Имитация нормальной длины LCF

  

Имитация нормальной длины связки головки бедренной кости 

С целью дальнейшего уточнения функции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, в настоящей 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, расположенное на границы ямки и канавки фасонной выточки модели вертлужной впадины (Рис. 1). 

Рис. 1. Тазовая часть трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека; через отверстие в фасонной выточке, лежащее на границе ямки и канавки, пропущен аналог связки головки бедренной кости (вид с латеральной стороны).

 

В данном случае смоделировано крепление проксимального конца связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, на краю ямки вертлужной впадины, fossa acetabuli., что по данным литературы является нормой (Архипов-Балтийский С.В., 2004).

Дистальный конец аналога связки головки бедренной кости соединялся с бедренной частью модели после размещения на ее головке тазовой части модели. Методика соединения бедренной и тазовой части модели не отличалась от ранее описанной. Длина аналога связки головки бедренной кости, расположенного в фасонной выточке, выбиралась таким образом, чтобы при полном соприкосновении трущихся поверхностей и максимальном наклоне тазовой части вниз в медиальную сторону (воспроизведение приведения) аналог связки головки бедренной кости не ущемлялся. Длина аналога связки головки бедренной кости составила приблизительно 25 мм, что соответствует размерам реальной связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. По данным литературы, в норме 2-2.5 см (Воробьев В.П., 1932; Тонков В. 1946; Ревенко Т.А., 1968; Минеев К.П., 1995; Hempfling H., 1995). С целью снижения трения в шарнире на поверхность головки бедренной части модели мы наносили масло смазочное бытовое, которое воспроизводило синовиальную жидкость.

Обсуждаемый вариант сборки характеризовался стабильностью тазовой части на головке бедренной части модели (Рис. 2). 

Рис. 2. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости нормальной длины в исходном положении; вверху – вид модели спереди, в центре – вид модели с медиальной стороны, внизу – вид модели с поворотом вперед на 45°.

Изначально мы воспроизвели движения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, во фронтальной плоскости – отведение и приведение (Рис. 3).

Рис. 3. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости нормальной длины (вид спереди); вверху – воспроизведено положение приведения, внизу – воспроизведено положение отведения.

  

Под действием силы тяжести тазовая часть модели спонтанно наклонялась вниз в медиальную сторону, что воспроизводило приведение в тазобедренном суставе. Ограничителем приведения являлся натянутый аналог связки головки бедренной кости. Его упругость явственно определялась при воздействии рукой сверху на грузовую планку тазовой части модели. Несмотря на давление рукой, разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не происходило. Аналог связки головки бедренной кости при воспроизведении приведения ограничивал данное движение и стопорил шарнир модели во фронтальной плоскости.

Отведение в шарнире модели ограничивалось контактом верхненаружного края модели вертлужной впадины и шейки бедренной части модели. По причине смазки, находящейся на трущихся поверхностях шарнира, при незначительном отклонении от позиции равновесия тазовая часть модели опрокидывалась, но не падала, а спонтанно поворачивалась в сагиттальной плоскости с аналогом крыла подвздошной кости, ala ossis ilii, направленным вниз.

Движения в сагиттальной плоскости осуществлялись на угол 180° и более в обе стороны. Это воспроизводило не ограничиваемое аналогом связки головки бедренной кости сгибание и разгибание. При означенных движениях под действием силы тяжести в шарнире модели сохранялось приведение, а разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не наблюдалось. При моделировании сгибания происходило увеличение угла приведения в шарнире модели. Закономерное скручивание аналога связки головки бедренной кости и, следовательно, его относительное укорочение никак не проявлялось.

Далее на трехмерной механической модели тазобедренного сустава с аналогом связки головки бедренной кости, мы воспроизвели движения в тазобедренном суставе, articulatio coxae, в горизонтальной плоскости – супинацию и пронацию (Рис. 4). 

Рис. 4. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости нормальной длины (вид с медиальной стороны); вверху – воспроизведена супинация, в центре – модель в исходном положении, внизу – воспроизведена пронация.

При имитации движений в горизонтальной плоскости разобщения модели вертлужной впадины и головки бедренной части модели не происходило. В крайних позициях супинации и пронации явственно натягивался аналог связки головки бедренной кости, ограничивая указанные выше движения. Отмечено, что при воспроизведении супинации и пронации в шарнире спонтанно возникало отведение (Рис. 5). 

Рис. 5. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости нормальной длины, воспроизведение крайнего положения супинации; вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

 

Угол приведения был максимальным в среднем положении тазовой части модели, и минимальным в крайних положениях супинации и пронации. Соответственно, и при удлиненном аналоге связки головки бедренной кости воспроизводился «эффект автоотведения» в тазобедренном суставе, articulatio coxae. Он наблюдается при пронации и супинации с натяжением аналога связки головки бедренной кости. При вращении тазовой части в горизонтальной плоскости грузовая планка описывала дугу. Нижняя ее точка совпадала с максимально возможным приведением в узле подвижности, определяемым длиной аналога связки головки бедренной кости, а верхняя точка достигалась в положении крайней пронации либо супинации.

Далее на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости нормальной длины мы воспроизвели поступательное движение в тазобедренном суставе, articulatio coxae, вдоль горизонтальной оси. Для этого усилием руки мы смещали тазовую часть модели в медиальном направлении. Отмечено, что в данном направлении имелся продольный люфт только при одновременном воспроизведении в шарнире модели отведения и смещения тазовой части модели вверх. Максимальная амплитуда поступательного смещения тазовой части модели в медиальном направлении определялась длиной аналога связки головки бедренной кости и увеличилась по сравнению с вариантом, когда проксимальная область крепления аналога связки головки бедренной кости располагалась в центральном отверстии модели вертлужной впадины (Рис. 6).

Рис. 6. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости нормальной длины; вверху – исходное положение, в центре – воспроизведено поступательное движение в шарнире модели вдоль горизонтальной оси с одновременным воспроизведением отведения, внизу – имитация поступательного движения в шарнире модели вдоль горизонтальной оси с одновременным воспроизведением отведения и смещения тазовой части в кранио-медиальном направлении.

Величина продольного поступательного смещения тазовой части модели в кранио-медиальном направлении была максимальна при воспроизведении в шарнире модели отведения. В результате смещения тазовой части модели в медиальном направлении между внутренней поверхностью модели вертлужной впадины и медиальной поверхностью головки бедренной части модели появлялся зазор (Рис. 7).

Рис. 7. Трехмерная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости нормальной длины; воспроизведено поступательное движение в шарнире модели вдоль горизонтальной оси с одновременным воспроизведением отведения (вид модели с латеральной стороны); наблюдается зазор, образующийся между головкой бедренной части модели и моделью вертлужной впадины.

В результате смещения тазовой части модели в медиальном направлении между внутренней поверхностью модели вертлужной впадины и медиальной поверхностью головки бедренной части модели появлялся зазор, который был больше, чем при предыдущем варианте сборки модели.

Поступательное смещение сочеталось с отведением в шарнире и спонтанным смещением тазовой части модели вверх. Подмечено, что кранио-медиальное смещение тазовой части модели вызывало появление силы, стремящейся переместить ее в обратном направлении. Усилие возникало под действием веса тазовой части, натягивающего аналог связки головки бедренной кости. После прекращения удержания тазовой части модели она спонтанно смещалась в латеральном направлении, а модель вертлужной впадины прижималась к головке бедренной части модели. При этом величина отведения в шарнире модели уменьшалась, а приведение достигало максимума. Означенное ранее нами было названо «эффект автолатерализации» в тазобедренном суставе, articulatio coxae. Он проявлялся благодаря натяжению аналога связки головки бедренной кости путем воспроизведения приведения в шарнире модели.

Величина поступательного смещения модели вертлужной впадины вдоль горизонтальной оси ограничивалась длиной аналога связки головки бедренной кости. Его натяжение препятствовало воспроизведению полного вывиха в шарнире модели. В позиции максимального приведения вызвать медиальное смещение тазовой части не удавалось. Тазовую часть модели невозможно было полностью снять с головки бедренной части модели без повреждения аналога связки головки бедренной кости. Это свидетельствует о наличии соединительной функции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, в тазобедренном суставе, articulatio coxae.

В шарнире модели воспроизводилось только положение «подвывиха», то есть частичного разобщения трущихся поверхностей пары трения. В целом положение тазовой части модели на головке бедренной части следует охарактеризовать как стабильное во фронтальной и горизонтальной плоскости. Меньшая устойчивость тазовой части наблюдалась в сагиттальной плоскости. При воспроизведении вращательных и поступательных движений во фронтальной, горизонтальной и сагиттальной плоскости аналог связки головки бедренной кости не попадал между головкой бедренной частью модели и моделью вертлужной впадины. Эпизодов заклинивания шарнира мы не наблюдали. При целостности аналога связки головки бедренной кости воспроизвести какой-либо из известных видов вывихов тазобедренного сустава, articulatio coxae, в шарнире модели не удавалось. 

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

                                                                     

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