Имитация патологически удлиненной LCF

Имитация патологически удлиненной связки головки бедренной кости 

С целью моделирования максимального удлинения связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, ее аналог проксимальным концом соединялся с моделью вертлужной впадины, будучи пропущенным через отверстие в канавке фасонной выточки, располагавшимся на расстоянии 8 мм от наружного края (Рис. 1). 

  

Рис. 1. Тазовая часть трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека через отверстие в канавке фасонной выточки, находящемся на расстоянии 8 мм от наружного края, пропущен аналог связки головки бедренной кости; вверху – вид снизу с медиальной стороны, внизу – вид с латеральной стороны.

В данном случае нами смоделировано крепление проксимального конца связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, на периферии вертлужной впадины, acetabulum.

Дистальный конец аналога связки головки бедренной кости соединялся с бедренной частью модели после размещения на ее головке тазовой части. Методика присоединения указанного гибкого элемента не отличалась от описанной ранее. Длина аналога связки головки бедренной кости, находившегося внутри модели, выбиралась таким образом, чтобы при полном соприкосновении трущихся поверхностей и максимальном наклоне тазовой части вниз (воспроизведение приведения) гибкий элемент не ущемлялся. После определения должной максимальной длины аналог связки головки бедренной кости натягивался и винтами прикреплялся к стержню бедренной части модели.

При максимально удлиненном аналоге связки головки бедренной кости движения в шарнире можно было воспроизводить, только удерживая тазовую часть модели рукой. Ограничителем приведения в шарнире модели являлся аналог связки головки бедренной кости. Его натяжение явственно определялось при воздействии рукой сверху на грузовую планку тазовой части модели (Рис. 2). 

Рис. 2. Тазовая часть трехмерной механической модели тазобедренного сустава с максимально удлиненным аналогом связки головки бедренной кости.

В крайнем положении приведения давление на кронштейн сверху вызывало опрокидывание вниз в медиальную сторону тазовой части модели. Отведение в шарнире модели, ограничивалось контактом наружного края модели вертлужной впадины и шейки бедренной части модели.

Тазовая часть модели на головке бедренной части модели была крайне неустойчива. Без удержания рукой она падала вниз, зависая на натянутом аналоге связки головки бедренной кости (Рис. 3).

Рис. 3. Падение тазовой части трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека и зависание ее на максимально удлиненном аналоге связки головки бедренной кости.

В результате падения тазовой части разобщался контакт модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели.

Амплитуда движений в горизонтальной плоскости – пронации и супинации не изменилась в сравнении с первыми опытами на модели с удлиненным аналогом связки головки бедренной кости. При достижении крайнего положения пронации и супинации явственно определялся контакт аналога связки головки бедренной кости с краями фасонной выточки модели вертлужной впадины.

Движения в сагиттальной плоскости аналогом связки головки бедренной кости не ограничивались.

Существенно увеличился продольный люфт в шарнире модели. Смещение тазовой части модели в медиальную сторону приводило к полному разобщению модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели. В шарнире модели воспроизводился полный вывих бедренной кости, os femur, в тазобедренном суставе, articulatio coxae (Рис. 4). 

Рис. 4. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с максимально удлиненным аналогом связки головки бедренной кости; воспроизведен вывих в тазобедренном суставе, articulatio coxae.

При медиальном смещении тазовой части модели был хорошо заметен максимально удлиненный аналог связки головки бедренной кости. Эффект автолатерализации не наблюдался. Имитация приведения в шарнире модели не вызывала прижатия модели вертлужной впадины, прижималась к головке бедренной части модели. Эффект автоотведения в шарнире модели не воспроизводился. Даже намеренное прижатие модели вертлужной впадины к головке бедренной части с имитацией приведения не позволяло наблюдать эффект стопорения шарнира модели во фронтальной плоскости.

Описанные опыты продемонстрировали, что максимальное удлинение связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, со смещением ее проксимальной области крепления к краю вертлужной впадины, acetabulum, нейтрализует все эффекты функционирования означенной связки. Подмечено, что удлиненный аналог связки головки бедренной кости при движениях зачастую попадал между трущимися поверхностями шарнира модели. Возможно, именно это наблюдается при симптомах «блокады» тазобедренного сустава, articulatio coxae, которую отмечают некоторые пациенты. В наших экспериментах удлиненный аналог связки головки бедренной кости иногда даже заклинивал шарнир модели (Рис. 5).

Рис. 5. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с максимально удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, который заклинил шарнир модели.

  

Несмотря на изменение локализации области крепления, аналог связки головки бедренной кости всегда ограничивал наклон тазовой части модели вниз (имитация приведения). В крайнем положении явно ощущалось натяжение аналога связки головки бедренной кости, который являлся причиной ограничивающей движение в этом направлении, но не стопорения. После достижения максимального приведения модель тазовой части смещалась в медиальном направлении и вниз. При имитации отведения в ряде случаев наблюдалось соприкосновение дистального конца удлиненного аналога связки головки бедренной кости с нижним краем фасонной выточки, что явственно ощущалось рукой экспериментатора. В тех случаях, когда дистальная область крепления аналога связки головки бедренной кости попадала в канавку фасонной выточки, амплитуда отведения увеличивался. В этом случае отведение ограничивалось моментом соприкосновения верхнего края модели вертлужной впадины с верхней поверхностью шейки бедренной части модели.

Движения в сагиттальной плоскости были не ограничены. Вертлужная часть модели свободно вращалась как вперед (сгибание), так и назад (разгибание). Угол поворота в каждом из направлений достигал 180° и более, что значительно больше нормальной амплитуды движений в тазобедренном суставе, articulatio coxae, человека в данной плоскости (Архипов-Балтийский С.В., 2004).

В горизонтальной плоскости вращение вертлужной части модели ограничивалось размерами фасонной выточки и длиной аналога связки головки бедренной кости. Контакт ее края с дистальным концом аналога связки головки бедренной кости четко ощущался, препятствуя дальнейшему движению. Отмечено, что величина угла отведения и приведения зависела от угла поворота в горизонтальной плоскости. Он оказался максимален в средней позиции тазовой части во фронтальной плоскости и при имитации супинации и пронации.

Поступательные движения в шарнире модели были возможны только вдоль горизонтальной оси. Их амплитуда была больше, чем при предыдущем закреплении аналога связки головки бедренной кости в фасонной выточке. Отмечено, что величина продольного смещения в шарнире модели увеличивалась при отведении. При фиксации аналога связки головки бедренной кости к периферическому отверстию в фасонной выточке головка полностью извлекалась из вертлужной части. В данном случае воспроизводился запирательный вывих в тазобедренном суставе, articulatio coxae. Подобия прочих видов вывихов: седалищного, подвздошного и лобкового достичь не удавалось ввиду недостаточной длины аналога связки головки бедренной кости.

При максимальном удлинении аналога связки головки бедренной кости тазовая часть модели оказывалась нестабильна на головке модели. Ее требовалось удерживать на головке бедренной части модели. Эффекты стопорения шарнира во фронтальной плоскости, авторотации, автоотведения, автостабилизации и автолатерализаци не наблюдались.

Затем мы смоделировали взаимодействие отводящей группы мышц тазобедренного сустава и максимально удлиненной связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris (Рис. 6).

Рис. 6. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц и максимально удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным у края канавки фасонной выточки (вид спереди).

  

С указанной целью крайнее отверстие планки, воспроизводящей крыло подвздошной кости, ala ossis ilii, соединялось аналогом отводящей группы мышц, с верхним отверстием планки, имитирующей вертел бедренной кости, trochanter major.

Без подвешенной нагрузки динамометр аналога отводящей группы мышц не регистрировал какого-либо значимого усилия. Стрелка динамометра отклонялась лишь в пределах погрешности измерительного устройства (0.1 кг). Несомненно, измерительное устройство реагировало и действующий вес тазовой части, который оказался менее 0.1 кг.

Аналог отводящей группы мышц стабилизировал тазовую часть модели, препятствуя ее опрокидыванию вниз в медиальном направлении. Означенный элемент повышал стабильность тазовой части модели в горизонтальной и сагиттальной плоскости.

Далее к грузовой планке последовательно подвешивалась нагрузка 1 и 2 кг (Рис. 7).

Рис. 7. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц и максимально удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным на краю канавки фасонной (вид спереди); вверху – подвешена нагрузка 1 кг, внизу – подвешена нагрузка 2 кг.

 

При подвешивании нагрузки разной массы положение тазовой части модели существенно не менялось. При этом динамометр аналога отводящей группы мышц регистрировал появление усилия. Оно возрастало при увеличении массы, подвешенной к грузовой планке. Обращено внимание, что усилие, регистрируемое динамометром, увеличилось по сравнению с тем, что было при меньшей длине аналога связки головки бедренной кости. Натянутый аналог связки головки бедренной кости частично шунтировал действие нагрузки, подвешенной к тазовой части модели. Как нами установлено, аналог отводящей группы мышц нейтрализовал поступательное смещение тазовой части модели вниз и в медиальную сторону. Растянутая пружина динамометра прижимала модель вертлужной впадины к модели головки бедренной кости. Зазор между трущимися поверхностями в верхнем секторе шарнира не наблюдался (Рис. 8). 

Рис. 8. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц и максимально удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным на краю канавки фасонной выточки (вид с латеральной стороны); подвешена нагрузка 1 кг, разобщения трущихся поверхностей шарнира не наблюдается.

 

Аналог отводящей группы мышц более значимо увеличивал стабильность тазовой части модели во фронтальной плоскости, чем в горизонтальной и сагиттальной плоскости. Однако тазовая часть модели оставалась нестабильной с тенденцией к ее спонтанному вращению и падению с головки бедренной части модели (Рис. 9). 

Рис. 9. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц и максимально удлиненным аналогом связки головки бедренной кости, закрепленным на краю канавки фасонной выточки (вид спереди); проиллюстрирован результат неустойчивости при подвешивании нагрузки 1 кг.

Эффекты авторотации, автостабилизации и автоотведения не наблюдались. Подобие эффекта автолатерализацию вызывал аналог отводящей группы мышц, который препятствовал разобщению поверхностей пары трения. Опыты показали, что патологическое 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  

Имитация удлиненной LCF   

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

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ