Имитация удлиненной LCF

  

Имитация удлиненной связки головки бедренной кости 

С целью дальнейшего уточнения функции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, в данной серии экспериментов мы удлинили часть аналога связки головки бедренной кости, которая располагалась внутри шарнира. Для этого аналог связки головки бедренной кости одним концом соединялся с моделью вертлужной впадины, будучи пропущенным через отверстие в канавке фасонной выточке, располагавшееся на расстоянии 25 мм от наружного края (Рис. 1).

Рис. 1. Тазовая часть трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека, через отверстие в канавке фасонной выточки, лежащее на расстоянии 25 мм от наружного края, пропущен аналог связки головки бедренной кости; вверху – вид снизу с медиальной стороны, внизу – вид с латеральной стороны.

 

В настоящем варианте сборки смоделировано крепление проксимального конца связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, в вырезке вертлужной впадины, incisura acetabuli.

Дистальный конец аналога связки головки бедренной кости соединялся с бедренной частью модели после размещения на ее головке тазовой части модели. Методика соединения не отличалась от описанной выше. Длина аналога связки головки бедренной кости выбиралась таким образом, чтобы при полном соприкосновении трущихся поверхностей и максимальном наклоне тазовой части вниз (воспроизведение приведения) он не ущемлялся. После определения должной длины аналог связки головки бедренной кости винтами прикреплялся к ножке бедренной части модели.

Движения в шарнире модели можно было воспроизводить только при удержании тазовой части модели рукой экспериментатора. Ограничителем приведения являлся натянутый аналог связки головки бедренной кости. Его натяжение определялось при воздействии рукой сверху на грузовую планку тазовой части модели. Отведение в шарнире модели ограничивалось контактом наружного края модели вертлужной впадины и шейки бедренной части модели. В исходном положении тазовая часть модели на головке бедренной части модели была крайне неустойчива (Рис. 2).

Рис. 2. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека в исходном положении, аналог связки головки бедренной кости, пропущен через отверстие в канавке фасонной выточки; вверху – вид спереди, внизу – вид с медиальной стороны.

  

При малейшем отклонении тазовая часть модели спонтанно поворачивалась в сагиттальной плоскости и опрокидывалась, зависая на натянутом аналоге связки головки бедренной кости (Рис. 3).

Рис. 3. Падение тазовой части трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с зависанием ее на удлиненном аналоге связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки модели вертлужной впадины.

 

При падении тазовой части разобщался контакт модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели. При воспроизведении движений в горизонтальной плоскости – пронации и супинации их амплитуда не увеличилась по сравнению с нормальной длиной аналога связки головки бедра. В крайних положениях в горизонтальной плоскости рукой ощущалось соприкосновение аналога связки головки бедренной кости внутри шарнира с краями фасонной выточки. Движения в сагиттальной плоскости не ограничивались аналогом связки головки бедренной кости. Вместе с тем значимо увеличился продольный люфт в шарнире модели (Рис. 4).

Рис. 4. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке модели вертлужной впадины; воспроизведено поступательное движение в шарнире модели.

 

Поступательное смещение тазовой части модели в медиальную сторону приводило к полному разобщению модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели. При этом в шарнире модели воспроизводился практически полный вывих бедренной кости, os femur, строго говоря –запирательный подвывих (Рис. 5). 

Рис. 5. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке модели вертлужной впадины; воспроизведен запирательный подвывих в тазобедренном суставе, articulatio coxae.

При медиальном смещении тазовой части модели был хорошо заметен удлиненный аналог связки головки бедренной кости. Эффект автолатерализации оказался слабо выражен. При имитации приведения модель вертлужной впадины с незначительным усилием прижималась к головке бедренной части. Сохранялся эффект автоотведения и присутствовал эффект стопорения шарнира модели во фронтальной плоскости при воспроизведении приведения.

Для дальнейшего изучения эффектов, связанных с удлинением связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, мы смоделировали условия нагрузки тазобедренного сустава, articulatio coxae, в одноопорной ортостатической позе. Модель содержала аналог связки головки бедренной кости, закрепленный в отверстии канавки фасонной выточки и нагрузку. Аналог отводящей групп мышц, аналоги наружных связок и аналога вертлужной губы отсутствовали.

Исходно тазовая часть модели располагалась на головке бедренной части модели в положении с относительной устойчивостью (Рис. 2). Затем к крайнему отверстию грузовой планки подвешивалась нагрузка 1 кг (Рис. 6). 

Рис. 6. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид спереди), подвешена нагрузка весом 1 кг.

После подвешивания нагрузки в шарнире модели наблюдалось положение крайнего приведения, среднее положение между пронацией и супинацией, без разгибания или сгибания в сагиттальной плоскости. Шарнир модели стопорился во фронтальной плоскости натянутым аналогом связки головки бедренной кости. Тазовая часть модели поступательно смещалась в медиальном направлении примерно на 5-8 мм, а после возникшего движения сохраняла устойчивость во всех трех плоскостях. В описанной позиции общий центр масс модели занимал самое низкое из возможных положений. Наблюдалась тенденция к спонтанному вращению в сагиттальной плоскости. Трущиеся поверхности шарнира вверху разобщались, а соприкасались лишь внизу (Рис. 7).

Рис. 7. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид с латеральной стороны), подвешена нагрузка весом 1 кг; вверху – общий вид модели, внизу – укрупненный вид на шарнир, где в верхнем секторе наблюдается разобщение поверхностей пары трения.

 

Нижние сектора трущихся поверхностей шарнира прижимались друг к другу на ограниченном участке. Эффект автолатерализации не наблюдался.

Далее к крайнему отверстию грузовой планки подвешивалась нагрузка 2 кг (Рис. 8).

Рис. 8. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид спереди), подвешена нагрузка весом 2 кг.

 

В шарнире модели сохранялось положение крайнего приведения, среднее положение между пронацией и супинацией, без разгибания или сгибания в сагиттальной плоскости. Шарнир модели спонтанно стопорился во фронтальной плоскости натянутым аналогом связки головки бедренной кости. Тазовая часть модели дополнительно поступательно смещалась в медиальном направлении. Трущиеся поверхности шарнира в верхнем секторе разобщались в большей степени и соприкасались только внизу (Рис. 9).

Рис. 9. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид с латеральной стороны), подвешена нагрузка весом 2 кг; вверху – общий вид модели, внизу – укрупненный вид на шарнир, где в верхнем секторе наблюдается разобщение поверхностей пары трения.

В положении равновесия общий центр масс модели занимал самую низкую из возможных позиций. Отмечена выраженная неустойчивость тазовой части модели с тенденцией к ее спонтанному вращению в сагиттальной плоскости и падению (Рис. 10).

Рис. 10. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид спереди), в результате подвешивания нагрузки весом 2 кг, увеличилась неустойчивость тазовой части модели, что обусловило ее падение с разобщением поверхностей пары трения.

 

Тазовая часть модели имела незначительную стабильность в горизонтальной плоскости. При повороте тазовой части модели в горизонтальной плоскости – воспроизведении супинации или пронации тазовая часть модели падала с разобщением поверхностей пары трения, зависая на аналоге связки головки бедренной кости. Эффект авторотации и эффект автоотведения не наблюдался по причине неустойчивости тазовой части модели на головке бедренной части модели. Эффект автостабилизации был слабо выражен. Вместо эффекта автолатерализации тазовая часть под действием подвешенной нагрузки, наоборот, смещалась вниз в медиальном направлении. При этом снятие нагрузки увеличивало стабильность тазовой части.

После означенного мы уточнили взаимодействие удлиненного аналога связки головки бедренной кости с аналогом отводящей группы мышц. Нагрузка, ранее подвешенная к грузовой планке, демонтировалась. Тазовой части модели придавалось положение, при котором планка, воспроизводящая крыло подвздошной кости, ala ossis ilii, была обращена вверх. Без постороннего вмешательства тазовая часть модели стремилась опрокинуться, повернувшись в сагиттальной плоскости вперед или назад. Без подвешенной нагрузки смещения тазовой части модели в медиальном направлении не наблюдалось. Затем крайнее отверстие планки, воспроизводящей крыло подвздошной кости, ala ossis ilii, соединялось аналогом отводящей группы мышц с верхним отверстием планки, имитирующей большой вертел, trochanter major, бедренной кости, os femur, а к грузовой планке последовательно подвешивалась нагрузка 1 и 2 кг к грузовой планке (Рис. 11). 

Рис. 11. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц и аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид спереди); вверху – подвешена нагрузка 1 кг, внизу – подвешена нагрузка 2 кг.

 

Без подвешенной нагрузки динамометр аналога отводящей группы мышц не регистрировал какого-либо усилия. После подвешивания гирь разной массы положение тазовой части модели практически не изменялось. Однако динамометр аналога отводящей группы мышц регистрировал появление усилия. Оно было тем выше, чем больше была масса нагрузки. Натянутый аналог связки головки бедренной кости частично шунтировал действие нагрузки, подвешенной к тазовой части модели. При этом дополнительный вес до предела натягивал аналог связки головки бедренной кости, что стопорило шарнир модели во фронтальной плоскости. Аналог отводящей группы мышц, прежде всего препятствовал поступательному смещению тазовой части модели в медиальную сторону. Растянутая пружина динамометра прижимала модель вертлужной впадины к модели головки бедренной части. Зазор между трущимися поверхностями в верхнем секторе шарнира не наблюдался. Подмечено, что аналог отводящей группы мышц увеличивал стабильность тазовой части модели во фронтальной плоскости. В горизонтальной и сагиттальной плоскости тазовая часть модели оставалась нестабильной с тенденцией к ее спонтанному вращению и падению (Рис. 12).

Рис. 12. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц и с удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид спереди); в результате подвешивания нагрузки весом 2 кг увеличилась неустойчивость тазовой части модели, что привело к ее падение с разобщением поверхностей пары трения.

 

Эффект авторотации, автостабилизации, автолатерализации и автоотведения были чрезвычайно слабо выражены. Эффект автолатерализации становился отрицательным при действии подвешенной нагрузки без аналога отводящей группы мышц. При его наличии тазовая часть активно смещалась в латеральном направлении при попытке разобщения поверхностей пары трения. Снятие нагрузки увеличивало стабильность тазовой части, тогда как при нормальной длине аналога связки головки бедра ее устойчивость уменьшалась. Эксперимент показал, что удлинение связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, может отчасти компенсироваться отводящей группой мышц.

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

                                                                     

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