Взаимодействие удлиненной LCF и вертлужной губы

Взаимодействие удлиненной связки головки бедренной кости и вертлужной губы

На данном этапе экспериментальных исследований уточнялось взаимодействие вертлужной губы, labrum acetabulare, с удлиненной связкой головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Методика удлинения аналога связки головки бедренной кости нами описана в предыдущей серии опытов на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека. Аналог вертлужной губы прикреплялся к торцу модели вертлужной впадины винтами и уголками, предназначенными для фиксации аналогов наружных связок (Рис. 1).  

Рис. 1. Соединение модели вертлужной впадины с аналогом вертлужной губы, также показано проксимальное крепление удлиненного аналога связки головки бедренной кости (см. канавку фасонной выточки). 

Изначально на стержень бедренной части модели одевался аналог вертлужной губы. Затем с головкой бедренной части модели соединялась модель вертлужной впадины, натягивался и закреплялся аналог связки головки бедренной кости. После этого аналог вертлужной губы присоединялся к торцу модели вертлужной впадины винтами и уголками (Рис. 2). 

Рис. 2. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом вертлужной губы и удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид модели спереди). 

 

Модель вертлужной впадины удерживалась на головке бедренной части модели без постороннего вмешательства практически в любом положении. Тазовая часть модели имела возможность вращения относительно головки во всех трех плоскостях. Требовалось некоторое усилие вследствие трения аналога вертлужной губы о головку модели бедренной части и прижатия последней к модели вертлужной впадины. Амплитуда вращательных движений в горизонтальной плоскости была ограничена натяжением аналога связки головки бедренной кости в крайних положениях пронации и супинации (Рис. 3).

 

Рис. 3. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава с удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки, и аналогом вертлужной губы; вверху – модель в исходном положении, в центре – воспроизведена супинация с автоматическим отведением при виде модели с медиальной стороны, внизу – вид модели спереди при супинации с автоматическим отведением.

При движениях тазовой части модели с аналогом вертлужной губы и удлиненным аналогом связки головки бедренной кости в горизонтальной плоскости воспроизводился эффект автоотведения. Амплитуда вращательных движений во фронтальной плоскости при введении в конструкцию аналога вертлужной губы увеличилась. Приведение ограничивало натяжение аналога связки головки бедренной кости, а отведение – контакт аналога вертлужной губы и шейки бедренной части модели (Рис. 4).

Рис. 4. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом вертлужной губы и удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид спереди); вверху – воспроизведено положение отведения, внизу – имитация приведения.

 

Движения в шарнире модели в сагиттальной плоскости аналог вертлужной губы не ограничивал. Тазовая часть модели могла свободно поворачиваться вперед и назад с амплитудой 180° и более (Рис. 5).

Рис. 5. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом вертлужной губы и удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид с медиальной стороны); воспроизведено положение сгибания.

 

При вращательных движениях в сагиттальной плоскости автоматически изменялось положение тазовой части во фронтальной плоскости. Величина максимально возможного угла приведения увеличивалась при сгибании и разгибании.

Амплитуда поступательного смещения модели вертлужной впадины вдоль горизонтальной оси ограничивал аналог связки головки бедренной кости (Рис. 6).

Рис. 6. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом вертлужной губы и с удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид спереди); воспроизведено отведение и поступательное смещение в шарнире модели.

 

Длина аналога связки головки бедренной кости позволяла полностью снять модель вертлужной впадины с головки бедренной части модели. Максимальное поступательное смещение тазовой части модели в медиальном направлении воспроизводилось при одновременном отведении и краниальном смещении. Аналог вертлужной губы явился упругим запорным кольцом шарового шарнира трехмерной механической модели тазобедренного сустава, но только на начальном этапе препятствовал поступательному смещению тазовой части.

Затем для имитации действия веса тела к крайнему отверстию грузовой планки тазовой части модели последовательно подвешивалась нагрузка массой 1 и 2 кг. Нагрузка приводила к разобщению пары трения шарнира модели. При этом тазовая часть модели смещалась с головки бедренной части модели в медиальном направлении. При подвешивании нагрузки к кронштейну грузовой планки в шарнире модели возникало спонтанное разгибание, а поступательного смещения в медиальном направлении не отмечалось (Рис. 7).

Рис. 7. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом вертлужной губы и удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид спереди), подвешена нагрузка 1 кг к кронштейну грузовой планки.

 

Отмечено, что при спонтанном разгибании до угла 90° натянутый аналог связки головки бедренной кости шунтировал действие нагрузки, подвешенной к тазовой части модели, которая принимала положение устойчивого равновесия. В данном случае аналог вертлужной губы препятствовал смещению тазовой части модели в медиальном направлении и разобщению поверхностей пары трения. Его упругость противодействовала усилию, разобщающему шарнир, величина которого была меньше, чем при подвешивании гири к грузовой планке. В свою очередь, тенденцию к разобщению пары трения определял удлиненный аналог связки головки бедренной кости.

Опыты продемонстрировали, что нагрузка не в плоскости центра шарнира выводит из положения равновесия тазовую часть модели. При этом расположение общего центра масс кзади от тазобедренного сустава, articulatio coxae, вызывает в нем спонтанное разгибание. Соответственно, можно ожидать, что расположение общего центра масс тела кзади от опорного тазобедренного сустава, articulatio coxae, будет обуславливать тенденцию к отклонению таза, pelvis, назад с разгибанием в тазобедренном суставе, articulatio coxae, но меньшим усилием, вызывающим поступательное смещение вдоль горизонтальной оси.

Далее трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом вертлужной губы и удлиненным аналогом связки головки бедренной кости дополнена аналогом отводящей группы мышц (Рис. 8).

Рис. 8. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц, аналогом вертлужной губы и удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид спереди).

  

Введение в конструкцию аналога отводящей группы мышц не влияло на положение тазовой части модели. Силы упругости аналога вертлужной губы было достаточно для стабилизации тазовой части модели. Спонтанного разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не происходило.

При наличии аналога отводящей группы мышц для имитации действия веса тела к крайнему отверстию грузовой планки тазовой части модели последовательно подвешивалась нагрузка массой 1 и 2 кг (Рис. 9).

Рис. 9. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц, аналогом вертлужной губы и удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки (вид спереди); вверху – подвешена нагрузка 1 кг, внизу – подвешена нагрузка 2 кг.

  

При подвешивании нагрузки разной массы положение тазовой части модели практически не изменялось. Однако динамометр аналога отводящей группы мышц регистрировал появление усилия. Оно возрастало при большей массе нагрузки, прикрепленной к грузовой планке. Натянутый аналог связки головки бедренной кости частично шунтировал действие веса гири. Подвешенная нагрузка натягивала аналог связки головки бедренной кости, что стопорило шарнир модели во фронтальной плоскости. При этом аналог вертлужной губы и аналог отводящей группы мышц нейтрализовал поступательное смещение тазовой части модели вниз и в медиальную сторону. Напряженная пружина динамометра дополнительно прижимала модель вертлужной впадины к модели головки бедренной кости. Разобщения трущихся поверхностей шарнира не наблюдалось. Таким образом, аналог отводящей группы мышц и аналог вертлужной губы увеличивал стабильность тазовой части модели во фронтальной плоскости.

Затем мы укоротили элементы крепления аналога отводящей группы мышц, что имитировало увеличение напряжения означенных мышц. В результате в шарнире модели воспроизводилось отведения (Рис. 10). 

Рис. 10. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц, аналогом вертлужной губы и удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным в канавке фасонной выточки; вверху – вид спереди, внизу – вид с медиальной стороны.

  

Наружный край модели вертлужной впадины принимал более горизонтальное положение. Динамометр аналога отводящей группы мышц не регистрировал какой-либо нагрузки.

После этого с целью имитации действия веса тела к крайнему отверстию грузовой планки тазовой части модели подвешивалась нагрузка (Рис. 11).

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

Натянутый аналог связки головки бедренной кости частично шунтировал действие нагрузки, подвешенной к тазовой части модели. Подвешенная нагрузка натягивала аналог связки головки бедренной кости, что стопорило шарнир модели во фронтальной плоскости, а аналог отводящей группы мышц нейтрализовал поступательное смещение тазовой части модели вниз и в медиальную сторону. Растянутая пружина динамометра и аналог вертлужной губы прижимал модель вертлужной впадины к головке бедренной части модели, вследствие чего разобщения трущихся поверхностей шарнира не наблюдалось. Динамометр аналога отводящей группы мышц регистрировал появление усилия. Оно оказалось меньше, чем в случае, когда приведение в шарнире модели было больше (см. рис. 9). Увеличение отведения в шарнире модели закономерно уменьшало плечо веса нагрузки. Соответственно, для удержания тазовой части модели в положении устойчивого равновесия требовалось меньшее усилие аналога отводящей группы мышц. Заключительный опыт продемонстрировал, что увеличение отведения в шарнире приводило к уменьшению плеча веса действующей нагрузки. В свою очередь, это снижало усилие аналога отводящей группы мышц, необходимое для стабилизации системы при удлинении аналога связки головки бедренной кости.

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 

                                                                     

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

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ