Моделирование ненапряженной одноопорной ортостатической позы
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.
На
настоящем этапе экспериментальных исследований мы смоделировали
ненапряженную
одноопорную ортостатическую позу без участия аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналога средней
ягодичной мышцы.
Эксперимент поставлен на электромеханической
модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью. Конструкция
содержала 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. Объемная тазовая
часть модели стабилизировалась
аналогом средней ягодичной мышцы, аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналогом
лобково-бедренной связки. Данные элементы противодействовали весу нагрузки,
прикрепленной к крайнему отверстию грузового кронштейна объемной тазовой части.
Далее длина аналога
комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и
аналога средней ягодичной мышцы была увеличена. Это воспроизвело
на модели уменьшение напряжения одноименных мышц. В результате под действием
веса объемной тазовой части с прикрепленной к ней
нагрузкой на модели был спонтанно воспроизведен эффект авторотации. Объемная
тазовая часть модели самопроизвольно наклонилась вниз в медиальную сторону (Рис. 2).
 |
| Рис. 2. Моделирование ненапряженной одноопорной ортостатической позы на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц (отсутствует напряжение аналога средней ягодичной мышцы и аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади. |
При этом изображения
крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового
элемента модели оказались на различных уровнях. Со стороны шарнира модели высота
расположения изображения крыла правой подвздошной кости, ala ossis ilii, тазового элемента модели была выше, чем
с противоположенной стороны. В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть
модели также спонтанно повернулась вперед и наружу, а в сагиттальной плоскости
отклонилась назад (Рис. 3).
 |
| Рис. 3. Моделирование ненапряженной одноопорной ортостатической позы на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц (отсутствует напряжение аналога средней ягодичной мышцы и аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны. |
Объемная
тазовая часть модели стабилизировалась только аналогами связок без участия удлиненного
аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и
аналога средней ягодичной мышцы. Длинная ось вертлужного элемента объемной
тазовой части модели имела направление вперед, вверх и в медиальную сторону. В шарнире модели присутствовало
разгибание, пронация и приведение. Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и динамометр аналога
средней ягодичной мышцы не фиксировал усилия (Рис. 4).
 |
| a |
 |
| b |
 |
| c |
 |
| d Рис. 4. Аналоги связок и динамометры электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (моделирование ненапряженной одноопорной ортостатической позы с воспроизведением отсутствия напряжения аналога средней ягодичной мышцы и аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу); 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 поверхностей пары трения шарнира, ориентация
аналогов связок и степени их натяжения. Отмечено натяжение всех аналогов наружных связок, что визуально отмечалось по наличию их 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 присутствие его натяжения. Разобщения
сферической головки шарнира и ответной сферической поверхности вертлужного
элемента модели не наблюдалось.
По причине расположения общего центра масс системы позади
от центра вращения шарнира объемная тазовая часть модели отклонялась назад в
сагиттальной плоскости. Одновременно она поворачивалась вперед в горизонтальной
плоскости и наклонялась вниз во фронтальной плоскости. Означенное приводило к натяжению всех аналогов
наружных связок. Натянутые аналоги наружных связок стабилизировали объемную
тазовую часть модели, ограничивая разгибание в шарнире модели. Отклонению
объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону препятствовал аналог
связки головки бедренной кости и горизонтальная часть аналога
подвздошно-бедренной связки. Комплексное натяжение аналогов связок стабилизировало объемную тазовую часть модели в горизонтальной
плоскости. Кроме сил реакции натянутых аналогов связок, для поддержания модели в положении покоя не требовалось дополнительного
внешнего усилия. Шарнир
модели стопорился аналогами связок одновременно в сагиттальной, фронтальной и
горизонтальной плоскости. Отчетливо проявлялся эффект автостабилизации и
автолатерализации. При отклонении объемной тазовой части модели в
горизонтальной, фронтальной и сагиттальной плоскости, а также при
поступательном смещении в медиальном направлении она спонтанно возвращалась в
исходное положение.
Описанный эксперимент продемонстрировал возможность поддержания ненапряженной одноопорной ортостатической позы только за счет натяжения связок тазобедренного сустава, articulatio coxae, без участия комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius.
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
Моделирование напряженной одноопорной позы с участием средней ягодичной мышцы
Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы с участием коротких ротаторов бедра
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