Упрощенная модель вертлужной впадины
Для
уточнения перемещения связки головки бедренной кости в горизонтальной и
сагиттальной плоскости в ямке вертлужной впадины, fossa acetabuli, мы провели серию
экспериментальных исследований на трехмерной модели головки бедренной кости с аналогом связки головки бедренной кости. Экспериментально установлено, что модель проксимальной
области крепления аналога связки головки бедренной кости перемещалась по
пространственной дугообразной траектории. При движении в направлении к
положению устойчивого равновесия системы модель проксимальной области крепления
аналога связки головки бедренной кости двигалась вниз, вперед и в медиальном
направлении.
Для
визуализации перемещения аналога связки
головки бедренной кости в горизонтальной и сагиттальной плоскости в шарнире электромеханической
модели тазобедренного сустава человека с объемной
тазовой частью, а также для определения оптимальной длины аналога связки головки бедренной кости мы упростили вертлужный элемент объемной тазовой
части модели. Обсуждаемое здесь исследование
стало необходимым в связи с тем, что непосредственное наблюдение за
перемещениями аналога
связки головки бедренной кости при
движениях объемной
тазовой части модели было невозможно ввиду ее конструктивных особенностей.
Наружный
диаметр вертлужного элемента равнялся 70 мм, а
внутренний диаметр составил 54 мм с допуском для скользящей посадки на
сферическую головку диаметром 54 мм. Внутри гнезда шарнира имелось фасонное
углубление диаметром 30 мм и глубиной 5 мм. В сферической головке и фасонной
выточке вертлужного элемента мы выполнили сквозные отверстия. Через них
пропускался аналог связки головки бедренной кости.
В
фасонной выточке сделаны 4 сквозных отверстия на 6 часах. При этом расстояние
между краем отверстия, лежащего на границе ямки и канавки фасонной выточки, до ее
верхневнутреннего края составило 25 мм. Из жесткого картона нами вырезано
кольцо с наружным диаметром 70 мм и внутренним диаметром 30 мм. Данное кольцо
явилось плоскостной моделью вертлужного элемента объемной тазовой части модели
(Рис. 1).
 |
| Рис. 1. Плоскостная модель вертлужного элемента объемной тазовой части модели и зажим для крепления аналога связки головки бедренной кости. |
По
нашему замыслу, плоскостная модель вертлужного элемента объемной тазовой части
модели имитировала наружный край вертлужного элемента и край ямки фасонного
углубления. На плоскостной модели вертлужного элемента схематично изображена
канавка фасонного углубления, в котором мы выполнили сквозное отверстие. Оно
располагалось рядом с внутренним краем кольца в точке, лежащей на 6 часах. В указанное
отверстие вводился проксимальный конец аналога связки
головки бедренной кости и закреплялся канцелярским зажимом. Дистальный конец
аналога связки головки бедренной кости вводился
в
сферическую головку и прикреплялся к бедренной части модели. Затем плоскостная
модель вертлужного элемента прижималась к медиальной поверхности сферической
головки бедренной части модели.
Посредством
смещения плоскостной модели вертлужного элемента мы имитировали вращательные
движения объемной тазовой части модели относительно сферической головки.
Перемещая плоскостную модель вертлужного элемента в сагиттальной и
горизонтальной плоскости, имелась возможность отследить смещения аналога связки головки бедренной кости (Рис. 2).
 |
| Рис. 2. Имитация движений плоскостной модели вертлужного элемента, соединенного со сферической головкой аналогом связки головки бедренной кости (вид с медиальной стороны); вверху – пронации в сочетании со сгибанием, в центре – среднее положение с вертикальной ориентацией аналога связки головки бедренной кости, внизу – супинации в сочетании с разгибанием. |
Подбором
определена оптимальная длина аналога связки
головки бедренной кости,
при которой он не контактировал с противоположной внутренней границей
картонного кольца плоскостной модели вертлужного элемента во время его движений
относительно сферической головки. При длине
20 мм создавался приемлемый зазор между дистальным концом аналога связки головки бедренной кости и внутренним краем картонного кольца
плоскостной модели вертлужного элемента. Соответственно, в случае длины аналога
связки головки бедренной кости более 20 мм, он, перемещаясь в фасонном углублении вертлужного
элемента, будет контактировать с внутренними
краями фасонного углубления и повреждаться.
Таким
образом, расстояние между внутренним краем кольца и точкой крепления аналога связки головки бедренной кости к сферической
головке выбрано равным 20 мм. С целью имитации вращательных
движений вертлужного элемента относительно сферической головки мы смещали в
разных направлениях плоскостную модель вертлужного элемента, прижимая ее к
сферической головке бедренной части модели. Так нам удалось визуализировать
перемещение аналога связки головки бедренной кости и
областей его крепления.
Дистальная область крепления аналога связки головки бедренной кости при воспроизведении различных
вращательных движений не изменяла своего положения. Соответственно, при
неподвижном бедре,
os femur,
например, в одноопорной ортостатической позе, дистальная область крепления
связки головки бедренной кости, ligamentum
capitis femoris, то есть ямка головки бедренной кости, fovea capitis femoris, будет находиться в стационарной позиции, которую можно
предсказать.
При воспроизведении приведения с
использованием плоскостной
модели вертлужного элемента
установлено, что дистальная и проксимальная область крепления аналога связки
головки бедренной кости удалялись друг от друга, а сам аналог связки головки бедренной кости натягивался. При имитации
отведения на плоскостной
модели вертлужного элемента отмечено,
что дистальная и проксимальная область крепления аналога связки головки
бедренной кости сближались, а натяжение аналога связки
головки бедренной кости уменьшалось. При воспроизведении сгибания и разгибания
на плоскостной
модели вертлужного элемента
проксимальная область крепления аналога связки головки бедренной кости
перемещалась вперед и назад относительно дистальной области крепления, а аналог
связки головки бедренной кости незначительно натягивался. При указанных движениях
в сагиттальной плоскости аналог связки головки бедренной
кости скручивался, но не ограничивал
амплитуду смещения.
При имитации супинации с
использованием плоскостной
модели вертлужного элемента выяснено,
что дистальная и проксимальная область крепления аналога связки головки
бедренной кости удалялись друг от друга, а аналог связки
головки бедренной кости натягивался. Проксимальная область крепления аналога
связки головки бедренной кости по отношению к дистальной области крепления
перемещалась назад, вверх и в латеральном направлении. Из крайнего положения
воспроизведенной супинации, возвращаясь к исходному положению с имитацией
максимального приведения, проксимальная область крепления аналога связки
головки бедренной кости двигалась вперед, вниз и в медиальном направлении.
Следовательно, при неподвижном бедре, os femur,
например, в начале одноопорного периода шага проксимальная область крепления
связки головки бедренной кости, ligamentum
capitis femoris, будет локализоваться позади, латеральнее, и приблизительно
на уровне дистальной области крепления связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, то есть ямки головки бедренной кости, fovea capitis femoris. При пронации из указанной позиции проксимальная область
крепления связки головки бедренной кости переместиться вперед, вниз и в
медиальном направлении.
Имитируя пронацию с использованием плоскостной модели
вертлужного элемента выяснено, что дистальная и
проксимальная область крепления аналога связки головки бедренной кости также удалялись
друг от друга, а аналог
связки головки бедренной кости
натягивался. Проксимальная область крепления аналога связки головки бедренной
кости по отношению к дистальной области крепления перемещалась вперед, вверх и
в латеральном направлении. Из крайнего положения воспроизведенной пронации возвращаясь
к исходному положению с имитацией максимального приведения, проксимальная
область крепления аналога связки головки бедренной кости двигалась назад, вниз
и в медиальном направлении.
Замечено, что при длине аналога
связки головки бедренной кости больше 20 мм при воспроизведении супинации,
пронации и приведения дистальная область его крепления вступала в контакт
с внутренним краем плоскостной модели вертлужного элемента. Это свидетельствовало,
что при подобных габаритах вертлужного элемента аналог
связки головки бедренной кости более 20 мм неизбежно повредиться при движениях. При
меньшей длине аналог связки головки бедренной кости не контактировал с
противоположной внутренней границей плоскостной модели вертлужного элемента при
движениях относительно сферической головки бедренной части модели.
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
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