Моделирование супинации

 

Моделирование супинации

На следующем этапе экспериментальных исследований электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью нами в общем виде изучено взаимодействие связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и коротких мышц, вращающих бедро наружу. Мы отсоединили от модели, использованной в предыдущих опытах, аналог средней ягодичной мышцы, сохранив аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Модель дополнена аналогом связки головки бедренной кости по описанной ранее методике. Затем к грузовому кронштейну объемной тазовой части модели подвешена нагрузка (Рис. 1).

Рис. 1. Эпизод подготовки экспериментов на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, аналогом связки головки бедренной кости и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу; к объемной тазовой части модели присоединена нагрузка (вид на модель спереди и на экспериментатора, 2009 г.).

Эффект авторотации нами впервые зарегистрирован на механической модели тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости при закреплении нагрузки в одной фронтальной плоскости с шарниром приблизительно на уровне его центра. В норме общий центр масс тела располагается выше, медиальнее и позади от центра опорного тазобедренного сустава, articulatio coxae. Конструкция нашей модели допускала имитацию подобной локализации общего центра масс тела. Для этого мы присоединяли нагрузку к крайнему отверстию грузового кронштейна. Это обуславливало спонтанный наклон объемной тазовой части модели назад и воспроизведение в шарнире модели разгибания. Достичь положения устойчивого равновесия объемной тазовой части модели не удавалось.

При сборке модели для настоящих опытов нагрузка прикреплялась к грузовому кронштейну в непосредственной близости от плоскости тазового элемента. Соответственно, общий центр масс объемной тазовой части модели располагался в одной фронтальной плоскости с центром шарнира выше и медиальнее его. При указанном положении нагрузки объемная тазовая часть модели имела относительную стабильность в сагиттальной плоскости. Однако незначительное силовое воздействие на объемную тазовую часть модели в переднезаднем направлении приводило к ее самопроизвольному наклону вперед, либо назад в зависимости от направления приложенного усилия.

В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели стабилизировалась аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Изменение его длины позволяло менять позицию объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости. При укорочении аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, в шарнире модели воспроизводилась супинация. Объемная тазовая часть модели поворачивалась назад. При удлинении аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, в шарнире модели устанавливалось положение пронации. В результате объемная тазовая часть модели поворачивалась вперед. Введение в конструкцию модели аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, повысило ее стабильность во всех трех плоскостях.

Во фронтальной плоскости объемная тазовая часть модели стабилизировалась аналогом связки головки бедренной кости. Действие подвешенной нагрузки обуславливало спонтанный наклон объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону. Это вызывало натяжение аналога связки головки бедренной кости. Натянутый гибкий элемент шунтировал действие подвешенной к объемной тазовой части модели нагрузки и ограничивал приведение. Подмечено, что после введения в конструкцию модели аналога связки головки бедренной кости амплитуда возможных движений объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости уменьшилась. На модели стал воспроизводиться эффект автоотведения. В исходном положении объемной тазовой части модели с поворотом вперед на угол 15° величина приведения в шарнире достигала максимума.

При имитации отведения в шарнире модели из исходного положения объемная тазовая часть ничем не удерживалась и спонтанно наклонялась вниз в медиальную сторону. В крайних положениях отклонения объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости вперед или назад ее край, противоположный шарниру, приподнимался над основанием. При воспроизведении в шарнире модели пронации или супинации автоматически воспроизводилось отведение. Оно достигало максимума в крайних точках поворота объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости.

На начальном этапе обсуждаемых опытов мы зафиксировали объемную тазовую часть модели в исходном положении, в котором она была повернута вперед на 15° в горизонтальной плоскости и наклонена вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости без отклонения в сагиттальной плоскости (Рис. 2).

Рис. 2. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью, аналогом связки головки бедренной кости и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (исходное положение); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

В описанной позиции в шарнире модели наблюдалось максимальное приведение, пронация 15° и среднее положение между сгибанием и разгибанием. Объемная тазовая часть модели находилась в устойчивом равновесии во всех трех плоскостях. Оно обеспечивалось усилием аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналогом связки головки бедренной кости. Стабильность системе придавала нагрузка, натягивающая аналог связки головки бедренной кости.

Далее мы уменьшили длину аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Объемная тазовая часть модели несколько повернулась назад в горизонтальной плоскости, а ее край, противоположный шарниру, приподнялся над плоскостью опоры (Рис. 3).

Рис. 3. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью, аналогом связки головки бедренной кости и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (уменьшение пронации); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

В шарнире модели сохранялось приведение, величина которого уменьшилась. Одновременно уменьшился угол пронации. В сагиттальной плоскости сохранилось среднее положение между сгибанием и разгибанием. Объемная тазовая часть модели оставалась устойчивой. Ее равновесие поддерживалось усилием аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, а также силой реакции натянутого аналога связки головки бедренной кости.

Мы продолжили уменьшать длину аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Это поворачивало объемную тазовую часть модели дальше назад в горизонтальной плоскости. Означенной методикой объемная тазовая часть установлена во фронтальной плоскости (Рис. 4).

Рис. 4. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью, аналогом связки головки бедренной кости и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу («нулевое» положение объемной тазовой части в горизонтальной, сагиттальной и фронтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

Край объемной тазовой части модели, противоположный шарниру, продолжил подниматься над плоскостью опоры. В результате изображения крыльев подвздошных костей оказались на одном уровне. В шарнире модели установилось «нулевое положение»: среднее соотношение между приведением и отведением, пронацией и супинацией, а также среднее положение в сагиттальной плоскости между разгибанием и сгибанием. Объемная тазовая часть модели находилась в устойчивом равновесии. Его поддерживало усилие аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и сила реакции натянутого аналога связки головки бедренной кости.

Мы продолжили уменьшение длины аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Объемная тазовая часть модели повернулась дальше назад в горизонтальной плоскости. Ее край, противоположный шарниру, еще больше приподнялся над плоскостью опоры (Рис. 5).

Рис. 5. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью, аналогом связки головки бедренной кости и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (имитация супинации); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

При отклонении объемной тазовой части модели назад в горизонтальной плоскости в шарнире модели воспроизведена супинация. Указанное благодаря эффекту автоотведения привело к спонтанному отведению в шарнире модели. Отмечено, что объемная тазовая часть модели отклонилась назад в сагиттальной плоскости, что обусловило в шарнире модели разгибания 2-3°. Объемная тазовая часть модели находилась в устойчивом равновесии Его поддерживало усилие аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и сила реакции натянутого аналога связки головки бедренной кости. В описанной позиции имитировать приведение в шарнире не удавалось. Наклон вниз в медиальную сторону стопорил натянутый аналог связки головки бедренной кости.

Затем длина аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, была уменьшена еще больше (Рис. 6).

Рис. 6. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью, аналогом связки головки бедренной кости и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (имитация супинации и спонтанного отведения); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

Объемная тазовая часть модели продолжила поворот назад в горизонтальной плоскости. Ее край, противоположный шарниру, существенно приподнялся над плоскостью опоры. Указанное явилось следствием реализации эффекта автоотведения. Супинация в шарнире модели сопровождалась выраженным отведением. В сагиттальной плоскости наклон объемной тазовой части назад увеличился, что обусловило дальнейшее разгибание в шарнире модели.

На заключительном этапе аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, укорочен до минимума. Это максимально повернуло объемную тазовую часть модели назад в горизонтальной плоскости и до предела подняло ее край, противоположный шарниру (Рис. 7).

Рис. 7. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью, аналогом связки головки бедренной кости и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная супинация и отведение); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху.

Минимальная длина аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, обусловила максимальный угол поворота объемной тазовой части модели назад в горизонтальной плоскости и предельный угол супинации в шарнире модели. За счет реализации эффекта автоотведения объемная тазовая часть модели спонтанно приподнялась во фронтальной плоскости. В шарнире модели установился максимальный угол отведения. Точка прикрепления нагрузки к грузовому кронштейну объемной тазовой части модели максимально сместилась назад и вверх по отношению к центру шарнира.

Объемная тазовая часть модели не изменила положение в сагиттальной плоскости. Это показало, что действующие на нее силы в сагиттальной плоскости были уравновешены, а именно: действующий позади от центра шарнира вес нагрузки и усилие аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу с одной стороны, а с другой стороны – сила реакции аналога связки головки бедренной кости. Экспериментальные данные свидетельствуют, что связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и короткие мышцы, вращающие бедро наружу, могут участвовать в стабилизации таза, pelvis, в горизонтальной плоскости в крайнем положении супинации.

В конце серии описанных опытов объемная тазовая часть модели находилась в положении устойчивого равновесия во фронтальной плоскости. Оно обеспечивалось стопорением шарнира модели, натянутым аналогом связки головки бедренной кости, который ограничивал приведение. В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели прежде всего стабилизировалась аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. 

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

Моделирование движений в горизонтальной плоскости

                                                                     

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