Переход от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе

  

Переход от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе

 

[1]. Введение

[2]. Переход от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе. Этап 1.

[3]. Переход от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе. Этап 2.

[4]. Переход от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе. Этап 3.

[5]. Моделирование ненапряженной одноопорной ортостатической позы

  

---

[1] Введение

Введение

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. Устойчивость нами объясняется стопорением большинства суставов ног посредством натянутых связок. Соответственно, субъективная комфортность позы есть результат минимального уровня мышечной активности.

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. 2).

Рис. 2. 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. 

[2] Переход от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе. Этап 1

На данном этапе экспериментальных исследований предпринято изучение взаимодействия связок и мышц тазобедренного сустава, articulatio coxae, при переходе от симметричной двухопорной ортостатической позы к ненапряженной одноопорной ортостатической позе. Для постановки опытов нами использована модифицированная механическая модель. Конструкция содержала бедренную часть и объемную тазовую часть с прикрепленной к ней нагрузкой 1 кг. Последняя моделировала действие веса тела и присоединялась к крайнему отверстию грузового кронштейна, находящемуся на уровне изображения межпозвонкового диска L5-S1 позади плоскости объемной тазовой части. Точка расположения груза воспроизводила общий центр масс тела, локализующийся медиальнее, выше и позади от тазобедренного сустава, articulatio coxae.  

Модель содержала аналог связки головки бедренной кости, аналог вертикальной и горизонтальной части подвздошно-бедренной связки, аналог седалищно-бедренной связки и аналог лобково-бедренной связки, выполненные из металлического троса. Кроме этого, конструкция имитировала четыре основные группы мышц тазобедренного сустава, articulatio coxae. С латеральной стороны от шарнира модели располагался аналог средней ягодичной мышцы, который воспроизводил одноименную мышцу – musculus gluteus medius, ответственную за отведение и пронацию. Позади, на уровне шарнира модели находился аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Данный элемент имитировал функцию квадратной мышцы бедра, musculus quadratus femoris, верхней и нижней близнецовых мышц, musculus gemellus superior et musculus gemellus inferior, и наружной запирающей мышцы, musculus obturatorius externus. Позади, ниже уровня шарнира модели прикреплялся аналог комплекса задней группы мышц бедра. Он моделировал функцию полусухожильной мышцы, musculus semitendinosus, полуперепончатой мышцы, musculus semimembranosus, и длинной головки, caput longum, двуглавой мышцы бедра, musculus biceps femoris. Впереди, ниже уровня шарнира, локализовался аналог прямой мышцы бедра, musculus rectus femoris, одной из крупнейших головок четырехглавой мышцы бедра, musculus quadriceps femoris, ответственной за сгибание в тазобедренном суставе, articulatio coxae.  

Бедренная часть модели устанавливалась вертикально в сагиттальной плоскости в отсутствие поворота в горизонтальной плоскости, но с наклоном в латеральном направлении во фронтальной плоскости на 10°. Изначально для стабилизации объемной тазовой части модели со стороны, противоположной бедренной части модели использован специальный подъемник, снабженный колесами. Наконечник его вертикального стержня упирался снизу в опорный кронштейн объемной тазовой части модели. Указанное устройство препятствовало отклонению объемной тазовой части модели во фронтальной и сагиттальной плоскости. Подъемник объемной тазовой части модели являлся аналогом контралатеральной нижней конечности. Данное положение, воспроизводящее симметричную двухопорную ортостатическую позу, нами изучено и описано ранее.

Вначале настоящего эксперимента подъемник объемной тазовой части удалялся. При этом воспроизводился один из вариантов ненапряженной одноопорной ортостатической позы. В отсутствие подъемника объемная тазовая часть модели наклонялась в медиальную сторону во фронтальной плоскости. Изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента располагались на разной высоте. Со стороны шарнира высота изображения крыла подвздошной кости, ala ossis ilium, на объемной тазовой части модели была выше, чем с противоположенной стороны (Рис. 3).

Рис. 3. Моделирование перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе (первый этап) на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц; вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

В сагиттальной плоскости объемная тазовая часть модели имела положение, близкое к вертикальному, с незначительным отклонением назад. В горизонтальной плоскости объемная тазовая части модели располагалась с поворотом назад на 6° относительно фронтальной плоскости, включающей бедренную часть модели (Рис. 4).

Рис. 4. Моделирование перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе (первый этап) на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц; вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны.

Длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой части модели была направлена назад, вверх и в медиальную сторону. В шарнире модели присутствовало разгибание, супинация и приведение.

Для поддержания вышеозначенного положения объемной тазовой части потребовалось усилие только аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, зарегистрировал усилие 0.8 кг. Динамометры других аналогов мышц не регистрировали усилия (Рис. 5).

Рис. 5. Динамометры аналогов мышц модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (первый этап моделирования перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе); a – динамометр аналога средней ягодичной мышцы, b – динамометр аналога прямой мышцы бедра, c – динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, d – динамометр аналога комплекса задней группы мышц бедра.

После удаления подъемника появилось усилие, которое стремилось повернуть объемную тазовую часть модели вперед в горизонтальной плоскости. Этому противодействовал аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Во фронтальной плоскости динамометр аналога средней ягодичной мышцы оказался не задействован. Это свидетельствовало о том, что во фронтальной плоскости объемная тазовая часть модели удерживалась иными силами.

После стабилизации объемной тазовой части модели проанализирована ориентация аналогов связок и степень их натяжения (Рис. 6).

a

b

c

d
Рис. 6. Аналоги связок модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека (первый этап моделирования перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе); 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, lcf – проксимальная часть аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Отмечено натяжение только аналога лобково-бедренной связки. Прочие аналоги наружных связок оказались не натянуты. Это отмечалось по их плавным изгибам без прижатия к элементам бедренной части модели. Натянутый аналог лобково-бедренной связки участвовал в ограничении отклонения объемной тазовой части модели назад в сагиттальной плоскости.

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 присутствие его натяжения. Разобщения сферической головки бедренной части модели и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.

Натяжение аналога лобково-бедренной связки происходило в связи с расположением общего центра масс системы позади и выше центра вращения шарнира. Это вызывало спонтанный поворот назад в сагиттальной плоскости объемной тазовой части модели. Натянутый аналог лобково-бедренной связки стабилизировал объемную тазовую часть в сагиттальной плоскости, противодействуя ее весу, и стопорил шарнир модели, ограничивая разгибание. Отсутствие значимых отклонений объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости и стопорение шарнира в данной плоскости исключало нагрузку на аналог прямой мышцы бедра. Расположение общего центра масс системы позади от центра вращения шарнира обуславливало отсутствие нагрузки на аналог комплекса задней группы мышц бедра. Наклону объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости препятствовал натянутый аналог связки головки бедренной кости, а также частично был задействован аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Кроме этого, аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, противодействовал повороту объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости вперед. Следовательно, кроме усилия аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, сил реакции натянутого аналога лобково-бедренной связки и аналога связки головки бедренной кости, для поддержания модели в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего воздействия.

На начальном этапе моделирования перехода от симметричной двухопорной ортостатической позы к ненапряженной одноопорной ортостатической позе происходил наклон объемной тазовой части модели вниз, в медиальную сторону во фронтальной плоскости, а также начался ее спонтанный поворот в горизонтальной плоскости вперед. При этом шарнир модели стопорился аналогом лобково-бедренной связки и аналогом связки головки бедренной кости во фронтальной и сагиттальной плоскости. В горизонтальной плоскости поворот объемной тазовой части модели вперед ограничивается аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу.

Таким образом, в начале перехода от симметричной двухопорной ортостатической позы к ненапряженной одноопорной ортостатической позе стабилизация таза, pelvis, во фронтальной и сагиттальной плоскости может быть достигнута натяжением лобково-бедренной связки, ligamentum pubofemorale, и связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Поворот таза, pelvis, вперед в горизонтальной плоскости контролирует комплекс коротких мышц, вращающих бедро наружу. Прочие связки в данной позиции могут быть не натянуты, а иные мышцы тазобедренного сустава, articulatio coxae, расслаблены.

  

[3] Переход от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе. Этап 2.

Далее на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью мы продолжили воспроизведение перехода от симметричной двухопорной ортостатической позы к ненапряженной одноопорной ортостатической позе.

Положение бедренной части модели не изменялось. Произведено удлинение аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. По нашей мысли, это воспроизводило уменьшение усилия одноименных мышц при переходе к ненапряженной одноопорной ортостатической позе.

Изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента оставались на разной высоте. Со стороны шарнира высота изображения крыла подвздошной кости, ala ossis ilium, на объемной тазовой части модели была выше, чем с противоположенной стороны (Рис. 7).

Рис. 7. Моделирование перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе (второй этап) на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц; вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

Во фронтальной плоскости объемная тазовая части модели еще больше наклонилась вниз в медиальную сторону. В сагиттальной плоскости объемная тазовая часть модели оставалась в положении, близком к вертикальному, с незначительным отклонением назад. В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели повернулась вперед и зафиксировался с поворотом назад на 1° относительно фронтальной плоскости, включающей бедренную часть модели (Рис. 8).

Рис. 8. Моделирование перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе (второй этап) на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц; вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны.

Длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой части модели была направлена назад, вверх и в медиальную сторону. В шарнире модели присутствовало разгибание, супинация и приведение.

Для поддержания вышеозначенного положения объемной тазовой части потребовалось усилие аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналога средней ягодичной мышцы. Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, зарегистрировал уменьшение усилие до 0.4 кг. Динамометр аналога средней ягодичной мышцы зафиксировал появление усилия 0.3 кг. Динамометры других аналогов мышц не регистрировали усилия (Рис. 9).

a

b

c

d
Рис. 9. Динамометры аналогов мышц модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (второй этап моделирования перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе); a – динамометр аналога средней ягодичной мышцы, b – динамометр аналога прямой мышцы бедра, c – динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, d – динамометр аналога комплекса задней группы мышц бедра.

После стабилизации объемной тазовой части модели проанализирована ориентация аналогов связок и степень их натяжения (Рис. 10).

a

b

c

d
Рис. 10. Аналоги связок модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека (второй этап моделирования перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе); 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, lcf – проксимальная часть аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Отмечено сохранение натяжения аналога лобково-бедренной связки. Прочие аналоги наружных связок оставались не натянуты. Это подтверждалось их плавными изгибами без прижатия к элементам бедренной части модели. Натянутый аналог лобково-бедренной связки участвовал в ограничении отклонения назад объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости.

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 присутствие его натяжения. Разобщения сферической головки бедренной части модели и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.

Натяжение аналога лобково-бедренной связки сохранялось по причине расположения общего центра масс системы позади и выше центра вращения шарнира. Это вызывало спонтанной поворот назад в сагиттальной плоскости объемной тазовой части модели. Натянутый аналог лобково-бедренной связки стабилизировал объемную тазовую часть в сагиттальной плоскости, противодействуя ее весу, и стопорил шарнир модели, ограничивая разгибание. Отсутствие значимых отклонений объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости и стопорение шарнира в данной плоскости исключало нагрузку на аналог прямой мышцы бедра. Расположение общего центра масс системы позади от центра вращения шарнира обуславливало отсутствие нагрузки на аналог комплекса задней группы мышц бедра. Наклону объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости препятствовал натянутый аналог связки головки бедренной кости, а также частично аналог средней ягодичной мышцы и аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Кроме этого, аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, противодействовал дальнейшему повороту объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости вперед. Следовательно, кроме усилия аналога средней ягодичной мышцы, аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, сил реакции натянутого аналога лобково-бедренной связки и аналога связки головки бедренной кости, для поддержания модели в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего воздействия.

На втором этапе моделирования перехода от симметричной двухопорной ортостатической позы к ненапряженной одноопорной ортостатической позе происходил дополнительный наклон объемной тазовой части модели вниз, в медиальную сторону во фронтальной плоскости, а также продолжается ее спонтанный поворот в горизонтальной плоскости вперед. При этом шарнир модели стопорился аналогом лобково-бедренной связки в сагиттальной плоскости. Во фронтальной плоскости шарнир модели стопорится аналогом связки головки бедренной кости и аналогом средней ягодичной мышцы. В горизонтальной плоскости поворот объемной тазовой части модели вперед ограничивается аналогом комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. При дополнительном повороте вперед объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости уменьшилось усилие, которое регистрировал динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Непроизвольно частично нагрузка была перенесена на аналог средней ягодичной мышцы.

Таким образом, при дальнейшем переходе от симметричной двухопорной ортостатической позы к ненапряженной одноопорной ортостатической позе стабилизация таза, pelvis, во фронтальной и сагиттальной плоскости может быть достигнута напряжением средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, натяжением лобково-бедренной связки, ligamentum pubofemorale, и связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Плавный поворот таза, pelvis, вперед в горизонтальной плоскости продолжает контролировать комплекс коротких мышц, вращающих бедро наружу. Прочие связки в данной позиции могут быть не натянуты, а иные мышцы тазобедренного сустава, articulatio coxae, расслаблены. 

  

[4] Переход от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе. Этап 3.

Затем на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью мы воспроизвели третий этап перехода от симметричной двухопорной ортостатической позы к ненапряженной одноопорной ортостатической позе.

Положение бедренной части модели не изменялось. Произведено максимальное удлинение аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента находились на разной высоте. Со стороны шарнира высота изображения крыла подвздошной кости, ala ossis ilium, на объемной тазовой части модели оставалась выше, чем с противоположенной стороны (Рис. 11).

Рис. 11. Моделирование перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе (третий этап) на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц; вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

Во фронтальной плоскости объемная тазовая часть модели еще больше наклонилась вниз в медиальную сторону. В сагиттальной плоскости тазовый элемент объемной тазовой части модели принял вертикальное положение. В горизонтальной плоскости тазовый элемент объемной тазовой части дополнительно повернулся вперед и остановился с поворотом вперед на 1° относительно фронтальной плоскости, включающей бедренную часть модели (Рис. 12).

Рис. 12. Моделирование перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе (третий этап) на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц; вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны.

Длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой части модели была направлена назад, вверх и в медиальную сторону. В шарнире присутствовала пронация, приведение и среднее положение между сгибанием и разгибанием.

Для удержания вышеозначенного положения объемной тазовой части требовалось усилие только аналога средней ягодичной мышцы. Динамометр аналога средней ягодичной мышцы зафиксировал увеличение усилия до 0.6 кг. Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, зарегистрировал уменьшение усилие до нуля. Динамометры других аналогов мышц, как и ранее, не регистрировали усилия (Рис. 13).

a

b

c

d
Рис. 13. Динамометры аналогов мышц модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (третий этап моделирования перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе); a – динамометр аналога средней ягодичной мышцы, b – динамометр аналога прямой мышцы бедра, c – динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, d – динамометр аналога комплекса задней группы мышц бедра.

После стабилизации объемной тазовой части модели проанализирована ориентация аналогов связок и степень их натяжения (Рис. 14).

a

b

c

d
Рис. 14. Аналоги связок модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека (третий этап моделирования перехода от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе); 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, lcf – проксимальная часть аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Отмечено сохранение натяжения аналога лобково-бедренной связки. Прочие аналоги наружных связок оставались не натянуты. Это подтверждалось их плавными изгибами без прижатия к элементам бедренной части модели. Дополнительно натянутый аналог лобково-бедренной связки при повороте объемной тазовой части модели вперед в горизонтальной плоскости и наклоне вниз в медиальную сторону обусловил ее наклон вперед. В результате объемная тазовая часть модели в сагиттальной плоскости приняла вертикальное положение.

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 присутствие его. Разобщения сферической головки бедренной части модели и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.

Натяжение аналога лобково-бедренной связки сохранялось по причине расположения общего центра масс системы позади и выше центра вращения шарнира. Означенное вызывало тенденцию к повороту назад в сагиттальной плоскости объемной тазовой части модели. Натянутый аналог лобково-бедренной связки стабилизировал объемную тазовую часть в сагиттальной плоскости, противодействуя ее весу, и стопорил шарнир модели, препятствуя разгибанию. Отсутствие значимых отклонений объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости и стопорение шарнира в данной плоскости исключало нагрузку на аналог прямой мышцы бедра. Расположение общего центра масс системы позади от центра вращения шарнира обуславливало отсутствие нагрузки на аналог комплекса задней группы мышц бедра. Наклону объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости препятствовал натянутый аналог связки головки бедренной кости, а также частично аналог средней ягодичной мышцы. Натянутый аналог связки головки бедренной кости наряду с аналогом средней ягодичной мышцы стопорили шарнир модели во фронтальной плоскости. Кроме этого, аналог средней ягодичной мышцы, действуя во фронтальной плоскости, способствовал вертикальному расположению объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости. Поворот объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости достиг своего предела на данном этапе перехода от одной позы к другой. При этом аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, оказался не нагруженным. Кроме усилия аналога средней ягодичной мышц, сил реакции натянутого аналога лобково-бедренной связки и аналога связки головки бедренной кости, для поддержания модели в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего воздействия.

В эксперименте установлено, что на третьем этапе моделирования перехода от симметричной двухопорной ортостатической позы к ненапряженной одноопорной ортостатической позе происходил дополнительный наклон объемной тазовой части модели вниз, в медиальную сторону во фронтальной плоскости, а также ее спонтанный поворот в горизонтальной плоскости вперед. Шарнир модели стопорился аналогом лобково-бедренной связки, аналогом связки головки бедренной кости и аналогом средней ягодичной мышцы. Дальнейший наклон объемной тазовой части модели во фронтальной плоскости и отсутствие силы реакции аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, обусловило увеличение усилия в системе аналога средней ягодичной мышцы. Отсутствие значимых отклонений объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости и стопорение шарнира в данной плоскости аналогом лобково-бедренной связки исключало нагрузку на аналог прямой мышцы бедра и аналог комплекса задней группы мышц бедра.

Таким образом, при переходе от симметричной двухопорной ортостатической позы к ненапряженной одноопорной ортостатической позе стабилизация таза, pelvis, во фронтальной и сагиттальной плоскости может быть достигнута напряжением средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, натяжением лобково-бедренной связки, ligamentum pubofemorale, и связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Прочие связки в данной позиции могут быть не натянуты, а иные мышцы тазобедренного сустава, articulatio coxae, расслаблены.  

 

[5] Моделирование ненапряженной одноопорной ортостатической позы

Следом на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью мы воспроизвели ненапряженную одноопорную ортостатическую позу.

Положение бедренной части модели не изменялось. Произведено максимальное удлинение аналога средней ягодичной мышцы. По нашему замыслу это моделировало расслабление одноименной мышцы. В результате нами воспроизведена ненапряженная одноопорная ортостатическая поза. Изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента находились на разной высоте. Со стороны шарнира высота изображения крыла подвздошной кости, ala ossis ilium, на объемной тазовой части модели оставалась выше, чем с противоположенной стороны (Рис. 15).

Рис. 15. Моделирование ненапряженной одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц; вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

Во фронтальной плоскости объемная тазовая часть модели еще больше наклонилась вниз в медиальную сторону. В сагиттальной плоскости тазовый элемент объемной тазовой части модели отклонился назад. В горизонтальной плоскости тазовый элемент объемной тазовой части максимально повернулся вперед и зафиксировался с поворотом вперед на 11° относительно фронтальной плоскости, включающей бедренную часть модели (Рис. 16).

Рис. 16. Моделирование ненапряженной одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью с аналогами связок и мышц; вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны.

Длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой части модели приблизилась к фронтальной плоскости и была направлена вверх и в медиальную сторону без поворота в горизонтальной плоскости. В шарнире присутствовало максимально возможное разгибание, максимально возможная супинация и максимально возможное приведение.

Для удержания вышеозначенного положения объемной тазовой части не требовалось аналогов мышц. Ни один из динамометров аналогов мышц не регистрировал усилия (Рис. 17).

a

b

c

d
Рис. 17. Динамометры аналогов мышц модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (моделирование ненапряженной одноопорной ортостатической позы); a – динамометр аналога средней ягодичной мышцы, b – динамометр аналога прямой мышцы бедра, c – динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, d – динамометр аналога комплекса задней группы мышц бедра.

После стабилизации объемной тазовой части модели проанализирована ориентация аналогов связок и степень их натяжения (Рис. 18).

a

b

c

d
Рис. 18. Аналоги связок модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека (моделирование ненапряженной одноопорной 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, lcf – проксимальная часть аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Отмечено натяжение аналогов всех наружных связок. Это подтверждалось отсутствием их плавных изгибов и прижатием к элементам бедренной части модели. Аналог седалищно-бедренной связки, обе части аналога подвздошно-бедренной связки и аналог лобково-бедренной связки ограничивали поворот объемной тазовой части модели вперед в горизонтальной плоскости, ее наклон вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости и отклонение назад в сагиттальной плоскости.

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 присутствие его натяжения. Разобщения сферической головки бедренной части модели и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.

Натяжение аналогов связок произошло спонтанно по причине расположения общего центра масс системы позади, выше и медиальнее центра вращения шарнира. Указанное обусловливало тенденцию к отклонению объемной тазовой части модели назад в сагиттальной плоскости и вниз в медиальную сторону. Натянутые аналоги всех связок стопорили шарнир модели и стабилизировали объемную тазовую часть модели в трех плоскостях, ограничивая разгибание, приведение и супинацию. В данном варианте эксперимента в стабилизации объемной тазовой части модели аналоги мышц не участвовали. Кроме сил реакции натянутых аналогов связок, для поддержания модели в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего вмешательства. Попытка наклона объемной тазовой части модели во фронтальной плоскости, ее поворот вперед в горизонтальной плоскости и отклонение назад в сагиттальной плоскости были невозможны.

Таким образом, в ненапряженной одноопорной ортостатической позе стабилизация таза, pelvis, во фронтальной, горизонтальной и сагиттальной плоскости может быть достигнута посредством натяжения связок: седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale, вертикальной и горизонтальной части подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, лобково-бедренной связки, ligamentum pubofemorale, и связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. При этом мышцы области тазобедренного сустава, articulatio coxae, могут быть расслаблены, лишь эпизодически, напрягаясь для контроля баланса тела и степени натяжения связок. 

Смотри также:

а) Базовые эксперименты на электромеханической модели 

Бедренная часть комбинированной модели тазобедренного сустава 

Элементы электромеханической модели тазобедренного сустава человека

Моделирование функции LCF 

Моделирование действия веса тела 

Имитация взаимодействия средней ягодичной мышцы и LCF 

Анализ взаимодействия средней ягодичной мышцы и LCF

б) Модифицированная механическая модель

Конструкция модифицированной механической модели тазобедренного сустава   

Моделирование движений: исходное одноопорное положение  

Моделирование отведения и приведения в тазобедренном суставе   

Моделирование пронации и супинации в тазобедренном суставе 

Моделирование разгибания и сгибания в тазобедренном суставе  

Исходное положение при моделировании ортостатических поз   

Моделирование симметричной двухопорной ортостатической позы 

Моделирование напряженной одноопорной 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 усовершенствовали 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

Экспериментальные исследования на обсуждаемой модели начались в 2009 году. Полная сборка конструкции описана в заявка на изобретение RU2009124926A. Впервые полную версию представленного выше экспериментального материала мы опубликовали в двадцатой главе четвертого 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. 4. Главы 17-21. Напечатано Автором во граде Королев при попечении его супруги Людмилы Николаевны, ММXVIII A.D. [2018], bonum factum! [на благо и счастье], 549 с. [academia.edu]

Ключевые слова

ligamentum teres, ligamentum capitis femoris, связка головки бедра, средняя ягодичная мышца, короткие ротаторы, сгибатели, разгибатели, мышцы, эксперимент, механическая модель, позы 

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ