Моделирование движений в горизонтальной плоскости

 

Моделирование движений в горизонтальной плоскости

На механической модели тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости мы зарегистрировали эффект автоотведения. Он проявлялся увеличением отведения в шарнире модели при воспроизведении вращательных движений в горизонтальной плоскости. В крайнем положении пронации и супинации грузовой кронштейн тазовой части модели, противоположный шарниру, приподнимался над основанием, а в шарнире модели возникало соотношение, характерное для отведения в реальном суставе. Установлено, что эффект автоотведения был обусловлен натяжением аналога связки головки бедренной кости. Он одновременно ограничивал приведение и вращательные движения в горизонтальной плоскости. Смещение проксимальной области крепления аналога связки головки бедренной кости вперед или назад от фронтальной плоскости приводило к его перемещению вверх, что уменьшало угол максимально возможного приведения. Максимальное приведение наблюдалось в положении с поворотом тазовой части модели вперед на 15°, как и бедренной части модели. При подвешивании нагрузки в крайнем положении пронации или супинации тазовая часть модели спонтанно поворачивалась в горизонтальной плоскости и устанавливалась в исходной позиции с поворотом вперед на 15°. Это явление нами обозначено как эффект авторотации. Он более явственно реализовывался из положения крайней супинации.

В настоящих опытах нами предпринято воспроизведение эффекта автоотведения и авторотации на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью без аналога связки головки бедренной кости. Модель содержала закрепленную на основании бедренную часть, снабженную сферической головкой. Основой объемной тазовой части явился вертлужный элемент. Он изготовлен из модели вертлужной впадины, использованной при конструировании механической модели тазобедренного сустава человека. Конструктивные и геометрические особенности вертлужного элемента модели детально описаны ранее. Тазовый элемент объемной тазовой части модели мы выполнили из жесткой пластины органического стекла толщиной 5 мм. На пластину наклеено изображением костей таза, pelvis, реального размера. Справа к тазовому элементу винтами прикреплялся вертлужный элемент, что воспроизводило правую вертлужную впадину. Пространственная ориентация вертлужного элемента соответствовала положению вертлужной впадины, acetabulum, таза, pelvis. Вертлужный элемент закреплялся с наклоном вниз в латеральную сторону на угол 45° и имел поворот вперед на угол 25°, а ось канавки фасонной выточки повернута на угол 180°. На задней поверхности тазового элемента вверху по средней линии на уровне изображения межпозвонкового диска L5-S1 нами присоединен винтом обращенный назад грузовой кронштейн для подвешивания нагрузки (Рис. 1).

Рис. 1. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью только аналогом средней ягодичной мышцы (объемная тазовая часть модели расположена во фронтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

На задней поверхности тазового элемента на уровне центра изображения левого тазобедренного сустава, articulatio coxae, присоединялся опорный кронштейн. К вертлужному элементу объемной тазовой части прикреплялся обращенный назад-наружу-вниз кронштейн коротких ротаторов бедра для соединения с аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу.

На первом этапе экспериментов объемная тазовая часть и бедренная часть модели соединялись только аналогом средней ягодичной мышцы по ранее описанной методике. Объемная тазовая часть модели располагалась во фронтальной плоскости. Ей придавалось положение, при котором изображения крыльев противоположных подвздошных костей, ala ossis ilii, находились на одной высоте. В указанной позиции в шарнире модели наблюдалось среднее положение между пронацией и супинацией, среднее соотношение между приведением и отведением, а также среднее положение в сагиттальной плоскости без наклона объемной тазовой части модели вперед или назад. Описанное соотношение бедренной части и объемной тазовой части обозначено как исходное. В нем динамометр аналога средней ягодичной мышцы регистрировал усилие, которое требовалось для удержания объемной тазовой части в положении равновесия.

На следующем этапе, не изменяя длину аналога средней ягодичной мышцы, объемная тазовая часть модели нами повернута назад в горизонтальной плоскости (Рис. 2).

Рис. 2. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью только аналогом средней ягодичной мышцы, имитация супинации (объемная тазовая часть модели повернута назад в горизонтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

В означенной позиции в шарнире модели наблюдалась супинация, среднее положение между приведением и отведением, а также среднее положение в сагиттальной плоскости без наклона объемной тазовой части модели вперед или назад. Динамометр аналога средней ягодичной мышцы регистрировал усилие, равное тому, что требовалось для удержания объемной тазовой части в исходной позиции. Замечено, что воспроизведение в шарнире модели супинации не отразилось на положении объемной тазовой части модели во фронтальной плоскости. В шарнире модели сохранилось среднее положение между приведением и отведением. Эффект автооотведения не воспроизводился по причине отсутствия в модели аналога связки головки бедренной кости. В случае реализации эффекта автоотведения усилие, которое требовалось бы для удержания объемной тазовой части модели, уменьшилось.

После этого, уменьшив длину аналога средней ягодичной мышцы, объемная тазовая часть модели нами отклонена во фронтальной плоскости наружу при сохранении в шарнире модели положения супинации (Рис. 3).

Рис. 3. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью только аналогом средней ягодичной мышцы, имитация супинации и отведения (объемная тазовая часть модели повернута назад в горизонтальной плоскости и вверх во фронтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

В шарнире модели наблюдалось положение супинации и отведения без наклона объемной тазовой части модели вперед или назад в сагиттальной плоскости. Динамометр аналога средней ягодичной мышцы зарегистрировал увеличение усилия, которое требовалось для удержания объемной тазовой части в положении равновесия.

Затем длина аналога средней ягодичной мышцы увеличена. Объемная тазовая часть модели наклонена во фронтальной плоскости в медиальную сторону при сохранении в шарнире модели супинации. В шарнире модели наблюдалось положение супинации и приведения без наклона объемной тазовой части модели вперед или назад в сагиттальной плоскости. Динамометр аналога средней ягодичной мышцы зарегистрировал уменьшение усилия, которое требовалось для удержания объемной тазовой части в положении равновесия (Рис. 4).

Рис. 4. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью только аналогом средней ягодичной мышцы, имитация супинации и приведения (объемная тазовая часть модели повернута назад в горизонтальной плоскости и вниз во фронтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

Описанные эксперименты на модели продемонстрировали, что при супинации в шарнире модели отсутствовали ограничения для движений во фронтальной плоскости, а эффект автоотведения не проявлялся.

Известно, что число мышц супинаторов тазобедренного сустава, articulatio coxae, превосходит число мышц пронаторов. Основное их назначение – вращение неопорного бедра, os femur, наружу. В одноопорном ортостатическом положении и в одноопорном периоде шага, когда наблюдается поворот таза, pelvis, назад в латеральном направлении роль пронаторов малоизвестна.

С целью уточнения функции комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, осуществлено их воспроизведение на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью и аналогом средней ягодичной мышцы, но без аналога связки головки бедренной кости. Для этого по ранее описанной методике аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, соединялся сбедренной и тазовой частью. Модели располагалась во фронтальной плоскости. Ей придавалось положение, при котором изображения крыльев противоположных подвздошных костей, ala ossis ilii, находились на одной высоте. Объемная тазовая часть модели удерживалась в равновесии аналогом средней ягодичной мышцы и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. В шарнире модели наблюдалось среднее положение между пронацией и супинацией, среднее соотношение между приведением и отведением, а также среднее положение в сагиттальной плоскости без наклона объемной тазовой части модели вперед или назад. Описанная позиция объемной тазовой части обозначено как исходное (Рис. 5).

Рис. 5. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью аналогом средней ягодичной мышцы и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (объемная тазовая часть модели в исходном положении); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

Динамометр аналога средней ягодичной мышцы регистрировал усилие, требующееся для удержания объемной тазовой части в равновесия. Оно было равно усилию динамометра, удерживающего объемную тазовую часть модели без участия аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу.

Затем, не изменяя длину аналога средней ягодичной мышцы, а только удлиняя аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, объемная тазовая часть модели повернута вперед в горизонтальной плоскости (Рис. 6).

Рис. 6. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью аналогом средней ягодичной мышцы и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, имитация пронации (объемная тазовая часть модели повернута вперед в горизонтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

В означенной позиции в шарнире модели наблюдалась пронация, среднее соотношение между приведением и отведением, а также среднее положение в сагиттальной плоскости без наклона объемной тазовой части модели вперед или назад. Динамометр аналога средней ягодичной мышцы регистрировал такое же усилие, которое требовалось для удержания объемной тазовой части в исходном положении. Имитация в шарнире модели пронации не изменило положение объемной тазовой части модели во фронтальной плоскости. Эффект автооотведения не воспроизводился по причине отсутствия в конструкции модели аналога связки головки бедренной кости. При реализации эффекта автоотведения усилие, которое требовалось для удержания объемной тазовой части модели, уменьшилось.

Далее, расположив модель в исходном положении, мы уменьшили длину аналога средней ягодичной мышцы. Одновременно нами уменьшена длина аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. В результате объемная тазовая часть модели отклонилась во фронтальной плоскости вниз в медиальную сторону (Рис. 7).

Рис. 7. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью аналогом средней ягодичной мышцы и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, имитация приведения (объемная тазовая часть модели повернута вниз во фронтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

Объемная тазовая часть модели удерживалась в положении устойчивого равновесия аналогом средней ягодичной мышцы и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. В шарнире модели наблюдалось приведение, среднее соотношение между пронацией и супинацией, а также среднее положение в сагиттальной плоскости без наклона объемной тазовой части модели вперед или назад. Динамометр аналога средней ягодичной мышцы регистрировал усилие, аналогичное тому, что требовалось для удержания объемной тазовой части в исходной позиции. Оно было равно усилию динамометра, удерживающего объемную тазовую часть модели без участия аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу.

После этого, не изменяя длину аналога средней ягодичной мышцы, а только уменьшив длину аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, объемная тазовая часть модели повернута назад в латеральную сторону в горизонтальной плоскости (Рис. 8).

Рис. 8. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью аналогом средней ягодичной мышцы и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, имитация супинации приведения (объемная тазовая часть модели повернута вниз во фронтальной плоскости и назад в горизонтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

В шарнире модели наблюдалась супинация, приведение и среднее положение в сагиттальной плоскости без наклона объемной тазовой части модели вперед или назад. Динамометр аналога средней ягодичной мышцы регистрировал усилие, равное тому, которое требовалось для удержания объемной тазовой части в исходном положении. При имитации супинации тенденции к отведению в шарнире модели не отмечено. Эффект автооотведения не воспроизводился по причине отсутствия в конструкции модели аналога связки головки бедренной кости. При реализации эффекта автоотведения усилие, которое требовалось для удержания объемной тазовой части модели, должно было уменьшиться.

Экспериментально установлено, что без аналога связки головки бедренной кости эффект автоотведения не воспроизводится. При отсутствии аналога связки головки бедренной кости объемная тазовая часть модели стабилизировалась во фронтальной плоскости только аналогом средней ягодичной мышцы. Опытным путем выяснено: аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, способен участвовать в стабилизации объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости.

 

Смотри также:

Бедренная часть комбинированной модели тазобедренного сустава 

Элементы электромеханической модели тазобедренного сустава человека

Электромеханическая модель без аналогов связок

Упрощение электромеханической модели тазобедренного сустава

Моделирование движений аналога LCF 

Упрощенная модель вертлужной впадины 

Модель как аналог рычага третьего рода 

Моделирование функции LCF 

Моделирование действия веса тела 

Имитация взаимодействия средней ягодичной мышцы и LCF 

Анализ взаимодействия средней ягодичной мышцы и LCF

                                                                     

Критика

Главным недочетом описанных ранее конструкций, по нашему мнению, являлась недостаточная упругость аналогов связок. В описанной конструкции мы использовали гибкий элемент - аналог LCF, выполненный из металла и усовершенствовали способ его крепления. В норме LCF присоединяется к вертлужной впадине в нескольких точках, что нам воспроизвести не удалось. Кроме этого, основой бедренной части модели явился субтотальный эндопротез тазобедренного сустава. Мы согласны с тем, что данное медицинское изделие лишь отчасти воспроизводит проксимальный отдел нативной бедренной кости. 

Примечания

Экспериментальные исследования на обсуждаемой модели начались в 2009 году. Полная сборка конструкции описана в заявка на изобретение RU2009124926A. Впервые полную версию представленного выше экспериментального материала мы опубликовали в пятнадцатой 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, эксперимент, электромеханическая модель, средняя ягодичная мышца, короткие ротаторы

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ