Моделирование взаимодействия веса тела и отводящей группы мышц
На
предыдущем этапе экспериментальных исследований мы воспроизвели соответствующую
норме локализацию общего центра масс на электромеханической модели тазобедренного сустава человека. Она содержала бедренную часть и объемную
тазовую часть соединенных аналогами связок. В ней имелся: аналог вертикальной
части подвздошно-бедренной связки, аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной
связки, аналог седалищно-бедренной связки, аналог лобково-бедренной связки и
аналог связки головки бедренной кости.
Благодаря натяжению аналогов связок посредством
веса нагрузки, приложенной к точке выше, медиальнее и позади от центра вращения
шарнира, объемная тазовая часть модели находилась в положении устойчивого
равновесия одновременно в трех плоскостях. Для поддержания системы в положении
покоя не требовалось дополнительного внешнего усилия.
С целью уточнения взаимодействия связок
тазобедренного сустава,
articulatio coxae, и средней
ягодичной мышцы,
musculus gluteus medius, бедренная часть и
объемная тазовая часть были соединены аналогом средней
ягодичной мышцы по ранее описанной методике. В настоящих опытах нагрузка массой
1 кг подвешивалась к крайнему
отверстию грузового кронштейна объемной тазовой части, что
вызывало эффект автостабилизации (Рис. 1).
 |
| Рис. 1. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами связок, аналогом средней ягодичной мышцы и прикрепленной к грузовому кронштейну нагрузкой (воспроизведение эффекта автостабилизации); вверху – общий вид спереди, внизу – вид на аналог средней ягодичной мышцы и шарнир модели. |
Введение в конструкцию модели аналога
средней ягодичной мышцы не отражалось на положении объемной тазовой части
модели. Она оставалась наклонена вниз, в медиальную сторону во фронтальной
плоскости. В шарнире модели сохранялась позиция приведения, ограниченная
натянутым аналогом связки головки бедренной кости и горизонтальной
частью аналога подвздошно-бедренной связки, которые стопорили шарнир во
фронтальной плоскости. Динамометр аналога средней ягодичной мышцы не
регистрировал какого-либо усилия.
В сагиттальной плоскости наблюдалось отклонение
объемной тазовой части модели назад (Рис. 2).
 |
| Рис. 2. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами связок, аналогом средней ягодичной мышцы и прикрепленной к грузовому кронштейну нагрузкой (воспроизведение эффекта автостабилизации); вверху – общий вид с латеральной стороны, внизу – вид на аналог средней ягодичной мышцы и шарнир модели. |
В шарнире модели в сагиттальной плоскости
присутствовало положение разгибания. Его ограничивали натянутые аналогии
наружных связок: аналог вертикальной части подвздошно-бедренной связки, аналог
лобково-бедренной связки и аналог седалищно-бедренной связки. Указанные элементы
были частично «закручены» вокруг шейки бедренной части модели (Рис. 3).
 |
| Рис. 3. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами связок, аналогом средней ягодичной мышцы и прикрепленной к грузовому кронштейну нагрузкой (воспроизведение эффекта автостабилизации); вверху – вид сзади, внизу – вид на аналог средней ягодичной мышцы и шарнир модели. |
В
горизонтальной плоскости сохранялся поворот объемной тазовой части модели
вперед на угол 15° (Рис. 4).
 |
| Рис. 4. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами связок, аналогом средней ягодичной мышцы и прикрепленной к грузовому кронштейну нагрузкой (воспроизведение эффекта автостабилизации); вид сверху. |
В шарнире модели в горизонтальной
плоскости сохранялась пронации. Она равнялась углу поворота бедренной части
модели вперед. Это свидетельствовало, что величина угла поворота объемной тазовой
части модели вперед определялась натянутым аналогом связки
головки бедренной кости. Таким образом, дополнение модели аналогом
средней ягодичной мышцы не отражалось на положении объемной тазовой части
модели, ни в одной из плоскостей.
Путем наклона объемной тазовой части модели
вперед в сагиттальной плоскости на угол приблизительно 20°, мы воспроизвели
сгибание в шарнире модели. При этом динамометр аналога средней ягодичной мышцы
не регистрировал появление какого-либо усилия. Иными словами, аналог средней
ягодичной мышцы не препятствовал движению в указанном направлении. Аналоги наружных
связок расслаблялись. Нагрузка, находящаяся позади объемной тазовой части, стремилась
вернуть ей исходное положение.
Затем мы воспроизвели в шарнире модели супинацию. Объемная
тазовая часть модели поворачивалась назад в горизонтальной плоскости. Для ее
фиксации в выбранной позиции нами укорачивался аналог средней ягодичной мышцы
(Рис. 5).
 |
| Рис. 5. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами связок, аналогом средней ягодичной мышцы и прикрепленной к грузовому кронштейну нагрузкой (имитация супинации); вид сверху. |
При повороте
объемной тазовой части модели назад в горизонтальной плоскости, наряду с супинацией
в шарнире модели спонтанно возникало отведение. Означенное ранее нами обозначено
как эффект автоотведения
(Рис. 6).
 |
| Рис. 6. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами связок, аналогом средней ягодичной мышцы и прикрепленной к грузовому кронштейну нагрузкой (имитация супинации); вверху – общий вид спереди, внизу – вид на аналог средней ягодичной мышцы и шарнир модели. |
При
воспроизведении в шарнире модели супинации и отведения натяжение аналогов
наружных связок уменьшилось, за исключением аналога лобково-бедренной связки.
Визуально уточнить наличие или отсутствие натяжения аналога связки головки
бедренной кости не представлялось возможным ввиду его расположения внутри
шарнира модели. При попытке извлечения проксимального конца аналога связки
головки бедренной кости из вертлужного элемента он не смещался в медиальном
направлении. Это указывало на наличие его натяжения. В описанной позиции
объемная тазовая часть модели располагалась вертикально в сагиттальной
плоскости. В шарнире модели присутствовало среднее положение между сгибанием и
разгибанием
(Рис. 7).
 |
| Рис. 7. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами связок, аналогом средней ягодичной мышцы и прикрепленной к грузовому кронштейну нагрузкой (воспроизведение супинации); вверху – общий вид с латеральной стороны, внизу – вид на аналог средней ягодичной мышцы и шарнир модели. |
Дальнейшее
увеличение супинации вызывало автоматический наклон объемной тазовой части
модели вперед в сагиттальной плоскости. В шарнире модели воспроизводилось
спонтанное сгибание. Оно оказалось обусловлено натяжением аналога
лобково-бедренной связки.
При имитации супинации
объемная тазовой часть модели стремилась повернуться вперед в горизонтальной плоскости.
Ее удалось стабилизировать посредством укорочения аналога средней
ягодичной мышцы. В случае приблизительно вертикального
расположения объемной тазовой части модели динамометр аналога средней ягодичной мышцы регистрировал
усилие, эквивалентное 2.0 кг. Оно препятствовало спонтанному повороту объемной
тазовой части модели вперед в горизонтальной плоскости. Условие равновесия
системы в обсуждаемом случае были аналогичны условию равновесия рычага первого
рода. Нагрузке, находившейся позади шарнира, противодействовала пружина
динамометра, располагавшаяся впереди центра вращения. Эксперимент продемонстрировал, что средняя ягодичная
мышца, musculus gluteus medius, может участвовать в стабилизации таза, pelvis, в горизонтальной плоскости в позиции
супинации при наличии натянутой связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и лобково-бедренной
связки, ligamentum pubofemorale.
Далее в шарнире модели мы воспроизвели поступательное
смещение бедренной кости,
os femur, в тазобедренном
суставе, articulatio coxae, в латеральном
направлении по оси шейки бедренной кости, collum femoris. Для этого объемная тазовая часть модели приподнималась за гибкую тягу, ориентированную
сверху-вниз, изнутри-наружу во фронтальной плоскости (Рис. 8).
 |
| Рис. 8. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с аналогами связок, аналогом средней ягодичной мышцы и прикрепленной к грузовому кронштейну нагрузкой (имитация поступательного латерального смещения бедра); вверху – общий вид спереди, внизу – вид на аналог средней ягодичной мышцы и шарнир модели. |
Отмечено,
что в означенном направлении имелся продольный люфт. При тракции с горизонтальным
положением гибкой тяги смещение объемной тазовой части модели не происходил. Амплитуда
поступательного движения в шарнире было максимально при одновременном
воспроизведении отведения и смещения в кранио-медиальном направлении. Наблюдалось натяжение горизонтальной части аналога подвздошно-бедренной
связки, аналога лобково-бедренной связки и аналога
седалищно-бедренной связки. Визуально уточнить наличие или отсутствие натяжения
аналога связки головки бедренной кости не представлялось возможным ввиду его
расположения внутри шарнира модели. При попытке извлечения проксимального конца
аналога связки головки бедренной кости из вертлужного элемента он не смещался в
медиальном направлении. Это указывало на его натяжение. В крайнем положении поступательного
смещения объемной тазовой части она располагалась вертикально в сагиттальной
плоскости. В шарнире модели присутствовало среднее положение между сгибанием и
разгибанием, а также между пронацией и супинацией. При воспроизведении
в шарнире модели поступательного смещения динамометр аналога средней ягодичной
мышцы не регистрировал какого-либо усилия. Указанно оказалось обусловлено
сближением областей крепления аналога средней ягодичной мышцы.
В
результате тракции за гибкую тягу объемная тазовая часть модели поступательно
смещалась вверх и в медиальном направлении. Трущиеся поверхности сферической головки шарнира и ответной сферической поверхности
вертлужного элемента модели разобщались (Рис. 9).
 |
| Рис. 9. Аналоги связок электромеханической модели тазобедренного сустава человека с аналогами связок, аналогом средней ягодичной мышцы и прикрепленной к грузовому кронштейну нагрузкой (имитация поступательного латерального смещения бедра); стрелкой указан зазор между сферической головкой шарнира и вертлужным элементом; вид спереди, условные обозначения: liv - вертикальная часть аналога подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, lih - горизонтальная часть аналога подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, lp - аналог лобково-бедренной связки, ligamentum pubofemorale. |
Замечено, что амплитуда поступательного смещения в
шарнире модели возрастала при имитации сгибания.
Уменьшение степени натяжения гибкой тяги вызывало спонтанное смыкание поверхностей пары трения шарнира. Тем самым воспроизводился эффект автолатерализации.
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 действия веса тела
Имитация взаимодействия средней ягодичной мышцы и LCF
Анализ взаимодействия средней ягодичной мышцы и LCF
Моделирование движений в горизонтальной плоскости
Моделирование эффекта авторотации
Обсуждение эффекта авторотации
Моделирование перемещения общего центра масс тела
Моделирование взаимодействия наружных связок и LCF
Моделирование эффекта автостабилизации
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 усоврешенствовали 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
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
Эксперименты и наблюдения