Воспроизведение спонтанной авторотации
Впервые эффект авторотации нами зарегистрирован в опытах на трехмерной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости. Он воспроизводился и на электромеханической модели 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. На данном этапе экспериментальных исследований мы поставили цель изучить эффект авторотации при отсутствии аналогов мышц. Для этого нами использована электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, которая соединялась с бедренной частью аналогами всех связок. Их перечень включал: 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 грузовому кронштейну объемной тазовой части подвешивалась стандартная в наших экспериментах нагрузка массой 1 кг. Указанное воспроизводило положение общего центра масс тела выше, медиальнее и позади от центра опорного тазобедренного сустава, articulatio coxae.
В
исходном положении объемная тазовая часть модели находилась в покое. Во фронтальной
плоскости она имела наклон вниз в медиальную сторону. В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть была повернута вперед.
В сагиттальной плоскости она спонтанно отклонялась назад под действием веса
нагрузки. В означенном положении все аналоги связок были натянуты. При этом повернуть
объемную
тазовую часть модели в горизонтальной плоскости вперед не удавалось. Также невозможно
было наклонить ее вниз во фронтальной плоскости и назад в сагиттальной
плоскости. То есть имитация пронации, приведения и разгибания оказалась возможна.
Удавалось воспроизвести отведение, супинацию и сгибание.
При
малых углах поворота объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости она
автоматически возвращалась в исходное положение. Вызванная экспериментатором
супинация сменялась пронацией благодаря эффекту авторотации. Объемная тазовая
часть модели принимала исходную позицию, что нами ранее обозначено как эффект автостабилизации.
При
воспроизведении рукой экспериментатора максимально возможной супинации в
шарнире модели автоматически воспроизводилось отведение. Одновременно
уменьшался угол разгибания. В шарнире модели воспроизводилось среднее положение
между разгибанием и сгибанием. Объемная тазовая часть поворачивалась назад в горизонтальной
плоскости и вверх во фронтальной плоскости. В крайней позиции она была обращена
вперед, в медиальную сторону и смещена вверх. При наличии всех аналогов связок
наблюдался эффект автоотведения.
После
прекращения удержания нагруженной объемной тазовой части она энергично, спонтанно
возвращалась в исходное положение, что воспроизводило эффект авторотации.
Означенное движение нами зафиксировано видеокамерой (Рис. 1).
 |
| Рис. 1. Кадры видеозаписи воспроизведения эффекта авторотации на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с аналогами всех связок и прикрепленной к грузовому кронштейну нагрузкой, имитирующей положение общего центра масс тела выше, медиальнее и позади от центра опорного тазобедренного сустава; заметно, что перемещение объемной тазовой части происходит быстрее, чем смещение прикрепленного к ней на цепях груза. |
В исходном положении за счет воспроизведения супинации и отведения высота расположения нагрузки, а значит, и общего центра масс объемной тазовой части над плоскостью опоры увеличивалась. В отсутствие удержания рукой экспериментатора из крайнего положения супинации объемная тазовая часть модели под действием силы тяжести спонтанно наклонялась вниз в медиальную сторону и поворачивалась вперед. Одновременно в шарнире воспроизводилось разгибание. Объемная тазовая часть модели перемещалась по дугообразной траектории в горизонтальной, фронтальной и сагиттальной плоскости. В заключение спонтанного поворота вперед в горизонтальной плоскости, наклона назад в сагиттальной плоскости и вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости тазовая часть модели останавливалась (Рис. 2).
 |
| Рис. 2. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, аналогами связок и нагрузкой после воспроизведения эффекта авторотации (вид спереди). |
Эффект автоотведения трансформировался в эффект авторотации и завершался эффектом автостабилизации. Длинная ось вертлужного элемента оказывалась сонаправлена оси головки и шейки бедренной части модели и была повернута медиально и вперед. В положении покоя угол приведения, разгибания и пронации в шарнире модели достигал максимума. В завершении спонтанного движения тазовой части модели в горизонтальной плоскости она всегда останавливалась в предсказуемом исходном положении благодаря эффекту автостабилизации. В крайней позиции наблюдалось натяжение аналогов всех связок. Это обеспечивалось действием веса объемной тазовой части модели с прикрепленной нагрузкой. При анализе видеозаписей эффекта авторотации отмечено, что поворот объемной тазовой части вперед и вниз в медиальную сторону происходит быстрее смещения подвешенной к ней нагрузки.
Нами
изучен эффект авторотации при наличии и отсутствии аналога средней ягодичной
мышцы. По координатной сетке измерена величина смещения проекции нагрузки на
горизонтальную плоскости в направлении спереди – назад. Электронным
секундомером определено время, за которое происходило перемещение объемной
тазовой части модели. Эффект авторотации при наличии и отсутствии аналога средней
ягодичной мышцы был повторен пять раз. Полученные данные о времени и расстоянии,
пройденном проекцией нагрузки на горизонтальную плоскость обработаны и рассчитана
средняя скорости (Таблица 1).
Таблица
1.
Скорость
перемещения вперед нагрузки объемной тазовой части
|
Вариант сборки
модели |
Средняя скорость
(м/с) |
|
Модель без аналога средней
ягодичной мышцы |
0.2857 |
|
Модель с аналогом средней
ягодичной мышцы |
0.0033 |
В отсутствии аналога средней ягодичной мышцы перемещение нагрузки вперед происходило более скоротечно. При наличии аналога средней ягодичной мышцы скорость перемещение нагрузки вперед определялась скоростью удлинения аналога средней ягодичной мышцы. Она зависела от скорости вращения вала электропривода. В этом случае движение объемной тазовой части и нагрузки контролировалось процессом удлинения аналога средней ягодичной мышцы. Анализ полученных данных свидетельствует, что скорость перемещения таза, pelvis, в горизонтальной плоскости вперед при ходьбе может регулироваться скоростью удлинения отводящей группы мышц.
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
Моделирование взаимодействия веса тела и отводящей группы мышц
Эффект авторотации с аналогом отводящей группы мышц
Измерение силы, вызывающей авторотацию
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