Изучение взаимодействия связки головки бедренной кости и отводящей группы мышц на комбинированной модели
С целью изучения взаимодействия связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и отводящей группы мышц, комбинированная механическая модель тазобедренного сустава человека с плоскостной тазовой частью, соединенная с бедренной частью модели аналогом связки головки бедренной кости, дополнена аналогом отводящей группы мышц. Дистальный конец аналога связки головки бедренной кости вводился в нижнее отверстие сферической головки и прикреплялся к бедренной части внутри металлического корпуса. Проксимальный конец аналога связки головки бедренной кости фиксировался в центральной части изображения ямки вертлужной впадины плоскостной тазовой части модели. Верхний конец аналога отводящей группы мышц посредством элемента крепления соединялся с верхненаружной областью изображения крыла подвздошной кости плоскостной тазовой части модели. Нижний конец аналога отводящей группы мышц посредством элемента крепления фиксировался к бедренной части комбинированной механической модели тазобедренного сустава человека (Рис. 1).
 |
| Рис. 1. Комбинированная механическая модель тазобедренного сустава человека с плоскостной тазовой частью, содержащая аналог связки головки бедренной кости и аналог отводящей группы мышц; вверху – вид спереди, внизу – вид с латеральной стороны. |
Под действием силы тяжести плоскостная тазовая часть модели наклонялась вниз в медиальную сторону. Это воспроизводило в шарнире модели приведение. Аналог отводящей группы мышц растягивался, а аналог связки головки бедренной кости натягивался. Без воздействия со стороны экспериментатора плоскостная тазовая часть модели удерживалась в положении устойчивого равновесия за счет силы упругости аналога отводящей группы мышц и силы реакции аналога связки головки бедренной кости. Указанные силы препятствовали опрокидыванию плоскостной тазовой части модели вниз в медиальную сторону. Они также способствовали тому, что плоскостная тазовая часть модели располагалась вертикально во фронтальной плоскости (Рис. 2).
 |
| Рис. 2. Комбинированная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом отводящей группы мышц и аналогом связки головки бедренной кости (вид сверху). |
Стремление нагруженного аналога связки головки бедренной кости принять отвесное положение и сила упругости аналога отводящей группы мышц обуславливали стабилизацию плоскостной тазовой части модели в горизонтальной плоскости. Предельную величину наклона плоскостной тазовой части модели вниз в медиальную сторону определял только натянутый аналог связки головки бедренной кости. В крайней позиции плоскостной тазовой части дистальный конец аналога связки головки бедренной не контактировал с изображением верхневнутреннего края полулунной поверхности вертлужной впадины и ее верхним сектором.
При отсутствии аналога отводящей группы мышц верхние сектора сферической головки бедренной части и изображение полулунной поверхности не контактировали. Сферическая головка бедренной части соприкасалась с нижним участком опорной поверхности плоскостной тазовой части модели. Введение в модель аналога отводящей группы мышц не только повысило устойчивость плоскостной тазовой части, но и обеспечило прижатие всей опорной поверхности к сферической головке бедренной части модели (Рис. 3).
 |
| Рис. 3. Вид на шарнир комбинированной механической модели тазобедренного сустава человека (вид спереди); вверху – соединение частей модели аналогом связки головки бедренной кости (верхний сектор сферической головки бедренной части и опорной поверхности плоскостной тазовой части не контактируют), внизу – соединение частей модели аналогом связки головки бедренной кости и аналогом отводящей группы мышц (вся опорная поверхность плоскостной тазовой части соприкасается со сферической головкой бедренной части). |
Сила упругости аналога отводящей группы мышц прижала опорную поверхность плоскостной тазовой части модели к верхнему сектору сферической головки бедренной части. В результате щелевидный зазор в верхней полусфере исчез. Контакт сферической головки бедренной части с опорной поверхностью плоскостной тазовой части вверху и внизу. Эксперимент показал, что натянутая связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, и напряженная отводящая группа мышц могут обеспечить равномерное распределение нагрузки на головку бедренной кости, caput femoris, в одноопорной ортостатической позе и одноопорном периоде шага. Указанные анатомические элементы способны стопорить тазобедренный сустав, articulatio coxae, во фронтальной плоскости. При наличии аналога связки головки бедренной кости и аналога отводящей группы мышц условия равновесия плоскостной тазовой части модели были аналогичны условиям равновесия рычага первого рода. Вместе с тем описанный опыт доказал наличие сил, действующих горизонтально, которые смыкают суставные поверхности.
Для уточнения взаимодействия связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, отводящей группы мышц и приводящей группы мышц, ранее описанная комбинированная механическая модель тазобедренного сустава человека дополнена аналогом приводящей группы мышц. Аналог приводящей группы мышц изготовлен из резиновой нити диаметром 1 мм с элементами крепления в виде крючков из мягкой проволоки на его концах. Верхний элемент крепления аналога приводящей группы мышц фиксировался в области изображения соединения ветви седалищной кости и нижней ветви лобковой кости. Нижний элемент крепления аналога приводящей группы мышц присоединялся к нижнему концу бедренной части модели (Рис. 4).
 |
| Рис. 4. Комбинированная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости, аналогом отводящей группы мышц и аналогом приводящей группы мышц (вид спереди). |
Ориентация аналога приводящей группы мышц оказалась почти параллельна аналогу отводящей группы мышц. Сила упругости аналога приводящей группы мышц еще больше натягивала аналог связки головки бедренной кости. Плоскостная тазовая часть модели находилась в положении с наклоном вниз в медиальную сторону. В шарнире модели сохранялось приведение. Контакт сферической головки бедренной части с опорной поверхностью плоскостной тазовой частью наблюдался в верхних и нижних отделах шарнира (Рис. 5).
 |
| Рис. 5. Вид на шарнир комбинированной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости, аналогом отводящей группы мышц и аналогом приводящей группы мышц (вид спереди); сферическая головка бедренной части и опорная поверхность плоскостной тазовой части соприкасаются в верхних и нижних отделах. |
Аналог приводящей группы мышц не нарушил соприкосновение сферической головки бедренной части и опорной поверхности плоскостной тазовой части в верхней и нижней полусфере. Более того, плоскостная тазовая часть модели обретала дополнительную устойчивость на сферической головке. Воспроизвести большее приведение в шарнире модели не представлялось возможным. Отведению упруго препятствовал аналог приводящей группы мышц. Плоскостная тазовая часть модели сохраняла удовлетворительную стабильность в горизонтальной и сагиттальной плоскости. Эффект автолатерализации плоскостной тазовой части был более выражен.
Отсоединение аналога отводящей группы мышц практически не влияло на стабильность плоскостной тазовой части модели (Рис. 6).
 |
| Рис. 6. Комбинированная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости и аналогом приводящей группы мышц, аналог отводящей группы мышц отсоединен (вид спереди). |
Плоскостная тазовая часть модели оставалась в положении устойчивого равновесия с наклоном вниз в медиальную сторону. Контакт сферической головки бедренной части с опорной поверхностью плоскостной модели таза сохранялся в верхней и нижней части шарнира (Рис. 7).
 |
| Рис. 7. Вид на шарнир комбинированной механической модели тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости и аналогом приводящей группы мышц, аналог отводящей группы мышц отсоединен (вид спереди); сферическая головка бедренной части и опорная поверхность плоскостной тазовой части соприкасаются в верхних и нижних отделах. |
Сила упругости аналога приводящей группы мышц располагалась во фронтальной плоскости и была направлена вниз и в латеральную сторону. Аналогичное направление имеет и сила упругости аналога отводящей группы мышц. Обе указанные силы можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющую. Каждая и них имеет потенциал прижать верхний сектор опорной поверхности плоскостной тазовой части к сферической головке бедренной части. Указанное нам удалось наблюдать в поставленных опытах. Вместе с тем подмечено, что горизонтальное усилие, генерируемое силой упругости аналога приводящей группы мышц менее выражено. Это проявлялось в тенденции к появлению едва заметного зазора между медиальным сектором опорной поверхности плоскостной тазовой части и сферической головкой бедренной части. Возникало ощущение, что при натяжении аналога приводящей группы мышц проксимальный конец аналога связки головки бедренной кости становился точкой вращения системы. Плоскостная тазовая часть модели стремилась повернуться во фронтальной плоскости вниз в медиальную сторону.
После отсоединения аналога приводящей и отводящей группы мышц плоскостная тазовая часть модели оставалась в положении устойчивого равновесия (Рис. 8).
 |
| Рис. 8. Комбинированная механическая модель тазобедренного сустава человека с аналогом связки головки бедренной кости (вид спереди); аналог отводящей группы мышц и аналог приводящей группы мышц отсоединены. |
Отсоединение аналога приводящей и отводящей группы мышц преобразовывало модель из аналога рычага первого рода в аналог рычага третьего рода. Контакт между сферической головкой бедренной части и опорной поверхностью плоскостной модели таза наблюдался только в нижнем секторе шарнира. Плоскостная тазовая часть модели удерживалась в положении устойчивого равновесия исключительно силой реакции аналога связки головки бедренной кости.
Смотри также:
Бедренная часть комбинированной модели тазобедренного сустава
Плоскостная модель правой половины таза человека
Плоскостная тазовая часть комбинированной модели тазобедренного сустава
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, механическая модель
Эксперименты и наблюдения