Моделирование напряженной одноопорной позы с участием средней ягодичной
мышцы
Одноопорные
ортостатические позы принято подразделять на «сильный» и «слабый» тип стойки (Беленький В.Е., 1962). С нашей точки
зрения их более уместно называть соответственно «напряженная» и «ненапряженная»
одноопорная ортостатическая поза. Для напряженной одноопорной ортостатической
позы характерна горизонтальная позиция таза,
pelvis.
В ненапряженной одноопорной ортостатической позе наблюдается меньшее напряжение
мышц опорной ноги и наклон таза, pelvis, в неопорную
сторону (Arkhipov S.V.,
2008) (Рис.
1).
 |
| Рис. 1. Основные типы одноопорной ортостатической позы; слева – ненапряженная, справа – напряженная. |
В
одноопорной ортостатической позе опорная нога, как правило, выпрямлена. Она
разогнута и приведена в тазобедренном суставе, articulatio
coxae,
а также разогнута в коленном суставе, articulatio
genum.
Вторая нога – неопорная. Она согнута в коленном суставе, articulatio genum, а также согнута, повернута наружу и
отведена в тазобедренном суставе, articulatio
coxae.
Данные
типы вертикальной позы характеризуются наибольшей устойчивостью и комфортностью
по сравнению с иными экзотическими одноопорными ортостатическими положениями.
Вместе с тем для поддержания напряженной одноопорной ортостатической позы
требуется заметно больше мышечное усилие опорной ноги. В ненапряженной
одноопорной ортостатической позе отмечается меньшее напряжение мышц опорной
ноги, но большее натяжение связок, прежде всего тазобедренного сустава, articulatio coxae. По нашему мнению, это происходит в связи
со стопорением тазобедренного сустава, articulatio
coxae,
и коленного сустава, articulatio genum, ног посредством натянутых связок.
Согласно
существующим представлениям о биомеханике тазобедренного сустава, articulatio coxae, считается, что поддержание
ортостатических поз во фронтальной плоскости обеспечивается только мышцами (Беленький В.Е., 1962; Pauwels F., 1965; Янсон
Х.А., 1975; Bombelli R., 1993; Шаповалов В.М. и соавт., 1998). При этом
связка головки бедренной кости, ligamentum
capitis femoris, не упоминается
как функциональная связь тазобедренного сустава, articulatio
coxae.
Сила ее реакции не учитывается при расчетах нагрузки на головку бедренной
кости, ligamentum capitis femoris. Задачей настоящих экспериментальных
исследований явилось дальнейшее уточнение функции связок тазобедренного
сустава, articulatio coxae, прежде всего их
роль в поддержании разных типов одноопорной вертикальной позы.
Мы
предприняли моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы на электромеханической
модели тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью. В ее
конструкцию введен аналог комплекса коротких мышц,
вращающих бедро наружу, аналог средней ягодичной мышцы, аналоги связок
тазобедренного сустава: 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. Для
воспроизведения естественного положения общего центра масс тела, находящегося
на уровне верхнего края крестца, os sacrum, выше, позади и
медиальнее опорного тазобедренного сустава, articulatio
coxae,
к крайнему отверстию грузового кронштейна объемной
тазовой части модели присоединялась нагрузка массой 1 кг. В отдельных случаях для стабилизации объемной тазовой части модели использовался подъемник, имитировавший контралатеральную
нижнюю конечность.
Изначально
на электромеханической модели тазобедренного сустава воспроизводилась симметричная двухопорная ортостатическая поза. При этом
объемная тазовая часть модели опиралась на бедренную часть модели и подъемник, имитировавший противоположную
нижнюю конечность. Затем подъемник объемной тазовой части удалялся.
По нашему замыслу указанное воспроизводило переход от симметричной двухопорной ортостатической позы к напряженной
одноопорной ортостатической позе.
Положение объемной тазовой части модели специально регулировалось длиной аналога средней ягодичной мышцы. Он укорачивался так, что изображения
крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового
элемента модели находились на одном уровне (Рис. 2).
 |
| Рис. 2. Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц (воспроизведено напряжение аналога средней ягодичной мышцы); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади. |
В
данном варианте эксперимента объемная тазовая часть модели стабилизировалась только
укороченным аналогом средней ягодичной мышцы. Аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, мы не задействовали.
В
горизонтальной плоскости тазовый элемент объемной тазовой части модели
располагался перпендикулярно переднезадней оси, а в сагиттальной плоскости был
отклонен назад (Рис. 3).
 |
| Рис. 3. Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц (воспроизведено напряжение аналога средней ягодичной мышцы); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны. |
В означенной позиции длинная ось вертлужного
элемента объемной тазовой части модели была направлена назад, вверх и в медиальную
сторону. В
шарнире модели в сагиттальной плоскости присутствовало разгибание, среднее
положение между пронацией и супинацией, а также среднее положение между
приведением и отведением. Динамометр аналога комплекса
коротких мышц, вращающих бедро наружу, не регистрировал усилия. Динамометр
аналога средней ягодичной мышцы зафиксировал нагрузку 1.6 кг (Рис. 4).
 |
| a |
 |
| b |
 |
| c |
 |
| d Рис. 4. Аналоги связок и динамометры электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы с воспроизведением напряжения аналога средней ягодичной мышцы); a – вид спереди, b – вид сзади, c – вид с латеральной стороны, d – вид сверху; условные обозначения: liv - вертикальная часть аналога подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, lih – горизонтальная часть аналога подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, li – аналог седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale, lp – аналог лобково-бедренной связки, ligamentum pubofemorale. |
После стабилизации объемной тазовой части модели
проанализировано соотношение в шарнире, ориентация аналогов связок, а также
степень их натяжения. Отмечено натяжение только аналога лобково-бедренной
связки. Прочие аналоги наружных связок оказались не натянуты, что
отмечалось по плавным их изгибам без прижатия к элементам бедренной части
модели. 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 ограниченно смещался
в медиальном направлении. Это указывало на отсутствие его натяжения. Разобщения
сферической головки шарнира и ответной сферической поверхности вертлужного элемента
модели не наблюдалось.
По причине расположения общего центра масс системы позади
центра вращения шарнира объемная
тазовая часть модели отклонялась назад в сагиттальной плоскости. Указанное приводило к значимому натяжению аналога лобково-бедренной связки.
Натянутый аналог лобково-бедренной связки стабилизировал объемную тазовую часть
модели в сагиттальной плоскости, ограничивая разгибание в шарнире. Отклонению
объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону препятствовал аналог средней ягодичной мышцы. Кроме силы реакции аналога
лобково-бедренной связки и аналога средней ягодичной
мышцы,
для поддержания модели в положении покоя не
требовалось дополнительного внешнего усилия.
Описанный эксперимент продемонстрировал
принципиальную возможность поддержания напряженной одноопорной ортостатической
позы сокращением средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius. Означенное согласуется с существующими представлениями о биомеханике
одноопорных ортостатических поз. Теоретически средняя ягодичная мышца, musculus gluteus medius, способна обеспечить стабильность таза, pelvis,
во фронтальной плоскости, препятствуя его
опрокидыванию вниз в медиальную сторону.
В опытах отмечено, что аналог средней ягодичной
мышцы мог стабилизировать объемную тазовую часть модели и в горизонтальной
плоскости. Соответственно, в напряженной одноопорной ортостатической позе
стабильность таза, pelvis, в горизонтальной
плоскости может обеспечить как средняя ягодичная мышца, musculus gluteus medius, так и напряжение
иных пронаторов и супинаторов тазобедренного сустава, articulatio coxae.
В обсужденном эксперименте стабилизация объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости обеспечивалось натяжением аналога лобково-бедренной связки. В реальных условиях устойчивое равновесие таза, pelvis, в сагиттальной плоскости можно достичь путем напряжения мышц сгибателей и разгибателей тазобедренного сустава, articulatio coxae. Эксперимент показал, что аналог лобково-бедренной связки шунтировал опрокидывающую нагрузку объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости. Подобное в естественном тазобедренном суставе, articulatio coxae, позволит разгрузить мышцы сгибатели. Напряжение мышц, удерживающих таз, pelvis, станет меньше, если проекция общего центра масс тела будет смещена вперед и латеральнее ближе к центру опорного тазобедренного сустава, articulatio coxae.
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
Воспроизведение спонтанной авторотации
Воспроизведение управляемой авторотации
Обсуждение регулируемого эффекта авторотации
Моделирование взаимодействия аналогов связок и мышц
Имитация перемещения общего центра масс тела при наличии аналогов связок и 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 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, поза, эксперимент, электромеханическая модель, средняя ягодичная мышца, короткие ротаторы
Эксперименты и наблюдения