К вопросу о видео и рентген-визуализации LCF

К вопросу о видео и рентген-визуализации связки головки бедренной кости

Известно, что в начале одноопорного периода шага присутствует супинация и сгибание в тазобедренном суставе, articulatio coxae, бедра, а в его средине и конце имеет место наклон таза, pelvis, в неопорную сторону и приведение (Bombelli R., 1993). Вероятно, эти особенности нормальной ходьбы впервые подметили скульпторы Древней Греции.

Нами изучены отчеты Оптической системы анализа (захвата) движений (разработчик компания Qualisys, обработка программой компании C-Motion) при исследовании закономерностей ходьбы человека в норме. Установлено: начале одноопорного периода шага таз, pelvis, во фронтальной плоскости наклоняется вниз в медиальную сторону. При этом в опорном тазобедренном суставе, articulatio coxae, наблюдается приведение (Рис. 1).

Рис. 1. Отчет Оптической системы анализа движений при исследовании закономерностей ходьбы человека в норме; вверху – график движения таза во фронтальной плоскости, внизу – график движений в тазобедренном суставе во фронтальной плоскости; зеленая кривая – изменение угла поворота сегментов слева, красная кривая – изменение угла поворота справа, черная кривая – среднестатистическое изменение угла поворота сегментов тела (норма по данным разработчиков Оптической системы анализа движений).

На основе анализа графиков движений таза, pelvis, и бедра, os femur, можно утверждать, что в начале одноопорного периода шага связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, натягивается.

Дополнительным свидетельством того, что связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, натягивается при наклоне таза, pelvis, вниз в медиальную сторону, являются результаты наших рентгенологических исследований особенностей поддержания ортостатических поз. Отмечено, что при наклоне таза, pelvis, вниз в медиальную сторону, при котором в опорном тазобедренном суставе, articulatio coxae, наблюдается приведение, дистальная область крепления связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, ямка головки бедренной кости, fovea capitis femoris, приближается к внутреннему краю верхнего сектора полулунной поверхности, facies lunata, вертлужной впадины, acetabulum. Одновременно верхненаружный край крыла подвздошной кости, ala ossis ilii, удаляется от большого вертела, trochanter major, опорного бедра, os femur (Рис. 2).

Рис. 2. Переднезадняя рентгенограмма таза, выполненная в одноопорной ортостатической позе с опорой на левую ногу, наблюдается приведение левого бедра, наклон правой половины таза вниз во фронтальной плоскости и поворот ее в горизонтальной плоскости вперед, что подтверждает асимметрия ширины запирательных отверстий и крыльев подвздошной кости; красной стрелкой указана ямка головки бедренной кости, синей стрелкой отмечен внутренний край верхнего сектора полулунной поверхности вертлужной впадины.

Выяснено: при опоре на одну ногу в норме ямка головки бедренной кости, fovea capitis femoris, смещается вверх в ямке вертлужной впадины, fossa acetabuli, и удаляется от вырезки вертлужной впадины, incisura acetabuli. Означенное обусловливает увеличение расстояния между дистальной и проксимальной областью крепления, а следовательно, натяжение связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Кроме этого, нами замечено, что при переходе к одноопорной ортостатической позе поперечный размер запирательного отверстия, foramen obturatum, на стороне опорного бедра, os femur, уменьшается, а на противоположной стороне увеличивается. Это прямое свидетельство поворота таза, pelvis, в горизонтальной плоскости вперед в сторону опорной ноги и пронации в опорном тазобедренном суставе, articulatio coxae. Поворот таза, pelvis, вперед относительно опорной ноги есть проявление эффекта авторотации, обнаруженного в экспериментах на механических и электромеханических моделях. Означенное дополнительно свидетельствует в пользу натяжения связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, при наклоне таза, pelvis, вниз в медиальную сторону в одноопорной ортостатической позе. Удаление верхненаружного края крыла подвздошной кости, ala ossis ilii, от большого вертела, trochanter major, опорного бедра, os femur, – признак удлинения средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, участвующей в удержании таз, pelvis, от опрокидывания вниз в медиальную сторону.

Нами выполнены рентгенограммы при обратном движении, – наклоне таза, pelvis, в латеральную сторону, при котором в опорном тазобедренном суставе, articulatio coxae, наблюдается отведение. Установлено: дистальная область крепления связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, ямка головки бедренной кости, fovea capitis femoris, удаляется от внутреннего края верхнего сектора полулунной поверхности, facies lunata, вертлужной впадины, acetabulum. Одновременно верхненаружный край крыла подвздошной кости, ala ossis ilii, приближается к большому вертелу, trochanter major, опорного бедра, os femur (Рис. 3).

Рис. 3. Переднезадняя рентгенограмма таза, выполненная в одноопорной ортостатической позе с опорой на левую ногу при наклоне таза в сторону опорной нижней конечности; красной стрелкой указана ямка головки бедренной кости, синей стрелкой обозначен внутренний край верхнего сектора полулунной поверхности вертлужной впадины.

При наклоне таза, pelvis, в латеральную сторону ямка головки бедренной кости, fovea capitis femoris, визуально смещаясь вниз в ямке вертлужной впадины, fossa acetabuli, и приближалась к вырезке вертлужной впадины, incisura acetabuli. В результате происходило сближение дистальной и проксимальной области крепления, а значит, к уменьшению натяжения связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Приближение верхненаружного края крыла подвздошной кости к большому вертелу опорного бедра свидетельствовало об укорочении, то есть о сокращении средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, участвующей в удержании таза, pelvis, от опрокидывания вниз в медиальную сторону.

Описанные движения таза, pelvis, и бедра, os femur, во фронтальной плоскости наблюдаются и при ходьбе. Следовательно, при означенной локомоции происходит периодическое увеличение и уменьшение натяжения связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, каждого тазобедренного сустава, articulatio coxae. В случае максимального натяжения связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, будет стопорить тазобедренный сустав, articulatio coxae, во фронтальной плоскости. Опираясь на экспериментальные данные, мы полагаем, что натяжение связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, позволяет в норме уменьшить напряжение отводящей группы мышц, удерживающих таз, pelvis, от опрокидывания в медиальную сторону в одноопорном периоде шага. Изучение биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, при ходьбе показало, что усилие названой мышцы существенно изменяется в различные фазы шага (Рис. 4).

Рис. 4. График биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы при ходьбе; вертикальная синяя линия обозначает двухопорный период шага, слева – одноопорный период шага, справа – переносной период.

В начале шага до момента 5% от длительности целого шага биоэлектрическая активность средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, возрастает. Затем ее биоэлектрическая активность парадоксальным образом начинает снижаться. Это происходит в тот период, когда таз, pelvis, имеет только одну опору, стремиться наклониться в сторону переносной ноги и испытывает влияние комплекса динамических сил. В соответствие с существующей концепцией функционирования тазобедренного сустава, articulatio coxae, в одноопорном периоде шага таз, pelvis, удерживается усилием отводящей группы мышц. Почему одна из основных отводящих мышц в данный период уменьшает свою активность, современная биомеханика тазобедренного сустава, articulatio coxae, ясного ответа не дает. Не понятно так же, в связи с чем в середине одноопорного периода шага в интервале приблизительно 15-25% от целого шага биоэлектрическая активность средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, стабилизируется, но потом вновь продолжает снижаться.

Рациональное объяснение: снижение биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, связано с тем, что она в одноопорном периоде шага функционирует в уступающем режиме. Постепенно снижая биоэлектрическую активность, мышца удлиняется. При этом увеличивается расстояние между областями ее крепления, а таз, pelvis, наклоняется вниз в медиальную сторону. Следствие означенного движения – приближение вектора усилия средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, к центру вращения опорного тазобедренного сустава, articulatio coxae. Соответственно, уменьшается момент данной мышцы, в то время как общий центр масс смещается в медиальную сторону, а плечо веса тела увеличивается. Для удержания таза, pelvis, от опрокидывания в медиальную сторону в создавшихся условиях необходимо увеличение усилия, которое генерирует отводящая группа мышц. Однако биоэлектрическая активность средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, уменьшается. Выяснено, что уменьшается также и биоэлектрическая активность большой ягодичной мышцы, musculus gluteus maximus, передняя порция которой также принимает участие в отведении в тазобедренном суставе, articulatio coxae (Рис. 5).

Рис. 5. График биоэлектрической активности большой ягодичной мышцы при ходьбе; вертикальная синяя линия обозначает двухопорный период шага, слева – одноопорный период шага, справа – переносной период.

По данным литературы, все крупнейшие мышцы отводящей группы: средняя ягодичная мышца, musculus gluteus medius, мышца, напрягающая широкую фасцию бедра, musculus tensor fascia lata, и большая ягодичная мышца, musculus gluteus maximus, в начале одноопорного периода шага уменьшают свою биоэлектрическую активность (Янсон Х.А., 1975; Winter D.A., 1990; Беленький В.Е., Куропаткин Г.В., 1994).

Максимум биоэлектрической активности большой ягодичной мышцы, musculus gluteus maximus, приходится на период 6% от целого шага, средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, – на 10% от целого шага, а мышцы, напрягающей широкую фасцию бедра, musculus tensor fascia lata, – на 12% от целого шага, после их биоэлектрическая активность снижается (Скворцов Д.В., 2007). Считается, что средняя ягодичная мышца, musculus gluteus medius, удерживает таз, pelvis, в положении, близком к горизонтальному, в начале и средине одноопорного периода (Pauwels F., 1965; Bombelli R., 1976; Скворцов Д.В., 2007).

Как образно выразился по этому поводу проф., д.м.н. В.И. Соболев (личное общение, 1998 г.): «…средняя ягодичная мышца является ключом к красивой походке». Близкое мнение высказывал проф., д.м.н. В.М. Машков (личное общение, 2001 г.): средняя ягодичная мышца, musculus gluteus medius, удерживает таз, pelvis, в горизонтальной плоскости, препятствует его наклону в неопорную сторону.

Вращающий момент у мышцы, напрягающей широкую фасцию бедра, musculus tensor fascia lata, – 12.5 кг/м, малой ягодичной мышцы, musculus gluteus minimus, – 7.8 кг/м, большой ягодичной мышцы, musculus gluteus maximus, – 157.6 кг/м (при разгибании), средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, – 9.9 кг/м (Николаев Л.П., 1954). По данным W. Weber, E. Weber (1836), масса большой ягодичной мышцы – 556.0+/-2.5 г, средней ягодичной мышцы – 277.7+/-36.2 г, малой ягодичной мышцы – 102.5+/-15.5 г.

Основной отводящей мышцей является средняя ягодичная мышца, musculus gluteus medius. Площадь ее поперечного сечения – 40 см², длина – 11 см. Она способна развивать силу, эквивалентную 16 кг. Площадь поперечного сечения малой ягодичной мышцы, musculus gluteus minimus, составляет 15 см². Она может создать усилие равное 4.9 кг. Мышца, напрягающая широкую фасцию бедра, musculus tensor fascia lata, развивает силу 7.6 кг. Мощность большой ягодичной мышцы, musculus gluteus maximus, эквивалентна 34 кг, а ее поперечное сечение равно 66 см². Вместе с тем означенная мышца является преимущественно разгибателем бедра (Капанджи А.И., 2010).

К отводящей группе также относят короткие мышцы области тазобедренного сустава, articulatio coxae, именно: верхняя близнецовая мышца, musculus gemellus superior, нижняя близнецовая мышца, musculus gemellus inferior, грушевидная мышца, musculus piriformis, внутренняя запирающая мышца, musculus obturatorius internus, наружная запирающая мышца, musculus obturatorius externus, квадратная мышца бедра, musculus quadratus femoris. По причине малого размера их значение как абдукторов невелико и обычно не принимается во внимание при рассмотрении биомеханики ходьбы и ортостатических поз.

Учитывая вышеприведенные сведения, сложено представить, как при столь малом возможном усилии (16 кг) и незначительном вращательном моменте (9.9 кг/м) средняя ягодичная мышца, musculus gluteus medius, удерживает таз, pelvis, от опрокидывания вниз в медиальную сторону при поддержании одноопорной ортостатической позы и в одноопорном периоде шага. Вместе с тем при ходьбе зачастую обсуждается только функция данной мышцы (Hall M.C., 1963).

С позиции современных представлений о биомеханике тазобедренного сустава, articulatio coxae, он является рычагом первого рода, а точкой вращения является центр головки бедренной кости, capitis femoris. Горизонтальное положение таза, pelvis, в одноопорной позе и при ходьбе сохраняется благодаря равенству моментов силы отводящих мышц и веса тела (Pauwels F., 1980; Bombelli R., 1993). Соотношение плеч сил, действующих в области тазобедренного сустава, articulatio coxae, в одноопорной ортостатической позе обычно указывается как 1:3 (Schoberth H., 1972; Мирзоева И.И. и соавт., 1976; Hall M.C., 1963).

Если принять, что действующий вес тела равен 50 кг, тогда для поддержания таза, pelvis, в положении равновесия в одноопорной ортостатической позе отводящая группа мышц должна развивать усилие, эквивалентное 150 кг, а при ходьбе с учетом динамической компоненты – еще больше. Однако, согласно А.И. Капанджи (2010) суммарное усилие, которое может развить отводящая группа мышц, составляет 62.5 кг. Это явно входит в противоречие со значением, получаемым при расчетах по формуле для условия равновесия рычага первого рода около 1750 Н (Arkhipov S.V., 2019, Архипов С.В., 2019).

Особенности биоэлектрической активности при ходьбе отводящей группы мышц и ее центрального представителя – средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, по нашему мнению, можно объяснить только участием связок тазобедренного сустава, articulatio coxae, в удержании таза, pelvis, от опрокидывания вниз в медиальную сторону, и прежде всего связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. При натяжении она способна преобразовать опорный тазобедренный сустав, articulatio coxae, из аналога рычага первого рода в аналог рычага третьего рода. В серии наших экспериментов на электромеханической модели тазобедренного сустава натяжение аналога связки головки бедренной кости зарегистрировано при величине отклонения объемной тазовой части модели в латеральную сторону на угол 5°. При анализе графика биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, мы заметили, что ее активность в интервале 15-25% от целого шага временно стабилизируется. В этот же период наклон таза, pelvis, вниз в медиальную сторону и приведение бедра, os femur, достигают максимума. Как свидетельствуют данные рентгенографии графическая реконструкция Оптической системы анализа движений, ямка головки бедренной кости, fovea capitis femoris, то есть дистальная область крепления связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, смещается вверх (Рис. 6).

Рис. 6. Сегменты нижних конечностей в одноопорном периоде шага (из отчета Оптической системы анализа движений); стрелкой указано положение ямки головки бедренной кости опорной ноги.

Ориентируясь на данные движений таза, pelvis, и бедра, os femur, во фронтальной плоскости и изменение биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, можно предположить, что в интервале 15-25% от целого шага происходит значимое натяжение связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Из литературы известно, что при приведении бедра, os femur, ямка головки бедренной кости, fovea capitis femoris, перемещается вверху, а связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, натягивается (Капанджи А.И., 2010). Сила ее реакции, шунтируя нагрузку веса тела, позволяет снизить биоэлектрическую активность отводящей группы мышц, и, прежде всего, средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius. Дальнейшее снижение биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, происходит после 25-30% от целого шага. Она достигает минимума и сохраняется приблизительно на низком уровне в интервале 40-90% от целого шага: в конце одноопорного периода шага, в двухопорном периоде и периоде переноса противоположенной ноги. Снижение биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, до нулевого значения не происходит.

По нашему мнению, это обусловлено сохранением тонуса указанной мышцы, который, естественно, присутствует даже в состоянии покоя. Повышение биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, наблюдается в период 90% от целого шага: в конце переносного периода шага и начале одноопорного периода шага. В означенные эпизоды связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, однозначно не натянута и не участвует в стабилизации таза, pelvis, во фронтальной плоскости. Малые размеры большинства мышц отводящей группы нами объясняется тем, что их функция, прежде всего, контроль за наклоном таза, pelvis, вниз в медиальную сторону при ходьбе и при переходе от напряженной одноопорной ортостатической позы к ненапряженной одноопорной ортостатической позе. Следовательно, их доминирующая роль в поддержания таза, pelvis, в середине одноопорного периода шага преувеличенна.

Прямого доказательства взаимосвязи снижения биоэлектрической активности средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, и натяжения связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, мы пока не имеем. Возможно, рентгеноскопия при ходьбе с параллельной регистрацией биоэлектрической активности мышц позволит подтвердить наши предположения, основанные на анализе данных Оптической системы анализа движений и эксперимента на электромеханической модели тазобедренного сустава.

Одним из косвенных свидетельств натяжения связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, в одноопорном периоде шага являются закономерности движений таза, pelvis, в горизонтальной плоскости. При изучении отчетов Оптической системы анализа движений исследования ходьбы человека в норме замечено, что в период 20-30% от целого шага наблюдается заметный разворот таза, pelvis, наружу (Рис. 7).

Рис. 7. Отчет Оптической системы анализа движений при исследовании ходьбы в норме (график движения таза в горизонтальной плоскости); зеленая кривая – изменение угла поворота левой половины таза, красная кривя – изменение угла поворота правой половины таза, черная кривая – среднестатистическое изменение угла поворота таза (норма по данным разработчиков Оптической системы анализа движений).

В указанный период угол приведения опорного бедра, os femur, и наклон таза, pelvis, вниз в медиальную сторону достигают максимума. При этом, как мы полагаем, связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, натягивается. Соответственно, этому должно соответствовать возникновение эффекта авторотации в опорном тазобедренном суставе, articulatio coxae, что, по нашему мнению, и регистрирует Оптическая система анализа движений в период 20-30% от целого шага. При повороте таза, pelvis, вперед-наружу в опорном тазобедренном суставе, articulatio coxae, наблюдается пронация. Вращательное движение таза, pelvis, в горизонтальной плоскости сопровождается поступательным перемещением общего центра масс вперед.

Известно, что пронаторами тазобедренного сустава, articulatio coxae, являются: малая ягодичная мышца, musculus gluteus minimus, передний пучок средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, полусухожильная мышца, musculus semitendinosus, полуперепончатая мышца, musculus semimembranosus, а также мышца, напрягающая широкую фасцию бедра, musculus tensor fascia lata. У каждой из указанных мышц функция пронации факультативна. С нашей точки зрения, перечисленные мышцы только сопровождают поворот таза, pelvis, вперед-латерально при ходьбе и, соответственно, пронацию в опорном тазобедренном суставе, articulatio coxae. Непосредственно движение таза, pelvis, вперед и латерально в горизонтальной плоскости инициирует и поддерживает натянутая связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, благодаря эффекту авторотации.

Примечания

Впервые полную версию представленного выше аналитического материала мы опубликовали в четырнадцатой главе третьего тома монографии с юмором названой «Биомеханика пингвинов» (2018) [academia.edu]. Данная работа написана для личного использования и узкого круга лиц. В книге собраны, систематизированы и проанализированы результаты 25-ти лет изучения ligamentum capitis femoris и смежных тем.

Расшифровку цитированных источников смотри в Списке литературы.

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, значение, роль, эксперимент, модель, средняя ягодичная мышца

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 функции LCF

Моделирование действия веса тела