Моделирование
асимметричной двухоопорной ортостатической позы
Различают
два основных типа вертикальной позы с опорой на две нижние конечности:
симметричная двухопорная ортостатическая поза и асимметричная двухопорная
ортостатическая поза (Рис. 1).
 |
| Рис. 1. Основные типы двухопорной ортостатической позы; слева – симметричная двухопорная ортостатическая поза, справа – асимметричная двухопорная ортостатическая поза. |
Симметричная
двухопорная ортостатическая поза характеризуется горизонтальным положением таза, pelvis, и равномерной нагрузкой на обе
выпрямленные в коленных суставах, articulatio
genum,
нижние конечности. В асимметричной двухопорной ортостатической позе
(асимметричный тип стояния или стойка «вольно»), одна из ног выпрямлена, а
другая согнута в коленном суставе, articulatio
genum,
и тазобедренном суставе, articulatio
coxae.
При этом таз, pelvis, располагается
под углом к горизонту (Недригайлова О.В.,
1967; Иваницкий М.Ф., 1985). Означенные типы вертикальной позы характеризуются
наибольшей устойчивостью и комфортностью в сравнении с иными экзотическими ортостатическими
позами (см. примеры 1, примеры 2). Устойчивость нами объясняется
стопорением большинства суставов ног посредством натянутых связок. Соответственно,
субъективная комфортность позы есть результат минимального уровня мышечной
активности.
С
целью изучения двухопорных ортостатических поз нами предпринято их
моделирование 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.
В качестве контралатеральной опорной нижней
конечности для стабилизации объемной тазовой части модели использован подъемник, снабженный
колесами. Верхняя часть его вертикального стержня упиралась снизу в опорный кронштейн
объемной тазовой части модели и препятствовала отклонению
во фронтальной и сагиттальной плоскости. Соответственно, при воспроизведении двухопорной
ортостатической позы объемная тазовая часть модели опиралась на бедренную часть
модели и подъемник,
имитировавший противоположную нижнюю конечность.
В
настоящей серии опытов нами смоделирована асимметричная двухопорная
ортостатическая поза. Для воспроизведения естественного положения общего центра
масс тела, находящегося на уровне верхнего края крестца, os sacrum, выше и позади тазобедренных суставов, articulatio coxae, к крайнему отверстию грузового кронштейна
объемной тазовой части модели присоединялась нагрузка массой 1
кг (Рис. 2).
 |
| Рис. 2. Моделирование асимметричной двухопорной ортостатической позы на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, с аналогами связок и аналогами мышц; вид сзади на подъемник объемной тазовой части и нагрузку, прикрепленную к крайнему отверстию грузового кронштейна. |
Высота
подъемника нами отрегулирована так, что изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента модели находились на
различных уровнях. Со стороны шарнира модели высота расположения изображения
крыла подвздошной кости, ala ossis ilii, была выше, чем с
противоположенной стороны. Во фронтальной плоскости объемная тазовая часть модели имела наклон вниз в медиальную сторону (Рис. 3).
 |
| Рис. 3. Моделирование асимметричной двухопорной ортостатической позы на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами связок и мышц; вверху – вид спереди, внизу – вид сзади. |
В
горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели спонтанно повернулась
вперед и латерально в сторону шарнира модели, а в сагиттальной плоскости отклонилась
назад (Рис. 4).
 |
| Рис. 4. Моделирование асимметричной двухопорной ортостатической позы на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами связок и мышц; вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны. |
В означенном положении длинная ось вертлужного
элемента объемной тазовой части модели была отклонена вперед, вверх и в
медиальную сторону. В
шарнире модели присутствовало разгибание, пронация и приведение. Динамометры
аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналога
средней ягодичной мышцы не регистрировали усилия (Рис. 5).
 |
| a |
 |
| b |
 |
| c |
 |
| d Рис. 5. Аналоги связок и динамометры электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (моделирование асимметричной двухопорной ортостатической позы); 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 в шарнире, ориентация аналогов связок и степень их
натяжения. Отмечено натяжение аналога лобково-бедренной связки и аналога
седалищно-бедренной связки. Обе части аналога подвздошно-бедренной
связки оказались не натянуты, что отмечалось по прижатию
их 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. 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. Указанное приводило к натяжению
аналога
лобково-бедренной связки и аналога седалищно-бедренной связки. Они стабилизировали
объемную тазовую часть модели в сагиттальной плоскости, ограничивая разгибание
в шарнире. Отклонению объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону во
фронтальной плоскости препятствовал натянутый аналог связки головки бедренной кости
и подъемник объемной тазовой части. Подъемник объемной
тазовой части выполнял роль второй опорной нижней конечности, которая в асимметричной
двухопорной ортостатической позе согнута в тазобедренном суставе, articulatio coxae, и коленном суставе, articulatio genum, и, как правило, расслаблена. Роль первой
опорной нижней конечности выполняла бедренная часть модели. В асимметричной
двухопорной ортостатической позе она разогнута в тазобедренном суставе, articulatio coxae, и коленном суставе, articulatio genum, и, как правило, напряжена. Кроме сил
реакции натянутых аналогов связок и подъемника объемной
тазовой части, для поддержания модели в положении покоя не
требовалось дополнительного внешнего усилия.
Нами установлено, что силы реакции натянутого аналога лобково-бедренной связки, аналога седалищно-бедренной связки, аналога связки головки бедренной кости и подъемника объемной тазовой части достаточно для стабилизации объемной тазовой части модели. Таким образом, эксперимент продемонстрировал, что асимметричная двухопорная ортостатическая поза может поддерживаться с ограниченным участием мышц. Мышечное напряжение необходимо для сохранения должного положения разгруженной нижней конечности.
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
Моделирование ненапряженной одноопорной ортостатической позы
Моделирование симметричной двухоопорной ортостатической позы
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