Эффект авторотации с аналогом отводящей группы мышц

  

Эффект авторотации с аналогом отводящей группы мышц

В настоящем эксперименте нами изучено взаимодействие аналога средней ягодичной мышцы и аналогов всех связок при воспроизведении эффекта авторотации на электромеханической модели тазобедренного сустава. Модель содержала: 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. К крайнему отверстию грузового кронштейна объемной тазовой части прикреплялась стандартная для наших экспериментов нагрузка массой 1 кг. Указанное имитировало действие веса тела выше, медиальнее и позади центра опорного тазобедренного сустава, articulatio coxae. В исходном положении в шарнире имитирована супинация. Для этого объемная тазовая часть модели была повернута назад в горизонтальной плоскости. Избранную позицию мы зафиксировали, укоротив аналог средней ягодичной мышцы.

На следующем этапе, используя электропривод, нами увеличивалась длина аналога средней ягодичной мышцы в непрерывном режиме. При этом в шарнире модели спонтанно воспроизводился эффект авторотации. Объемная тазовая часть модели спонтанно поворачивалась вперед. Изменение ее положения регистрировалось с помощью видеокамеры, расположенной спереди. Описанный опыт воспроизводился три раза. Полученные видеозаписи обрабатывались и изучались на персональном компьютере. Кадры одной из видеозаписей (вид спереди) с интервалом в 1 с представлены на серии фотографий представленных ниже (Рис. 1).

Рис. 1. Воспроизведение эффекта авторотации на электромеханической модели тазобедренного сустава с нагруженной объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью аналогами всех связок и аналогом средней ягодичной мышцы; кадры видеозаписи эксперимента с интервалом в 1 секунду (вид спереди).

Перемещение тазовой части модели завершалось эффектом автостабилизации. В положении покоя динамометр аналога средней ягодичной мышцы не регистрировал усилия (Рис. 2).

Рис. 2. Завершение эффекта авторотации на электромеханической модели тазобедренного сустава с нагруженной объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью аналогами всех связок и аналогом средней ягодичной мышцы; крайний кадр видеозаписи эксперимента (вид спереди).

Удлинение аналога средней ягодичной мышцы происходило с постоянной скоростью, которая определялась частотой вращения вала электропривода. Кроме указанного, никаких других воздействий на электромеханическую модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью не оказывалось. В результате удлинения аналога средней ягодичной мышцы объемная тазовая часть модели не только поворачивалась вперед в горизонтальной плоскости, но и спонтанно наклонялась вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости. Одновременно наблюдалось отклонение объемной тазовой части назад в сагиттальной плоскости, что заметно на серии фотографий представленных ниже (Рис. 3).

Рис. 3. Воспроизведение эффекта авторотации на электромеханической модели тазобедренного сустава с нагруженной объемной тазовой частью, соединенной с бедренной частью аналогами всех связок и аналогом средней ягодичной мышцы; кадры видеозаписи эксперимента с интервалом в 1 секунду (вид с латеральной стороны).

Чем больше был исходный угол супинации в шарнире модели, тем большее время требовалось объемной тазовой части для достижения положения автостабилизации. В горизонтальной плоскости в шарнире модели сначала уменьшался угол супинации, которая затем сменилась пронацией. Во фронтальной плоскости в шарнире модели сначала уменьшался угол отведения, которое затем сменилась приведением. В сагиттальной плоскости в шарнире модели изначально наблюдалось среднее положение между разгибанием и сгибанием, которое затем сменялось разгибанием.

При ускоренном вращении электропривода изменение положения объемной тазовой части модели происходили быстрее. Снижение скорости вращения электропривода обуславливало замедленное изменение положения объемной тазовой части модели. Поворот объемной тазовой части вперед в горизонтальной плоскости совершался всегда до угла пронации 15°, 7° приведения и 5° сгибания. После этого движение объемной тазовой части модели прекращалось, несмотря на продолжающееся удлинение аналога средней ягодичной мышцы.

Спонтанная пронация, приведение и разгибание в шарнире модели происходило благодаря действию веса объемной тазовой части модели с прикрепленной к ней нагрузки. Аналог средней ягодичной мышцы регулировал скорость перемещения объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости в конкретный момент времени. Позиция объемной тазовой части модели во фронтальной плоскости определялась силой реакции аналога связки головки бедренной кости. Горизонтальная часть аналога подвздошно-бедренной связки в процессе движения не была натянута. Положение объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости определялось силой реакции: аналога лобковой-бедренной связки, аналога связки головки бедренной кости, вертикальной части аналога подвздошно-бедренной связки и аналога седалищно-бедренной связки.

Объемная тазовая часть модели совершала сочетанное вращение в горизонтальной, сагиттальной и фронтальной плоскости. Нагрузка, подвешенная к ней, смещалась в медиальную сторону вниз и вперед. В конечном положении нагрузка занимала позицию с наименьшей высотой над плоскостью опоры.

Движение объемной тазовой части модели оказалось вызвано действием ее собственного веса. Ее остановка, а следовательно, и нагрузки, была обусловлена эффектом автостабилизации. При этом происходило стопорение шарнира модели одновременно во всех плоскостях натянутыми аналогами связок. В данном эксперименте аналог средней ягодичной мышцы функционировал в уступающем режиме. Однако это приводило к перемещению объемной тазовой части модели и нагрузки в трех плоскостях. Мы не отметили принципиальных отличий в перемещении объемной тазовой части модели при этапном и непрерывном удлинении аналога средней ягодичной мышцы.

В результате удлинения аналога средней ягодичной мышцы его области крепления удалялись. Край объемной тазовой части модели, противоположный шарниру, опускался, приближаясь к основанию модели. Высота расположения нагрузки и грузового кронштейна объемной тазовой части модели над основанием уменьшалась. Грузовой кронштейн, к которому прикреплялась нагрузка, смещался вниз, вперед и в медиальную сторону. В крайней позиции объемная тазовая часть модели находилась в положении устойчивого равновесия. Аналог средней ягодичной мышцы не ограничивал наклона объемной тазовой части модели вниз, в медиальную сторону, и поворот вперед.

После завершения авторотации динамометр аналога средней ягодичной мышцы не регистрировал нагрузки. Замечено, что в начале спонтанного поворота объемной тазовой части модели динамометр аналог средней ягодичной мышцы регистрировал снижение нагрузки. Затем приблизительно в середине цикла авторотации динамометр регистрировал стабилизацию величины действующей нагрузки. В заключении поворота объемной тазовой части модели динамометр аналог средней ягодичной мышцы вновь регистрировал снижение усилия, удерживающий объемную тазовую часть модели. Означенное явление мы связываем с увеличением плеча веса объемной тазовой части модели с прикрепленной к ней нагрузкой и натяжением аналога связки головки бедренной кости.

Аналогичное явление отмечено нами при изучении графика изменения биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, при ходьбе в норме. Изначально биоэлектрическая активность средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, возрастает, достигая максимума в начале одноопорного периода шага. Далее начинает снижаться в два этапа, отделенных друг от друга плато изоэлектрической ее активности. В конце второго этапа снижения биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, наблюдается второе плато изоэлектрической активности (Рис. 4).

Рис. 4. График биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, при ходьбе (данные отчета Системы видеоанализа движений в обработке программой компании C-Motion); вертикальная синяя линия обозначает двухопорный период шага, слева – одноопорный период шага, справа – переносной период шага, синей стрелкой указан первый этап снижения биоэлектрической активности, голубой стрелкой указан второй этап снижения биоэлектрической активности, красной стрелкой указан первый этап стабилизации биоэлектрической активности, оранжевой стрелкой указан второй этап стабилизации биоэлектрической активности.

По нашему мнению, первое плато изоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, в интервале приблизительно 15-25% от целого шага обусловлено началом значимого натяжения связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Сила ее реакции, взаимодействуя с весом тела и силой реакции суставных поверхностей, создает вращающий момент таза, pelvis, в горизонтальной плоскости. В означенный период он удерживается отводящей группой мышц и связкой головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Несмотря на изоэлектрическую активность средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, неопорная половина таза, pelvis, наклоняется вниз в медиальную сторону, а опорная нога приводится в тазобедренном суставе, articulatio coxae (Рис. 5).

*

Рис. 5. Графики изменения углов отклонения таза, pelvis (вверху) и бедра, os femur (внизу) во фронтальной плоскости при ходьбе (данные Системы видеоанализа движений в обработке программой компании C-Motion); зеленые кривые – левая сторона, красные кривые – правая сторона, черные кривые – графики среднестатистических отклонений сегментов тела по данным разработчиков программы.

Мы полагаем, что отводящая группа мышц в одноопорном периоде шага преимущественно функционирует в уступающем режиме. Она обеспечивает плавный наклон таза, pelvis, вниз в медиальную сторону, постепенное натяжение связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и наружных связок, ligamentum extracapsularia, тазобедренного сустава, articulatio coxae. К моменту максимального натяжения связок мышечная активность средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, достигает минимума. Указанное регистрируется как второе плато ее изоэлектрической активности. В данный период таз, pelvis, в положении равновесия преимущественно удерживается натянутыми связками опорного тазобедренного сустава, articulatio coxae. Они разгружают отводящую группу мышц, в том числе среднюю ягодичную мышцу, musculus gluteus medius. Плавное натяжение связок необходимо для предотвращения их повреждения, а также для координации поворота таза, pelvis, с движениями других сегментов тела.

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 

Моделирование супинации 

Моделирование эффекта авторотации  

Обсуждение эффекта авторотации 

Моделирование перемещения общего центра масс тела 

Моделирование взаимодействия наружных связок и LCF 

Моделирование эффекта автостабилизации

Моделирование взаимодействия веса тела и отводящей группы мышц

                                                                     

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