Моделирование действия веса тела на электромеханической модели тазобедренного сустава
С
целью дальнейшего изучения функции связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, мы воспроизвели на
модели действие веса тела в одноопорной ортостатической позе. При этом в
электромеханической модели тазобедренного сустава отсутствовала отводящая группа
мышц, аналоги наружных связок, ligamentum
extracapsularia, и вертлужной губы, labrum acetabulare.
Конструкция
нашей электромеханической модели тазобедренного
сустава человека с объемной тазовой частью на данном этапе экспериментальных
исследований содержала только аналог связки
головки бедренной кости. Имитация действия веса тела на тазобедренный сустав, articulatio coxae, осуществлялась путем подвешивания нагрузка. Изначально она прикреплялась к отверстию
грузового кронштейна в непосредственной близости к тазовому элементу объемной тазовой части модели (Рис. 1).
 |
| Рис. 1. Нагрузка, подвешенная к грузовому кронштейну в непосредственной близости от плоскости объемной тазовой части электромеханической модели тазобедренного сустава человека (вид сзади). |
По нашему замыслу, это воспроизводило
общий центр масс тела, расположенный в одной фронтальной плоскости с центром
опорного тазобедренного сустава, articulatio
coxae. Несмотря на подвешенную нагрузку, ориентация
тазовой части модели значимо не изменилась в сравнении с исходным положением. В
шарнире модели наблюдалось максимальное приведение и пронация, в виде поворота объемной тазовой части вперед на 15° (Рис. 2).
 |
| Рис. 2. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с подвешенной нагрузкой в плоскости объемной тазовой части, которая соединена с бедренной частью аналогом связки головки бедренной кости; вверху – вид спереди, внизу – вид сверху. |
В сагиттальной плоскости объемная тазовая часть
имела незначительное отклонение назад, что воспроизводило умеренное разгибание в
шарнире модели (Рис. 3).
 |
| Рис. 3. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с подвешенной нагрузкой в плоскости объемной тазовой части, которая соединена с бедренной частью аналогом связки головки бедренной кости; вверху – вид с латеральной стороны, внизу – вид с медиальной стороны. |
Объемная
тазовая часть модели на сферической головке бедренной части модели сохраняла
устойчивость в трех плоскостях. Подвешенная нагрузка вызывала натяжение аналога
связки головки бедренной кости. В свою очередь, он стопорил шарнир модели во
фронтальной плоскости, что увеличивало стабильность объемной тазовой части. В
положении устойчивого равновесия общий центр масс модели занимал самое низкое
из возможных положений. Тенденции к спонтанному вращательному или
поступательному движению не отмечалось. Поверхности шарнира находились в
соприкосновении во всех отделах. Тенденции к разобщению поверхностей пары трения
шарнира не наблюдалось (Рис. 4).
 |
| Рис. 4. Вид на шарнир динамической модели тазобедренного сустава человека с подвешенной нагрузкой в плоскости объемной тазовой части, которая соединена с бедренной частью аналогом связки головки бедренной кости. |
Подвешивание
груза, увеличило силу прижатия вертлужного элемента к сферической головке
бедренной части модели. Действие нагрузки обусловило более выраженный эффект
автолатерализации.
Для определения примерной величины усилия,
прижимающего вертлужный элемент к сферической головке бедренной части модели,
мы присоединили динамометр к грузовому кронштейну объемной тазовой части модели
(Рис. 5).
 |
| Рис. 5. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с подвешенной нагрузкой в плоскости объемной тазовой части, которая соединена с бедренной частью аналогом связки головки бедренной кости; в положении покоя динамометр, прикрепленный к грузовому кронштейну, не регистрирует усилия. |
Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с подвешенной нагрузкой находилась
в положении покоя. Ее шарнир стопорился натянутым аналогом связки
головки бедренной кости. При этом динамометр не регистрировал какого-либо
усилия. Затем тягой за динамометр мы поднимали вверх объемную тазовую часть
модели до расположения ее в горизонтальной позиции (Рис. 6).
 |
| Рис. 6. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с подвешенной нагрузкой в плоскости объемной тазовой части, которая соединена с бедренной частью аналогом связки головки бедренной кости; объемная тазовая часть модели приподнята до горизонтального уровня, динамометр, прикрепленный к грузовому кронштейну, регистрирует усилие 1.8 кг. |
Для удержания объемной тазовой части
модели в горизонтальной позиции требовалось приложить усилие 1.8 кг.
Поверхности пары трения шарнира модели частично были разобщены. Однако сохранялось
натяжение аналога связки головки бедренной кости. Далее тягой за динамометр мы
поднимали вверх объемную тазовую часть модели до расположения ее с наклоном в
латеральную сторону (Рис. 7).
 |
| Рис. 7. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с подвешенной нагрузкой в плоскости объемной тазовой части, которая соединена с бедренной частью аналогом связки головки бедренной кости; объемная тазовая часть модели приподнята до положения с наклоном в латеральную сторону, динамометр, прикрепленный к грузовому кронштейну, регистрирует усилие 2.4 кг. |
Для удержания объемной тазовой части модели
с наклоном в латеральную сторону требовалось приложить усилие 2.4 кг.
Поверхности пары трения шарнира модели были полностью разобщены, а натяжения
аналога связки головки бедренной кости не наблюдалось (Рис. 8).
 |
| Рис. 8. Вид на шарнир электромеханической модели тазобедренного сустава человека с подвешенной нагрузкой в плоскости объемной тазовой части, которая соединена с бедренной частью аналогом связки головки бедренной кости; объемная тазовая часть модели приподнята до положения с наклоном в латеральную сторону, поверхности пары трения шарнира модели разобщены. |
Усилие,
зарегистрированное динамометром, составило 2.4 кг. Оно обеспечивало прижатие
вертлужного элемента к сферической головке бедренной части модели и натяжение
аналога связки головки бедренной кости. Объемная тазовая часть модели имела
определенную стабильность в горизонтальной плоскости. При повороте в
горизонтальной плоскости на угол 5-10°, то есть при воспроизведении супинации
или пронации, объемная тазовая часть модели возвращалась в исходное положение.
Отклонение в горизонтальной плоскости на больший угол приводило к спонтанному
повороту объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости.
Имитация супинации и пронации в шарнире модели уменьшало угол приведения. Указанное было обусловлено реализацией эффекта автоотведения. В связи с этим при воспроизведении супинации или пронации высота расположения нагрузки над плоскостью опоры увеличивалась. Так как в данном эксперименте нагрузка подвешивалась выше и медиальнее центра шарнира модели, в отсутствие удержания рукой в крайнем положении супинации или пронации объемная тазовая часть модели под действием силы тяжести спонтанно наклонялась вниз, поворачиваясь в сагиттальной плоскости вперед или назад. Как мы уже отмечали, при малом отклонении от исходного положения объемная тазовая часть модели поворачивалась, перемещаясь по дуге в горизонтальной и сагиттальной плоскости. В заключение объемная тазовая часть модели останавливалась с поворотом вперед на угол 15° и оказывалась сонаправлена оси шейки бедренной части модели. Это явление ранее нами названо эффект авторотации в тазобедренном суставе, articulatio coxae. В означенном положении угол приведения в шарнире модели был минимальным. В завершении спонтанного движения тазовой части модели в горизонтальной плоскости она останавливалась в известном положении. Это явление нами было названо эффектом автостабилизации в тазобедренном суставе, 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
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
Эксперименты и наблюдения