Имитация взаимодействия вертлужной губы и LCF

Имитация взаимодействия вертлужной губы и связки головки бедренной кости 

В экспериментах на первой версии механической модели тазобедренного сустава мы показали, что важным элементом нормального тазобедренного сустава, articulatio coxae, является вертлужная губа, articulatio coxae. По данным литературы, вертлужная губа, labrum acetabulare, у человека увеличивает глубину вертлужной впадины, acetabulum, укрепляет ее край, а также герметизирует тазобедренный сустав, articulatio coxae (Воробьев В.П., 1938; Кованов В.В., Травин А.А., 1963; Синельников Р.Д., 1972; Соков Л.П., Романов М.Ф., 1991; Корнилов Н.В. и соавт., 1997; Буачидзе О.Ш., 1993; Неверов В.А., Шильников В.А., 1994). М. Доэрти, Д. Доэрти (1993) указывали, что вертлужная губа, labrum acetabulare, за счет сужения входа в вертлужную впадину, acetabulum, стабилизирует головку бедренной кости, capitis femoris. Исчерпывающее объяснение данному мнению находим у В.П. Воробьева (1932): вертлужная губа, labrum acetabulare, «...плотно и упруго облегает головку и начало шейки бедра...», охватывая головку бедренной кости, capitis femoris, наподобие вентиля, тем самым к ней «присасывается». С точки зрения S. Garbe (1998) вертлужная губа, labrum acetabulare, уплотняет тазобедренный сустав, articulatio coxae, увеличивает площадь суставной поверхности и способствует адаптации головки бедренной кости, capitis femoris.

С целью уточнения функции вертлужной губы, labrum acetabulare, мы изготовили аналог из полиэтиленовой пластинки. Подробное описание аналога вертлужной губы и его размеры описаны ранее. Аналог вертлужной губы прикреплялся к торцу модели вертлужной впадины винтами М3 и уголками, предназначенными для фиксации аналогов наружных связок (Рис. 1).

Рис. 1. Соединение модели вертлужной впадины с аналогом вертлужной губы; виден аналог связки головки бедренной кости, закрепленный в центральном отверстии фасонной выточки.

  

Изначально бедренная часть модели демонтировалась, после чего на стержень ножки одевался аналог вертлужной губы. Затем с головкой бедренной части соединялась модель вертлужной впадины, натягивался и закреплялся аналог связки головки бедренной кости. На завершающем этапе сборки аналог вертлужной губы прикреплялся к торцу модели вертлужной впадины (Рис. 2).

Рис. 2. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости и аналогом вертлужной губы; вверху – вид модели спереди, в центре – вид модели с латеральной стороны, внизу – вид модели с медиальной стороны.

После сборки модели тазовая часть имела возможность вращения относительно головки в трех плоскостях. Требовалось некоторое усилие, создаваемое трением аналога вертлужной губы о головку и прижатия последней к модели вертлужной впадины. Амплитуда вращательных движений в горизонтальной плоскости практически не изменилась. Она была ограничена натяжением аналога связки головки бедренной кости в крайних положениях пронации и супинации (Рис. 3).

 

Рис. 3. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости и аналогом вертлужной губы (вид с медиальной стороны); вверху – воспроизведена супинация, в центре – модель в исходном положении, внизу – воспроизведена пронация.

При движениях тазовой части модели с аналогом вертлужной губы и аналогом связки головки бедренной кости в горизонтальной плоскости наблюдался эффект автоотведения. Амплитуда вращательных движений во фронтальной плоскости при введении в конструкцию аналога вертлужной губы также практически не изменилась. Приведение ограничивалось натяжением аналога связки головки бедренной кости, а отведение – контактом аналога вертлужной губы и шейки бедренной части модели (Рис. 4).

 

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

 

Без постороннего вмешательства модель вертлужной впадины удерживалась на головке практически в любом положении. Движения в шарнире модели в сагиттальной плоскости аналог вертлужной губы не ограничивал. Они свободно совершались с амплитудой 180° в обе стороны (Рис. 5).

Рис. 5. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом вертлужной губы и аналогом связки головки бедренной кости (вид с медиальной стороны); воспроизведено положение максимального сгибания.

Величина поступательного смещения модели вертлужной впадины вдоль горизонтальной оси ограничивалась длиной аналога связки головки бедренной кости. При этом эластичность аналога вертлужной губы препятствовала разобщению поверхностей пары трения на начальном этапе воспроизведения поступательного движения (Рис. 6).

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

 

Снять модель вертлужной впадины с головки бедренной части не представлялось возможным без повреждения аналога связки головки бедренной кости. Максимальная амплитуда поступательного движения в медиальном направлении воспроизводилась при одновременном отведении в ее шарнире и краниальном смещении тазовой части модели. При этом аналог вертлужной губы оказывался упругим запорным кольцом шарового шарнира нашей трехмерной механической модели тазобедренного сустава.

Затем в рамках обсуждаемой серии экспериментов на головку бедренной части наносилось масло смазочное бытовое. Отмечено снижение трения при вращательных движениях в шарнире модели. Смазочное масло заполняло щелевидный зазор между головкой и полиэтиленовым кольцом - аналогом вертлужной губы. Означенное герметизировало снаружи внутреннюю полость тазовой части модели. Это несколько увеличило усилие, необходимое для реализации продольного поступательного смещения вдоль горизонтальной оси. Люфт сопровождался эффектом присасывания воздуха во внутреннюю полость модели вертлужной впадины через отверстия в выточке модели вертлужной впадины. При их закрытии существенно возрастала прочность соединения подвижных частей модели. Заметная роль в этом принадлежала и смазке на поверхностях пары трения.

Обсужденными экспериментальными исследованиями установлено, что вертлужная губа, labrum acetabulare, тазобедренного сустава, articulatio coxae, принимает участие в соединении головки бедренной кости, capitis femoris, и вертлужной впадины, acetabulum. Она упруго прижимает головку бедренной кости, capitis femoris, к вертлужной впадине, acetabulum, участвует в ограничении поступательных движений в тазобедренном суставе, articulatio coxae, ограничивает отведение в тазобедренном суставе, articulatio coxae, отделяет ацетабулярную часть сустава от шеечной и герметизирует ацетабулярную часть сустава. Наличие синовии в суставе увеличивает значение вертлужной губы, labrum acetabulare, в удержании головки бедренной кости, capitis femoris, в вертлужной впадине, acetabulum, а также уменьшает истирание вертлужной губы, labrum acetabulare. Теоретически продольные поступательные движения головки бедренной кости, capitis femoris, вдоль горизонтальной оси способны обеспечить циркуляцию синовиальной жидкости, а именно ее поступление в ацетабулярную часть сустава через вертлужный канал, canalis acetabularis, или зазор между головкой бедренной кости, capitis femoris, и вертлужной губой, labrum acetabulare.

Мнение о влиянии синовии на прочность соединения суставных поверхностей, их прилипание друг к другу высказывал W. Roser в 1865 году. Позднее Chr. Aeby (1876) показал, что сила сцепления посредством синовии имеет значение, но невелика. В тазобедренном суставе, articulatio coxae, она способна удержать только 38.6 г веса бедренной кости, os femur (Лесгафт П.Ф., 1968).

С целью уточнения роли вертлужной губы, labrum acetabulare, для поддержания таза, pelvis, в положении устойчивого равновесия при действии нагрузки весом тела, имеющаяся трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом вертлужной губы и аналогом связки головки бедренной кости дополнена аналогом отводящей группы мышц (Рис. 7).

Рис. 7. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом вертлужной губы и аналогом связки головки бедренной кости дополнена аналогом отводящей группы мышц (вид спереди).

 

Введение в конструкцию трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека аналога отводящей группы мышц, никак не отразилось на положении тазовой части модели. Затем для имитации действия веса тела к крайнему отверстию грузовой планки тазовой части модели последовательно подвешивалась нагрузка массой 1 и 2 кг (Рис. 8).

Рис. 8. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц, аналогом вертлужной губы и аналогом связки головки бедренной кости (вид спереди); вверху – подвешена нагрузка 1 кг, внизу – подвешена нагрузка 2 кг.

  

Несмотря на подвешенную нагрузку разной массы, положение тазовой части модели не менялось, а динамометр аналога отводящей группы мышц не регистрировал появления усилия. Натянутый аналог связки головки бедренной кости шунтировал действие нагрузки, подвешенной к тазовой части модели. Влияния аналога вертлужной губы на положение тазовой части модели и показания динамометра мы не отметили.

При подвешивании нагрузки к грузовой планке тенденции к опрокидыванию тазовой части модели не наблюдалось, даже когда отсоединялся аналог отводящей группы мышц. В случае подвешивания нагрузки к кронштейну грузовой планки, который находился кзади от центра шарнира, тазовая часть модели под действием веса нагрузки спонтанно поворачивалась назад, что воспроизводило разгибание в шарнире модели (Рис. 9).

Рис. 9. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом вертлужной губы и аналогом связки головки бедренной кости (подвешена нагрузка 1 кг); вверху – вид с медиальной стороны, внизу – вид спереди.

  

Эксперимент продемонстрировал, что нагрузка позади шарнира выводит из положения равновесия тазовую часть модели. Расположение общего центра масс кзади от центра шарнира и воспроизводило 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 в сагиттальной плоскости с разгибанием в тазобедренном суставе, articulatio coxae. При этом вертлужная губа, labrum acetabulare, не является ограничителем сгибания, разгибания, пронации, супинации и приведения.

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

                                                                     

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