Воспроизведение
управляемой авторотации
В
предыдущих опытах на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, аналогами связок и аналогом средней
ягодичной мышцы нами воспроизведен эффект авторотации. Экспериментально
подтверждена возможность контроля над процессом спонтанного поворота объемной
тазовой части вперед аналогом средней ягодичной мышцы, действовавшим
преимущественно во фронтальной плоскости. Однако объемная тазовая часть модели смещалась вперед под действием горизонтальной силы, величина которой зависела
от перемещаемого веса и его взаимодействия с аналогом связки головки бедренной
кости.
На
данном этапе изучения особенностей функционирования электромеханической модели
тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью мы
поставили цель воспроизвести эффект авторотации при наличии всех связок и
выяснить, может ли он контролироваться аналогом
комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Ранее установлено, что в
отсутствие аналогов наружных связок аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, способен влиять на перемещение объемной тазовойчасти
в горизонтальной плоскости.
Для
реализации поставленной цели электромеханическая модель тазобедренного сустава
человека с объемной тазовой частью и аналогами всех связок дополнена аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Изначально мы
зафиксировали объемную тазовую часть модели в позиции с
максимальным поворотом назад в горизонтальной плоскости (Рис. 1).
 |
| Рис. 1. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, аналогами связок и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная супинация); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны. |
Для достижения данного положения аналог комплекса коротких
мышц, вращающих бедро наружу, укорочен до минимума. Благодаря эффекту
автоотведения это привело к максимальному подъему края объемной тазовой части
модели, противоположного шарниру. В шарнире модели
наблюдалось сгибание, максимальная супинация и отведение. (Рис. 2).
 |
| Рис. 2. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, аналогами связок и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная супинация); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади. |
Объемная тазовая часть модели находилась в положении покоя. Оно поддерживалось
усилием аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и силой
реакции аналогов связок
(Рис. 3).
 |
| a |
 |
| b |
 |
| c |
 |
| d Рис. 3. Аналоги связок электромеханической модели тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная супинация); 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, lcf – проксимальная часть аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. |
В связи с реализацией эффекта автоотведения длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой части модели была отклонена
назад, вверх и в медиальную сторону. Отмечено натяжение горизонтальной
части аналога подвздошно-бедренной связки. Прочие аналоги
наружных связок были не натянуты. Об этом свидетельствовал их плавный изгиб 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 не смещался в медиальном направлении. Это
указывало на его натяжение. Динамометр аналога комплекса коротких мышц,
вращающих бедро наружу, регистрировал нагрузку около 1 кг. Соответственно,
объемная тазовая часть модели стабилизировалась аналогом комплекса коротких
мышц, вращающих бедро наружу, укороченным до минимума натяжением аналога связки
головки бедренной кости
и горизонтальной части аналога подвздошно-бедренной связки. Означенные элементы
определяли в шарнире модели отведение, сгибание и супинацию. Разобщения сферической головки бедренной части модели и ответной сферической
поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.
Затем
мы зафиксировали объемную тазовую часть модели в позиции, при которой
она была максимально повернута вперед в горизонтальной плоскости в направлении
реализации эффекта авторотации (Рис. 4).
 |
| Рис. 4. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, аналогами связок и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная пронация); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны. |
Для достижения этого аналог комплекса коротких
мышц, вращающих бедро наружу, был максимально удлинен. Край объемной тазовой
части модели, противоположный шарниру, опустился вниз в медиальную сторону. В шарнире
модели наблюдалось среднее положение между сгибанием и разгибанием, максимально
возможная пронация и приведение (Рис. 5).
 |
| Рис. 5. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, аналогами связок и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная пронация); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади. |
Объемная тазовая часть модели находилась в положении равновесия (Рис. 6).
 |
| a |
 |
| b |
 |
| c |
 |
| d Рис. 6. Аналоги связок электромеханической модели тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная пронация); 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, lcf – проксимальная часть аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. |
Длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой
части модели была отклонена вверх и в медиальную сторону. Отмечено натяжение горизонтальной и
вертикальной части аналога подвздошно-бедренной связки. Аналог
седалищно-бедренной связки и аналог лобково-бедренной
связки были не натянуты. Об этом свидетельствовал их плавный изгиб 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 не смещался в медиальном направлении. Это указывало
на наличие его натяжения. Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих
бедро наружу, не регистрировал какой-либо нагрузки. Соответственно, аналог
комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу при максимальном удлинении, не
влиял на стабильность объемной тазовой части модели. В положении устойчивого
равновесия ее поддерживали силы реакции горизонтальной и вертикальной части
аналога подвздошно-бедренной связки, седалищно-бедренной связки, а также аналога связки головки бедренной кости. Разобщения
сферической головки бедренной части модели и ответной сферической поверхности
вертлужного элемента модели не наблюдалось.
На
следующем этапе нами уточнено взаимодействие комплекса
коротких мышц, вращающих бедро наружу, и связок тазобедренного сустава в
условиях его нагрузки весом тела в однооопорной ортостатической позе. Для этого
электромеханическая
модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, аналогами связок
и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, дополнена нагрузкой.
Она прикреплялась к грузовому кронштейну объемной
тазовой части модели. При этом воспроизводилось положение общего центра масс
тела выше, позади и медиальнее опорного тазобедренного сустава.
Изначально
мы зафиксировали объемную тазовую часть модели в позиции с максимальным
поворотом назад в горизонтальной плоскости (Рис. 7).
 |
| Рис. 7. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, аналогами связок и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная супинация); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны. |
Для достижения означенного положения аналог
комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, нами укорочен до минимума.
Благодаря эффекту автоотведения край объемной тазовой части модели,
противоположный шарниру,
максимально сместился вверх (Рис. 8).
 |
| Рис. 8. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, аналогами связок и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная супинация); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади. |
В шарнире модели наблюдалось среднее положение между
сгибанием и разгибанием, максимально возможная супинация и отведение. В
сагиттальной плоскости присутствовало незначительное отклонение объемной
тазовой части модели назад. Тем самым в шарнире воспроизводилось разгибание. Объемная тазовая часть модели находилась в устойчивом равновесии (Рис. 9).
 |
| Рис. 9. Аналоги связок электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная супинация); вверху вид сверху, внизу – вид сзади: 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, lcf – проксимальная часть аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. |
Длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой части модели была
отклонена назад, вверх и в медиальную сторону. Отмечено отсутствие натяжения
аналогов наружных связок. Об этом свидетельствовал их плавный изгиб 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 не смещался в медиальном направлении. Это
указывало на наличие его натяжения. Динамометр аналога комплекса коротких мышц,
вращающих бедро наружу, регистрировал нагрузку около 2.5 кг.
Соответственно, укороченный аналог комплекса коротких
мышц, вращающих бедро наружу, и натянутый аналог связки головки бедренной кости
обеспечивали стабильность объемной тазовой части модели. Они определяли в шарнире отведение,
супинацию и незначительное разгибание. Разобщения
сферической головки бедренной части модели и ответной сферической поверхности
вертлужного элемента модели не наблюдалось.
Далее
мы удлинили аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу,
и зафиксировали
объемную тазовую часть модели в среднем положении
между пронацией и супинацией (Рис. 10).
 |
| Рис. 10. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, аналогами связок и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (среднее положение между пронацией и супинацией); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади. |
Под действием собственного веса объемная тазовая
часть с нагрузкой спонтанно повернулась вперед и наклонилась вниз в медиальную
сторону. Изображения крыльев подвздошных костей установились на одинаковой
высоте. В шарнире модели наблюдалось среднее положение между сгибанием и
разгибанием, пронацией и супинацией, приведением и отведением. Объемная тазовая часть модели находилась в устойчивом равновесии. Длинная
ось вертлужного элемента объемной тазовой части модели была отклонена назад,
вверх и в медиальную сторону. Отмечено отсутствие натяжения аналогов наружных
связок. Об этом свидетельствовал их плавный изгиб без прижатия к элементам
бедренной части 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. Динамометр аналога
комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, регистрировал нагрузку около
1.5 кг, что было меньше, чем при максимальной супинации (Рис. 11).
 |
| Рис. 11. Вид сзади на аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (среднее положение между пронацией и супинацией). |
Имеющееся в шарнире положение сохранялось благодаря взаимодействию аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и натянутого аналога связки головки бедренной кости. Мы предполагаем, что так как нагрузка, регистрируемая динамометром, уменьшилась, пропорционально увеличилась сила реакции аналога связки головки бедренной кости. Разобщения сферической головки бедренной части модели и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.
Затем
мы зафиксировали объемную тазовую часть модели в положении с максимальным
поворотом вперед в горизонтальной плоскости в направлении реализации эффекта
авторотации
(Рис. 12).
 |
| Рис. 12. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, аналогами связок и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная пронация); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны. |
Нами максимально удлинен аналог комплекса коротких
мышц, вращающих бедро наружу. Под действием собственного веса объемная тазовая
часть с нагрузкой она спонтанно повернулась вперед благодаря эффекту
авторотации, наклонилась вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости и назад
в сагиттальной плоскости. Край объемной тазовой части модели, противоположный
шарниру, сместился вниз, в медиальную сторону (Рис. 13).
 |
| Рис. 13. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, аналогами связок и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная пронация); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади. |
В шарнире модели наблюдалось максимальное разгибание,
приведение и пронации. Объемная тазовая часть модели находилась в устойчивом равновесии, которое
поддерживалось только силой реакции аналогов связок (Рис. 14).
 |
| Рис. 14. Аналоги связок электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью и аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу (максимальная пронация); вверху вид спереди, внизу – вид сзади: 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 реализации эффекта автостабилизации длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой части модели была отклонена вверх, вперед и в медиальную сторону. Отмечено натяжение аналогов всех наружных связок, на что указывало их прижатие к элементам бедренной части 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. Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, не регистрировал усилия. Соответственно, аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу при максимальном удлинении, не влиял на стабильность объемной тазовой части модели. В положении устойчивого равновесия ее поддерживали только силы реакции аналогов связок. Они стопорили шарнир в сагиттальной и фронтальной плоскости, способствуя стабилизации объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости. Разобщения сферической головки и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.
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
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