Модель как аналог
рычага третьего рода
В
поставленных раннее экспериментах установлено, что при воспроизведении
приведения в шарнире модели аналог
связки головки бедренной кости натягивался. Натяжение воспроизводилось и при
подвешивании к проксимальному концу нагрузки. Вес груза действовал по оси
гибкого элемента. Это обусловливало тенденцию к отвесному расположению аналога
связки головки бедренной кости. В настоящем эксперименте мы смоделировали асимметричную
нагрузку аналога связки головки бедренной кости. Смоделировано действия веса
тела, когда линия, опущенная из общего центра масс, находится медиальнее аналога
связки головки бедренной кости и центра сферической головки.
Объемная тазовая часть модели заменена
металлической пластиной с отверстиями длиной 0.105 м. На расстоянии 35 мм от
наружного края мы прикрепили проксимальный (нижний) конец аналога связки головки бедренной кости. Дистальный (верхний) конец гибкого
элемента закреплялся в верхнем отверстии сферической головки бедренной части
модели. По нашему замыслу, пластина воспроизводила упрощенную модель объемной
тазовой части электромеханической модели тазобедренного сустава. Подвешенная на
аналоге связки головки бедренной
кости,
упрощенная модель объемной тазовой части свободно зависала, натягивая гибкий
элемент (Рис. 1).
 |
| Рис. 1. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с упрощенной объемной тазовой частью, подвешенной на аналоге связки головки бедренной кости (вид спереди). |
Изначально
латеральной край пластины (упрощенной модели объемной тазовой части) мы разместили
ниже сферической головкой бедренной части модели. Затем к ее противоположному
(медиальному) концу нами прикреплена нагрузка (Рис. 2).
 |
| Рис. 2. Электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с упрощенной объемной тазовой частью, к которой подвешена нагрузка (равновесие обеспечивается силой реакции аналога связки головки бедренной кости); вверху – вид спереди, внизу – вид сверху. |
В
опыте продемонстрировано механизм участия гибкого элемента в поддержании равновесия
объемной тазовой части модели. Показано, что сила реакции
аналога связки головки бедренной
кости способна стабилизировать систему как минимум во фронтальной плоскости. Действию нагрузки противодействовала
сила реакции аналога связки головки бедренной
кости.
Указанные силы действовали по одну сторону от центра вращения. Соответственно, схему
нагрузки системы можно описать условием равновесия рычага третьего рода (Рис.
3).
 |
| Рис. 3. Вариант схемы нагрузки сферической головки шарнира (рычага третьего рода = рычаг скорости); LCF - сила реакции аналога связки головки бедренной кости, P - вес нагрузки. |
Точкой вращения системы является область контакта упрощенной модели
объемной тазовой части и нижнего полюса сферической головки бедренной
части модели. В данной области упрощенная модель объемной тазовой части опиралась на сферическую головку бедренной части модели, но снизу. Результирующая
сила была направлена снизу-вверх. Система с упрощенной моделью объемной тазовой части,
подвешенной на аналоге связки головки бедренной
кости находилась, в положении покоя. Аналог связки головки бедренной кости
ограничивал наклон упрощенной
модели объемной тазовой части вниз в медиальную сторону, что было аналогично
стопорению шарнира модели во фронтальной плоскости при воспроизведении приведения.
В
положении покоя упрощенная модель объемной тазовой части горизонтальной
плоскости была повернута вперед на 15°, как и бедренная часть модели. При
отклонении в горизонтальной плоскости вперед или назад (воспроизведение
пронации и супинации) спонтанно возникало усилие, которое возвращало упрощенную
модель объемной тазовой части в исходное положение. Описанные наблюдения представляли
собой варианты воспроизведения эффекта авторотации и автостабилизации. Кроме
этого, отмечено, что при смещении упрощенной модели объемной тазовой части в
горизонтальной плоскости нагрузка приподнималась вверх, что воспроизводило
эффект автоотведения. В исходном положении (аналог приведения) высота нагрузки
над основанием модели была минимальной.
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
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