Моделирование асимметричной двухопорной ортостатической позы

 

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

На настоящем этапе экспериментальных исследований предпринято изучение взаимодействия связок и мышц тазобедренного сустава, articulatio coxae, при поддержании асимметричной двухопорной ортостатической позы. 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.

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 установлена выше, чем с противоположенной стороны (Рис. 2).

Рис. 2. Моделирование асимметричной двухопорной 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 наклон объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону и фиксировался подъемником. В сагиттальной плоскости объемная тазовая часть модели имела отклонение назад. В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели максимально повернута вперед (Рис. 3).

Рис. 3. Моделирование асимметричной двухопорной 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 была приближена к фронтальной плоскости и была направлена вверх и в медиальную сторону. В шарнире модели присутствовало приведение, максимальное разгибание и максимальная пронация. Угол приведения нами несколько уменьшен в сравнении с таковым при моделировании ненапряженной одноопорной ортостатической позы.

Для удержания вышеозначенного положения объемной тазовой части модели не требовалось усилия аналогов мышц. Ни один из динамометров аналогов мышц не регистрировали усилия (Рис. 4).

a

b

c

d
Рис. 4. Динамометры аналогов мышц модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (моделирование асимметричной двухопорной 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. 5).

a

b

c

d
Рис. 5. Аналоги связок модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека (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, lcf – проксимальная часть аналога связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Отмечено натяжение всех аналогов наружных связок, за исключением аналога горизонтальной части подвздошно-бедренной связки. Присутствие натяжения аналогов наружных связок отмечалось по отсутствию их плавных изгибов и прижатию к элементам бедренной части модели. Натянутый аналог седалищно-бедренной связки, аналог вертикальной части подвздошно-бедренной связки и аналог лобково-бедренной связки ограничивали поворот объемной тазовой части модели вперед в горизонтальной плоскости и отклонение назад в сагиттальной плоскости. В ограничении наклона объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону принимал участие подъемник объемной тазовой части.

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 натяжение аналога связки головки бедренной кости. Разобщения сферической головки бедренной части модели и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.

Натяжение аналогов связок происходило спонтанно по причине расположения общего центра масс системы позади, выше и медиальнее центра вращения шарнира. Означенное обусловливало тенденцию к отклонению объемной тазовой части модели назад в сагиттальной плоскости и вниз во фронтальной плоскости. В связи с тем, что наклон вниз в медиальную сторону нами уменьшен и ограничивался подъемником объемной тазовой части, произошло уменьшение натяжения аналога горизонтальной части подвздошно-бедренной связки в сравнении с таковым при моделировании ненапряженной одноопорной ортостатической позы. Наклону объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости препятствовал подъемник объемной тазовой части модели, а также аналог связки головки бедренной кости.

Натянутые аналоги связок, прежде всего стабилизировали объемную тазовую часть модели в горизонтальной и сагиттальной плоскости. Отчасти объемная тазовая часть модели стабилизировалась во фронтальной плоскости аналогов связки головки бедренной кости. Аналоги связок стопорили шарнир модели в трех плоскостях, преимущественно ограничивая разгибание и супинацию.

Стопорение шарнира в сагиттальной плоскости исключало нагрузку на аналог прямой мышцы бедра. Расположение общего центра масс позади шарнира не способствовало нагрузке на аналог комплекса задней группы мышц бедра. Аналог средней ягодичной мышцы и аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, были не задействованы по причине стабилизации объемной тазовой части модели во фронтальной и горизонтальной плоскости аналогами связок и подъемником. Кроме сил реакции натянутых аналогов связок и подъемника, для поддержания объемной тазовой части модели в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего усилия.

В эксперименте по воспроизведению асимметричной двухопорной ортостатической позы выяснено, что при опоре на бедренную часть модели и подъемник возможно достичь устойчивости объемной тазовой части модели. Положение равновесия было обеспечено путем стопорения шарнира модели в сагиттальной и горизонтальной плоскости силой реакции аналога седалищно-бедренной связки, вертикальной части аналога подвздошно-бедренной связки, аналога лобково-бедренной связки, а также аналога связки головки бедренной кости при участии подъемника, имитировавшего контралатеральную нижнюю конечность. В данном варианте эксперимента в стабилизации объемной тазовой части модели аналоги мышц не участвовали.

Экспериментальные данные свидетельствуют, что в асимметричной двухопорной ортостатической позе стабилизация таза, pelvis, в горизонтальной, фронтальной и сагиттальной плоскости может быть достигнута натяжением связок и опорой на обе головки бедренных костей, caput femoris, без напряжения мышц. Со стороны ноги, выпрямленной в коленном суставе, articulatio genum, в тазобедренном суставе, articulatio coxae, необходимо поддерживать пронацию, приведение и разгибание. При этом седалищно-бедренная связка, ligamentum ischiofemorale, вертикальная часть подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, лобково-бедренная связка, ligamentum pubofemorale, и связка головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, натягиваются. В противоположность им горизонтальная часть подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, расслаблена. В описанной позе мышцы тазобедренного сустава, articulatio coxae, могут эпизодически напрягаться для контроля баланса тела и регуляции натяжения связок одноименного преимущественно нагруженного сустава. 

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  

Переход от симметричной двухопорной к ненапряженной одноопорной ортостатической позе    

                                                                     

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