Имитация отсутствия вертлужной губы и LCF

 

Имитация отсутствия вертлужной губы и связки головки бедренной кости 

В предыдущей серии экспериментов на трехмерной механической модели правого тазобедренного сустава человека нами изучено взаимодействие аналогов наружных и внутренних связок тазобедренного сустава, articulatio coxae, при сокращении отводящей группы мышц. Использованная модель содержала: аналог связки головки бедра, аналог лобково-бедренной связки, аналог седалищно-бедренной связки, аналог круговой зоны, а также обе части аналога подвздошно-бедренной связки. 

На следующем этапе экспериментальных исследований мы поставили цель изучить взаимодействия сокращения аналога отводящей группы мышц только с аналогами наружных связок. Для этого в ранее описанной трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека аналог связки головки бедренной кости отсоединялся от бедренной части модели. В исходном положении тазовая часть располагалась во фронтальной плоскости (Рис. 1).

Рис. 1. Трехмерная механическая модели тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок без аналога вертлужной губы; аналог связки головки бедренной кости отсоединен от бедренной части, извлечен из модели вертлужной впадины (вид спереди). 

 

Затем для моделирования действия веса тела в одноопорной ортостатической позе к кронштейну грузовой планки тазовой части модели подвешивалась нагрузка массой 1 кг (Рис. 2). 

 

Рис. 2. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами наружных связок, аналогом отводящей группы мышц без аналога вертлужной губы и аналога связки головки бедренной кости; имитация расположения общего центра масс медиальнее, позади и выше центра опорного тазобедренного сустава (действует нагрузка 1 кг); вверху – вид спереди, в центре – вид с латеральной стороны, внизу – вид с медиальной стороны.

После подвешивания нагрузки тазовая часть модели спонтанно поворачивалась назад в горизонтальной и сагиттальной плоскости, а также наклонялась вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости. Натянутые аналоги наружных связок стабилизировали тазовую часть модели в трех плоскостях. Тенденции к разобщению модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не наблюдалось. Динамометр аналога отводящей группы мышц не регистрировал появление усилия. Действие веса тазовой части модели с нагрузкой шунтировался натянутыми аналогами наружных связок (Рис. 3). 

Рис. 3. Вид спереди на шарнир трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц и аналогами наружных связок без аналога вертлужной губы и аналога связки головки бедренной кости; имитация расположения общего центра масс медиальнее, позади и выше центра опорного тазобедренного сустава (действует нагрузка 1 кг).

 

На модели автоматически воспроизводилось разгибание, супинация и приведение. Величина наклона наружного торца модели вертлужной впадины в латеральную сторону составила 65° (Рис. 4). 

Рис. 4. Вид спереди на трехмерную механическую модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц и аналогами наружных связок без аналога вертлужной губы и аналога связки головки бедренной кости; имитация расположения общего центра масс медиальнее, позади и выше центра опорного тазобедренного сустава (действует нагрузка 1 кг); угол наклона модели вертлужной впадины измеряется специально изготовленным угломером.

Величина угла наклона тазовой части модели вниз в медиальную сторону увеличилась по сравнению с нагруженной той же массой модели, содержащей аналог связки головки бедренной кости. Аналоги наружных связок натянулись в большей степени. По этой причине произошел более выраженный поворот тазовой части в горизонтальной плоскости назад до угла 40° (Рис. 5).

Рис. 5. Вид сверху на трехмерную механическую модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц и аналогами наружных связок без аналога вертлужной губы и аналога связки головки бедренной кости; имитация расположения общего центра масс медиальнее, позади и выше центра опорного тазобедренного сустава (действует нагрузка 1 кг); наблюдается спонтанная супинация в шарнире модели.

  

При размещении нагрузки позади от центра шарнира отмечена тенденция к спонтанному вращению тазовой части назад в сагиттальной и горизонтальной плоскости. Означенное имитировало в шарнире выраженную супинацию и разгибание. В модели наблюдалось натяжение всех аналогов наружных связок, но в большей степени аналога лобково-бедренной связки и обеих частей аналога подвздошно-бедренной связки. Точки крепления аналога отводящей группы мышц сближались, вследствие чего динамометр не регистрировал нагрузки.

В положении покоя модель воспроизводила наружно-ротационную контрактуру в тазобедренном суставе, articulatio coxae, с тенденцией к кранио-латеральному подвывиху. Подобное взаимоотношение бедра, os femoris, и таза, pelvis, мы наблюдали в клинической практике у пациентов с длительно существующим коксартрозом третьей стадии. Супинационную контрактуру при коксартрозе мы связываем с удлинением или отсутствием связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, что было установлено при сопоставлении результатов опытов и материала диссертационного исследования (Архипов С.В., 2013). Ранее на механической модели нами найдено, что натяжение аналога связки головки бедренной кости создает усилие, поворачивающее тазовую часть вперед, что равнозначно пронации в нативном тазобедренном суставе, articulatio coxae. В обсужденных здесь опытах было продемонстрировано: в момент опоры на одну ногу при отсутствии связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, не произойдет автоматический поворот таз, pelvis, вперед. Более того натяжение внесуставных связок, ligamentum extracapsularia, создаст вращающий момент, который развернет таз, pelvis, в обратном направлении – назад.

Известно, что пациенты, страдающие коксартрозом, в вертикальной позе смещают общий центр масс тела вперед. Это проявляется наклоном таза, pelvis, вперед в сагиттальной плоскости с появлением компенсаторного гиперлордоза в поясничном отделе позвоночника. Для моделирования расположения общего центра масс тела в одноопорной ортостатической позе в одной плоскости с тазобедренным суставом, articulatio coxae, нагрузка подвешивалась к крайнему отверстию грузовой планки тазовой части модели (Рис. 6).

 

Рис. 6. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц и аналогами наружных связок без аналога вертлужной губы и аналога связки головки бедренной кости; имитация расположения общего центра масс в одной фронтальной плоскости и выше центра опорного тазобедренного сустава (действует нагрузка 1 кг); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади с медиальной стороны.

После подвешивания нагрузки тазовая часть модели спонтанно наклонилась вниз в медиальную сторону. Поворота в сагиттальной и горизонтальной плоскости не последовало. Динамометр аналога отводящей группы мышц зарегистрировал появление усилия, соизмеримого с массой подвешенной нагрузки. Положение тазовой части в сагиттальной и горизонтальной плоскости было крайне неустойчивым. Наблюдалось натяжение обеих частей аналога подвздошно-бедренной связки и аналога круговой зоны. Они и аналог отводящей группы мышц стабилизировали тазовую часть модели во фронтальной плоскости. Разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не наблюдалось. Механическая модель тазобедренного сустава человека функционировала как аналог рычага первого рода. Одну сторону от центра вращения действовала подвешенная нагрузка, а по другую – силы реакции аналогов связок и сила упругости пружины динамометра.

Таким образом, в экспериментах установлено, что таз, pelvis, в одноопорной ортостатической позе может быть стабилизирован только внесуставными связками, ligamentum extracapsularia, без напряжения отводящих мышц, натяжения связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и в отсутствии вертлужной губы, labrum acetabulare. Однако при этом в тазобедренном суставе, articulatio coxae, возникают усилия, которые могут обусловить формирование наружно-ротационной контрактуры и кранио-латерального подвывиха. Для нивелирования тенденции к гиперсупинации необходимо сместить общий центр масс тела вперед. Указанное достижимо путем наклона таза, pelvis, и корпуса тела вперед в сагиттальной плоскости. Вследствие этого в опорном тазобедренном суставе, articulatio coxae, возникает положение сгибания, натягивается меньшее число наружных связок, но напрягается отводящая группа мышц. С целью снижения нагрузки на отводящие мышцы могут быть задействованы следующие механизмы: отклонение во фронтальной плоскости таза, pelvis, тела, руки и головы в сторону опоры. Причем это относится не только к одноопорной позе, но и одноопорному периоду шага. Стереотип поддержания вертикальной позы с наклоном таза, pelvis, вперед есть предпосылка к формированию сгибательной контрактуры в тазобедренном суставе, articulatio coxae. Развитие означенных патологических явлений маловероятно при нормальной длине и областях крепления связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Основание данного вывода – результаты предыдущих опытов на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека, содержащей аналог 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   

Взаимодействие удлиненной LCF и вертлужной губы 

Имитация патологически удлиненной LCF

Взаимодействие патологически удлиненной LCF и вертлужной губы  

Имитация функции наружных связок 

Имитация взаимодействия всех связок, вертлужной губы и отводящей группы мышц 

Имитация действия веса тела при наличии всех связок и вертлужной губы 

Имитация действия веса тела при наличии всех связок, вертлужной губы и отводящей группы мышц 

Взаимодействие наружных связок, вертлужной губы и отводящей группы мышц при нормальной длине LCF   

Взаимодействие вертлужной губы, наружных связок, отводящей группы мышц с удлиненной LCF 

Взаимодействие вертлужной губы, наружных связок, отводящей группы мышц с патологически удлиненной LCF  

Имитация взаимодействия наружных связок и LCF

Имитация сокращения отводящей группы мышц при наличии связок  

                                                                     

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 конструкции, по нашему мнению, являлось недостаточная упругость аналогов связок. В описанной конструкции частично удалось стабилизировать длину аналогов связок путем модернизации способа их крепления. Однако растяжимость гибких элементов была избыточной особенно при действии нагрузок 2 и 3 кг.

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

функция, наружные связки, эксперимент, механическая модель, отводящая группа мышц

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ