и супинацией без разгибания или сгибания в сагиттальной плоскости. Увеличение предельного угла приведения было обусловлено растяжением аналога связки головки бедренной кости под действием повышенной нагрузки. Несмотря на это, тазовая часть модели, расположенная на сферической головке бедренной части модели, сохранила устойчивость во всех трех плоскостях. Тенденции к спонтанному вращательному или поступательному движению не отмечалось. Субъективно тазовая часть стала стабильнее, чем при подвешивании нагрузки весом 1 кг. Разобщения поверхностей пары трения шарнира модели не наблюдалось. Обращено внимание на увеличение силы прижатия модели вертлужной впадины к головке бедренной части модели. Действие нагрузки вызывало выраженный эффект автолатерализации в тазобедренном суставе, articulatio coxae. Он был связан с натяжением аналога связки головки бедренной кости и описан ранее (Архипов-Балтийский С.В., 2004; Архипов С.В., 2012). Кроме этого, замечено, что тазовая часть модели имеет заметную стабильность в горизонтальной плоскости. При повороте тазовой части модели, – воспроизведении супинации или пронации, тазовая часть модели возвращалась в исходное положение (Рис. 4). 

Рис. 4. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости, пропущенным через центральное отверстие в фасонной выточке (вид с медиальной стороны); вверху – исходное положение, внизу – в шарнире модели воспроизведена супинация.

  

При воспроизведении супинации и пронации в шарнире модели уменьшался угол приведения. Это было обусловлено реализацией ранее выявленного нами эффекта автоотведения. В связи с этим при воспроизведении супинации или пронации высота расположения нагрузки над плоскостью опоры увеличивалась. В отсутствие удержания рукой экспериментатора тазовая часть спонтанно поворачивалась и останавливалась в исходном положении, при котором угол приведения в шарнире модели был минимальным. Данное явление ранее нами названо «эффект авторотации» в тазобедренном суставе, articulatio coxae (Архипов-Балтийский С.В., 2004; Архипов С.В., 2012).  Он являлся следствием натяжения аналога связки головки бедренной кости, отклоненного от вертикального положения, и наблюдалось при воспроизведении в шарнире модели как супинации, так и пронации. В завершении указанного спонтанного движения тазовой части модели в горизонтальной плоскости она останавливалась в исходном положении, что мы назвали «эффектом автостабилизации» в тазобедренном суставе, articulatio coxae (Архипов-Балтийский С.В., 2004; Архипов С.В., 2012). Действие подвешенной к грузовому кронштейну нагрузки также обеспечивало прижатие модели вертлужной впадины к головке бедренной части модели. Разобщения контактирующих поверхностей шарнира не наблюдалось. Тазовая часть модели оставалась стабильной во всех трех плоскостях. Снятие нагрузки не изменяло положение тазовой части.

После этого имеющаяся механическая модель тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости дополнена аналогом отводящей группы мышц в соответствие с ранее описанной методикой (Рис. 5). 

Рис. 5. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогом отводящей группы мышц и аналогом связки головки бедренной кости (вид спереди).

Введение в конструкцию механической модели тазобедренного сустава элемента аналога отводящей группы мышц не отразилось на положении тазовой части модели. Динамометр аналога отводящей группы мышц не регистрировал какого-либо усилия. Стабильность тазовой части модели во фронтальной плоскости увеличилась.

При воспроизведении движений в горизонтальной плоскости – пронации и супинации крайнее отверстие планки, воспроизводящей крыло подвздошной кости, ala ossis ilii, и крайнее отверстие планки, воспроизводящей большой вертел, ligamentum ischiofemorale, бедренной кости, os femur, сближались, что никак не отражалось на показаниях динамометра. При воспроизведении движений в сагиттальной плоскости – разгибании и сгибании крайнее отверстие планки, воспроизводящей крыло подвздошной кости, ala ossis ilii, и крайнее отверстие планки, воспроизводящей большой вертел, trochanter major, бедренной кости, os femur, удалялись друг от друга. В этом случае пружина динамометра растягивалась и измерительное устройство регистрировалось усилие, дополнительно прижимающее тазовую часть модели к головке бедренной части модели.

Далее для моделирования действия веса тела к крайнему отверстию грузового кронштейна тазовой части модели подвешена нагрузка массой 1 кг (Рис. 6).

Рис. 6. Механическая модель тазобедренного сустава с аналогом отводящей группы мышц и аналогом связки головки бедренной кости с подвешенной нагрузкой массой 1 кг (вид спереди).

Невзирая на подвешенную нагрузку, положение тазовой части модели не изменилось, а динамометр аналога отводящей группы мышц не регистрировал появление силы. Подвешенной нагрузкой дополнительно натягивался аналог связки головки бедренной кости, что стопорило шарнир модели во фронтальной плоскости. Данный случай нагрузки тазобедренного сустава, articulatio coxae, нами ранее изучен в теории, на плоскостной и рычажной модели тазобедренного сустава.

Вышеописанные опыты показали, что связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, может стопорить тазобедренный сустав, articulatio coxae, во фронтальной плоскости при приведении бедренной кости, os femur, а также при наклоне таза, pelvis, вниз в медиальную сторону. При этом отводящая группа мышц оказывается разгруженной и не участвует в поддержании тела. Эксперименты на плоскостной модели продемонстрировали, что в тазобедренном суставе, articulatio coxae, застопоренном натянутой связкой головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, преимущественно прижимаются нижние сектора суставных поверхностей головки бедренной кости, caput femoris, и вертлужной впадины, acetabulum.

Смотри также:

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

                                                                     

Критика

Описанная конструкция модели имитировала нативный тазобедренный сустав и содержала аналог ligamentum capitis femoris (LCF) и отводящей группы мышц. 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 приблизительно на одном уровне с центром шарнира, что не соответствует реальному положению общего центра масс тела. Недочетом описанной конструкции являлся недостаточно упругий аналог LCF, который аномально удлинялся при действии повышенной нагрузки (2 кг).

Примечания

Впервые эксперименты на механической модели тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости нами описаны в книге «Рассуждение о морфомеханике» в разделах: 4.6.12 Трехмерная модель,  5.4.7 Моделирование одноопорного ортостатического положения. 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. 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. 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, роль, функция, эксперимент, механическая модель, отводящая группа мышц 

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ