Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с негоризонтальным положением таза

 

Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с негоризонтальным положением таза

[1]. Введение

[2]. Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с наклоном таза вверх в латеральную сторону

[3]. Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с наклоном таза вниз в медиальную сторону и вперед

[4]. Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с наклоном таза вниз в медиальную сторону 6° и назад

[5]. Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с наклоном таза назад и максимально вниз в медиальную сторону

[6]. Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе только с наклоном таза максимально вниз в медиальную сторону  

---

[1]. Введение

В настоящей серии экспериментальных исследований предпринято изучение взаимодействия связок и мышц тазобедренного сустава, articulatio coxae, при коксартрозе в одноопорной ортостатической позе с негоризонтальным положением таза, pelvis. Наклон таза, pelvis, вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости одноопорная ортостатическая поза обычно именуется «симптом Тренделенбурга». Наклон таза, pelvis, вверх в латеральную сторону в одноопорном ортостатической позе принято называть «симптом обратного Тренделенбурга» (Скворцов Д.В., 2007).

Для постановки опытов нами использована модифицированная модель тазобедренного сустава, которая 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 модели. Точка расположения груза воспроизводила общий центр масс тела, локализующийся медиальнее, выше и позади от тазобедренного сустава, articulatio coxae.

Модель воспроизводила функцию трех основных групп мышц тазобедренного сустава, articulatio coxae. С латеральной стороны от шарнира модели располагался аналог средней ягодичной мышцы, который имитировал 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 воспроизводил 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. 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. Ввиду локализации нагрузки позади центра вращения шарнира и тенденции к спонтанному отклонению объемной тазовой части назад в сагиттальной плоскости, мы отказались от моделирования комплекса задней группы мышц бедра, который включает полусухожильную мышцу, musculus semitendinosus, полуперепончатую мышцу, musculus semimembranosus, и длинную головку, caput longum, двуглавой мышцы бедра, musculus biceps femoris.

Модель также содержала аналоги наружных связок: аналог вертикальной и горизонтальной части подвздошно-бедренной связки, аналог седалищно-бедренной связки и аналог лобково-бедренной связки, выполненные из металлического троса.

Наши интраоперационные наблюдения и сведения, почерпнутые в доступной литературе, свидетельствуют, что коксартроз всегда сопровождается патологией, а главное – дисфункцией связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris (Архипов С.В., 2012, 2013; Архипов С.В. и соавт., 2013). В связи с указанным подготовленная для опытов модель тазобедренного сустава не имела аналога связки головки бедренной кости.

На собранной нами модели аналог прямой мышцы бедра препятствовал наклону объемной тазовой части назад в сагиттальной плоскости, что соответствовало разгибанию в шарнире модели. Аналог коротких мышц, вращающих бедро наружу, ограничивал поворот объемной тазовой части модели вперед в горизонтальной плоскости. Аналог средней ягодичной мышцы ограничивал наклон объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости. В сагиттальной плоскости отклонению объемной тазовой части модели назад также препятствовали аналоги наружных связок. В зависимости от угла поворота объемной тазовой части модели в горизонтальной и фронтальной плоскости, аналоги наружных связок по-разному ограничивали воспроизводимые движения, функционируя в содружестве с аналогами мышц.

Основную опорную конечность имитировала бедренная часть модели. В качестве контралатеральной опорной ноги в отдельных случаях использован подъемник, снабженный колесами. Верхняя часть его вертикального стержня упиралась снизу в опорный кронштейн объемной тазовой части модели, что препятствовало отклонению во фронтальной и сагиттальной плоскости. Соответственно, при воспроизведении двухопорной позиции объемная тазовая часть модели опиралась на бедренную часть модели и подъемник. При моделировании опоры на одну ногу объемная тазовая часть покоилась лишь на бедренной части модели.

Таким образом, для уточнения особенностей взаимодействия мышц и связок тазобедренного сустава, articulatio coxae, при коксартрозе мы использовали модифицированную модель, которая содержала: бедренную часть и нагруженную объемную тазовую часть, соединенных аналогами наружных связок, аналогом прямой мышцы бедра, аналогом средней ягодичной мышцы и аналогом коротких мышц, вращающих бедро наружу. Модель не имела аналога связки головки бедренной кости и аналога комплекса задней группы мышц бедра.

[2]. Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с наклоном таза вверх в латеральную сторону

В данном эксперименте на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой мы воспроизвели одноопорную ортостатическую позу при коксартрозе с отклонением таза, pelvis, вверх в латеральную сторону (симптом обратного Тренделенбурга).

Изначально нами смоделирована симметричная двухопорная ортостатическая поза с напряжением аналога прямой мышцы бедра. Для стабилизации объемной тазовой части модели использован подъемник объемной тазовой части, снабженный колесами. Наконечник его вертикального стержня упирался снизу в опорный кронштейн объемной тазовой части модели и препятствовал ее отклонению во фронтальной плоскости. Подъемник объемной тазовой части и бедренная часть модели воспроизводили две опорные нижние конечности. При этом бедренная часть модели располагалась вертикально в сагиттальной плоскости с отклонением в латеральную сторону во фронтальной плоскости на 10°, а ее головка была обращена в медиальную сторону без поворота вокруг вертикальной оси. Для воспроизведения одноопорной ортостатической позы подъемник объемной тазовой части модели удалялся.

В отсутствие подъемника объемная тазовая часть модели наклонялась в медиальную сторону во фронтальной плоскости. Длина аналогов мышц и положение объемной тазовой части модели отрегулировано так, чтобы изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента располагались на разных уровнях. Со стороны шарнира модели высота изображения крыла подвздошной кости, ala ossis ilium, на объемной тазовой части установлена ниже, чем с противоположенной стороны (Рис. 1).

Рис. 1. Моделирование одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза вверх в латеральную сторону во фронтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

Положение объемной тазовой части зафиксировано с наклоном во фронтальной плоскости вверх в латеральную сторону 6°. В сагиттальной плоскости объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад под действием прикрепленной к ней нагрузки. Для достижения устойчивого положения объемной тазовой части модели потребовалось уменьшить длину аналога средней ягодичной мышцы и увеличить длину аналога прямой мышцы бедра. В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели повернулась вперед на 2° (Рис. 2).

Рис. 2. Моделирование одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза вверх в латеральную сторону во фронтальной плоскости); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны.

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

Для удержания объемной тазовой части потребовалось усилие аналога средней ягодичной мышцы и аналога прямой мышцы бедра. Динамометр аналога средней ягодичной мышцы зафиксировал усилия 1.1 кг, а динамометр аналога прямой мышцы бедра – 1.4 кг. Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, не регистрировал усилия (Рис. 3).

a

b

c

d
Рис. 3. Динамометры и аналоги связок модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека без связки головки бедренной кости (моделирование одноопорной ортостатической позы с наклоном таза вверх в латеральную сторону во фронтальной плоскости); a – вид спереди, b – вид сзади, c – вид 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 проанализирована ориентация аналогов связок и степень их натяжения. Отмечено натяжение только аналога седалищно-бедренной связки. Прочие аналоги наружных связок оказались не натянуты. Это подтверждалось их плавными изгибами без прижатия к бедренной части модели. Разобщения сферической головки шарнира и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не происходило.

В связи с расположением общего центра масс системы медиальнее, выше и позади от центра вращения шарнира, объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад в сагиттальной плоскости. За счет усилия аналога прямой мышцы бедра объемная тазовая часть модели удерживалась в вертикальном положении в сагиттальной плоскости. Усилие аналога прямой мышцы бедра стопорило шарнир модели, что способствовало стабилизации объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости и препятствовало ее отклонению назад.

Объемная тазовая часть модели под действием силы тяжести также стремилась наклониться вниз в медиальную сторону. Этому противодействовало усилие, которое развивал аналог средней ягодичной мышцы. Он стопорил шарнир во фронтальной плоскости и стабилизировал в ней объемную тазовую часть модели. При отклонении объемной тазовой части модели вверх в латеральную сторону общий центр масс приближался к центру вращения шарнира. Указанное уменьшало плечо веса объемной тазовой части модели, что снижало усилие аналога средней ягодичной мышцы, требующееся для стабилизации во фронтальной плоскости.

Натянутый аналог седалищно-бедренной связки ограничивал дальнейшее отведение в шарнире модели, а также стабилизировал объемную тазовую часть модели в горизонтальной плоскости, препятствуя ее повороту вперед. Совместное усилие, развиваемое аналогом средней ягодичной мышцы и аналогом прямой мышцы бедра, обеспечивало стабилизацию объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости. Для стабилизации объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости усилие аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, не требовалось. Кроме усилия аналога средней ягодичной мышцы, аналога прямой мышцы бедра и силы реакции аналога седалищно-бедренной связки, для поддержания объемной тазовой части модели в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего воздействия.

Полученные в эксперименте данные свидетельствуют, что в одноопорной ортостатической позе с отклонением таза, pelvis, вверх в латеральную сторону (симптом обратного Тренделенбурга) при отсутствии связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, стабилизация таза, pelvis, в возможна за счет напряжения средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius, прямой мышцы бедра, musculus rectus femoris, и натяжения седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale. В данном варианте одноопорной ортостатической позы компенсация наклона таза, pelvis, во фронтальной плоскости может быть достигнута псевдосколиотическим (S-образным) изгибом во фронтальной плоскости поясничного отдела позвоночника.

[3]. Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с наклоном таза вниз в медиальную сторону и вперед

Затем в эксперименте на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой мы воспроизвели одноопорную ортостатическую позу при коксартрозе с отклонением таза, pelvis, вперед и вниз в медиальную сторону (симптом Тренделенбурга).

Изначально нами смоделирована симметричная двухопорная ортостатическая поза с напряжением аналога прямой мышцы бедра. Для стабилизации объемной тазовой части модели использован подъемник объемной тазовой части, снабженный колесами. Наконечник его вертикального стержня упирался снизу в опорный кронштейн объемной тазовой части модели и препятствовал ее отклонению во фронтальной плоскости. Подъемник объемной тазовой части и бедренная часть модели воспроизводили две опорные нижние конечности. При этом бедренная часть модели располагалась вертикально в сагиттальной плоскости с отклонением в латеральную сторону во фронтальной плоскости на 10°, а ее головка была обращена в медиальную сторону без поворота вокруг вертикальной оси. Для воспроизведения одноопорной ортостатической позы подъемник объемной тазовой части модели удалялся.

В отсутствие подъемника объемная тазовая часть модели наклонялась в медиальную сторону во фронтальной плоскости. Длина аналогов мышц и положение объемной тазовой части модели отрегулировано так, чтобы изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента оставались на разных уровнях. Со стороны шарнира модели высота изображения крыла подвздошной кости, ala ossis ilium, на объемной тазовой части установлена выше, чем с противоположенной стороны (Рис. 4).

Рис. 4. Моделирование одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза вперед и вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

Положение объемной тазовой части зафиксировано с наклоном во фронтальной плоскости вниз в медиальную сторону 6°. В сагиттальной плоскости объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад под действием прикрепленной к ней нагрузки. Для достижения устойчивого положения потребовалось наклонить объемную тазовую часть модели вперед на угол 32° и удлинить аналог средней ягодичной мышцы и аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели повернулась назад на 9° (Рис. 5).

Рис. 5. Моделирование одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза вперед и вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны.

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

Для удержания вышеозначенного положения объемной тазовой части усилий аналогов мышц не требовалось. Динамометры аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, аналога средней ягодичной мышц и аналога прямой мышцы бедра зарегистрировали уменьшение усилий до нуля (Рис. 6).

a

b

c

d
Рис. 6. Динамометры и аналоги связок модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека без связки головки бедренной кости (моделирование одноопорной ортостатической позы с наклоном таза вперед и вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости); a – вид спереди, b – вид сзади, c – вид 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 проанализирована ориентация аналогов связок и степень их натяжения. Отмечено натяжение аналога седалищно-бедренной связки и горизонтальной части аналога подвздошно-бедренной связки. Прочие аналоги наружных связок: аналог лобково-бедренной связки и вертикальной части аналога подвздошно-бедренной связки оказались не натянуты. Это отмечалось по их плавным изгибам без прижатия к бедренной части модели. Разобщения сферической головки шарнира и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.

В связи с расположением общего центра масс системы медиальнее, выше и позади от центра вращения шарнира, объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад в сагиттальной плоскости. За счет наклона объемной тазовой части модели вперед в этом же направлении сместился и общий центр масс системы, что нивелировало тенденцию к отклонению назад. При этом натянулся аналог седалищно-бедренной связки, а также аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки. Означенные элементы застопорили шарнир в сагиттальной плоскости. Теперь объемная тазовая часть модели стремилась наклониться вперед, чему противодействовали вышеупомянутые натянутые действием силы тяжести аналоги связок, стабилизируя модель в сагиттальной плоскости.

Объемная тазовая часть модели под действием силы тяжести также стремилась наклониться вниз в медиальную сторону. Этому препятствовали натянутый аналог седалищно-бедренной связки и аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки. Данные элементы стопорили шарнир, стабилизируя модель во фронтальной плоскости. Сила реакции аналога седалищно-бедренной связки и горизонтальной части аналога подвздошно-бедренной связки удерживали объемную тазовую часть модели в положении устойчивого равновесия и в горизонтальной плоскости. Кроме силы реакции натянутого аналога седалищно-бедренной связки и горизонтальной части аналога подвздошно-бедренной связки, для поддержания объемной тазовой части модели в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего усилия.

Полученные в эксперименте данные свидетельствуют, что в одноопорной ортостатической позе с отклонением таза, pelvis, вперед и вниз в медиальную сторону (симптом Тренделенбурга) при отсутствии связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, стабилизация таза, pelvis, возможна посредством натяжения седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale, и горизонтальной части подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale. В данном варианте одноопорной ортостатической позы наклон таза, pelvis, вперед в сагиттальной плоскости может быть компенсирован гиперлордозом в поясничном отделе позвоночника, а во фронтальной плоскости – С-образным отклонением в латеральную сторону.

[4]. Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с наклоном таза вниз в медиальную сторону 6° и назад

Далее в эксперименте на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой мы воспроизвели одноопорную ортостатическую позу при коксартрозе с отклонением таза, pelvis, назад и умеренно (6°) вниз в медиальную сторону.

Изначально нами смоделирована симметричная двухопорная ортостатическая поза с напряжением аналога прямой мышцы бедра. Для стабилизации объемной тазовой части модели использован подъемник объемной тазовой части, снабженный колесами. Наконечник его вертикального стержня упирался снизу в опорный кронштейн объемной тазовой части модели и препятствовал ее отклонению во фронтальной плоскости. Подъемник объемной тазовой части и бедренная часть модели воспроизводили две опорные нижние конечности. При этом бедренная часть модели располагалась вертикально в сагиттальной плоскости с отклонением в латеральную сторону во фронтальной плоскости на 10°, а ее головка была обращена в медиальную сторону без поворота вокруг вертикальной оси. Для воспроизведения одноопорной ортостатической позы подъемник объемной тазовой части модели удалялся.

В отсутствие подъемника объемная тазовая часть модели наклонялась в медиальную сторону во фронтальной плоскости. Длина аналогов мышц и положение объемной тазовой части модели отрегулировано так, чтобы изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента оставались на разных уровнях. Со стороны шарнира модели высота изображения крыла подвздошной кости, ala ossis ilium, на объемной тазовой части установлена выше, чем с противоположенной стороны (Рис. 7).

Рис. 7. Моделирование одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза назад и вниз 6° в медиальную сторону во фронтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

Положение объемной тазовой части зафиксировано с наклоном во фронтальной плоскости вниз в медиальную сторону 6°. В сагиттальной плоскости объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад под действием прикрепленной к ней нагрузки. Устойчивое положение объемной тазовой части возникло при наклоне назад на угол 23° и удлинить аналог средней ягодичной мышцы и аналог прямой мышцы бедра. В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели повернулась назад на 11° (Рис. 8).

Рис. 8. Моделирование одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза назад и вниз 6° в медиальную сторону во фронтальной плоскости); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны.

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

Для удержания выше означенного положения объемной тазовой части требовалось усилие только аналога прямой мышцы бедра (Рис. 9).

Рис. 9. Динамометр аналога прямой мышцы бедра при моделировании одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза назад и вниз 6° в медиальную сторону во фронтальной плоскости).

Динамометр аналога прямой мышцы бедра зафиксировал усилие 3.0 кг. При этом динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналога средней ягодичной мышцы, не регистрировал усилия (Рис. 10).

a

b

c

d
Рис. 10. Динамометры и аналоги связок модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека без связки головки бедренной кости (моделирование одноопорной ортостатической позы с наклоном таза назад и вниз 6° в медиальную сторону во фронтальной плоскости); a – вид спереди, b – вид сзади, c – вид 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 проанализирована ориентация аналогов связок и степень их натяжения. Отмечено натяжение аналога лобково-бедренной связки и вертикальной части аналога подвздошно-бедренной связки. Прочие аналоги наружных связок: аналог седалищно-бедренной связки и аналог горизонтальной части подвздошно-бедренной связки оказались не натянуты. Это отмечалось по их плавным изгибам без прижатия к бедренной части модели. Разобщения сферической головки шарнира и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.

В связи с расположением общего центра масс системы медиальнее, выше и позади от центра вращения шарнира, объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад в сагиттальной плоскости. За счет наклона объемной тазовой части модели назад в этом же направлении сместился и общий центр масс системы, что усилило тенденцию к отклонению назад. При этом натянулся аналог лобково-бедренной связки и вертикальная часть аналога подвздошно-бедренной связки. Определенную роль в их натяжении сыграл и поворот объемной тазовой части модели назад в горизонтальной плоскости. В стабилизации объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости принимал участие и аналог прямой мышцы бедра. Он своим напряжением снижал нагрузку на натянутые аналоги связок, что способствовало стабилизации объемной тазовой части модели.

Объемная тазовая часть модели под действием силы тяжести также стремилась наклониться вниз в медиальную сторону. Этому препятствовал, прежде всего, аналог вертикальной части подвздошно-бедренной связки. Указанный элемент стопорил шарнир, стабилизируя модель во фронтальной плоскости. Сила реакции аналога лобково-бедренной связки и вертикальной части аналога подвздошно-бедренной связки, а также усилие аналога прямой мышцы бедра удерживали объемную тазовую часть модели в положении устойчивого равновесия и в горизонтальной плоскости. Кроме сил реакции натянутого аналога лобково-бедренной связки, вертикальной части аналога подвздошно-бедренной связки, а также усилия аналога прямой мышцы бедра, для поддержания объемной тазовой части модели в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего усилия.

Полученные в эксперименте данные свидетельствуют, что в одноопорной ортостатической позе с отклонением таза, pelvis, назад и вниз в медиальную сторону 6° при отсутствии связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, стабилизация таза, pelvis, возможна посредством натяжения лобково-бедренной связки, ligamentum pubofemorale, и вертикальной части подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, при напряжении прямой мышцы бедра, musculus rectus femoris. В данном варианте одноопорной ортостатической позы наклон таза, pelvis, назад в сагиттальной плоскости может быть компенсирован наклоном вперед в поясничном отделе позвоночника, а во фронтальной плоскости – С-образным отклонением в латеральную сторону.

[5]. Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с наклоном таза назад и максимально вниз в медиальную сторону

Затем в эксперименте на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой мы воспроизвели одноопорную ортостатическую позу при коксартрозе с отклонением таза, pelvis, назад и максимально вниз в медиальную сторону.

Изначально нами смоделирована симметричная двухопорная ортостатическая поза с напряжением аналога прямой мышцы бедра. Для стабилизации объемной тазовой части модели использован подъемник объемной тазовой части, снабженный колесами. Наконечник его вертикального стержня упирался снизу в опорный кронштейн объемной тазовой части модели и препятствовал ее отклонению во фронтальной плоскости. Подъемник объемной тазовой части и бедренная часть модели воспроизводили две опорные нижние конечности. При этом бедренная часть модели располагалась вертикально в сагиттальной плоскости с отклонением в латеральную сторону во фронтальной плоскости на 10°, а ее головка была обращена в медиальную сторону без поворота вокруг вертикальной оси. Для воспроизведения одноопорной ортостатической позы подъемник объемной тазовой части модели удалялся.

В отсутствие подъемника объемная тазовая часть модели наклонялась в медиальную сторону во фронтальной плоскости. Длина аналогов мышц и положение объемной тазовой части модели отрегулировано так, чтобы изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента оставались на разных уровнях. Со стороны шарнира модели высота изображения крыла подвздошной кости, ala ossis ilium, на объемной тазовой части установлена существенно выше, чем с противоположенной стороны (Рис. 11).

Рис. 11. Моделирование одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза назад и максимально вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

Положение объемной тазовой части зафиксировано с максимальным наклоном во фронтальной плоскости вниз в медиальную сторону. В сагиттальной плоскости объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад под действием прикрепленной к ней нагрузки. Для достижения устойчивого положения объемной тазовой части модели потребовалось ее наклонить назад на угол 13° с корректировкой длины аналога средней ягодичной мышцы и аналога прямой мышцы бедра. В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели повернулась назад на 7° (Рис. 12).

Рис. 12. Моделирование одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза назад и максимально вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны.

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

Для удержания выше означенного положения объемной тазовой части требовалось усилие только аналога прямой мышцы бедра. Динамометр аналога прямой мышцы бедра зарегистрировал усилие 2.4 кг (Рис. 13).

Рис. 13. Динамометр аналога прямой мышцы бедра при моделировании одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза назад и максимально вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости).

Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналога средней ягодичной мышцы, не регистрировали усилия (Рис. 14).

a

b

c

d
Рис. 14. Динамометры и аналоги связок модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека без связки головки бедренной кости (моделирование одноопорной ортостатической позы с наклоном таза назад и максимально вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости); a – вид спереди, b – вид сзади, c – вид 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 проанализирована ориентация аналогов связок и степень их натяжения. Отмечено натяжение обеих частей аналога подвздошно-бедренной связки. Прочие аналоги наружных связок: аналог лобково-бедренной связки и аналог седалищно-бедренной связки оказались не натянуты. Это отмечалось по их плавным изгибам без прижатия к бедренной части модели. Разобщения сферической головки шарнира и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.

В связи с расположением общего центра масс системы медиальнее, выше и позади от центра вращения шарнира, объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад в сагиттальной плоскости. За счет меньшей величины наклона объемной тазовой части модели назад на меньшую величину, чем в предыдущем эксперименте, в этом же направлении смещался и общий центр масс системы. Означенное обуславливало меньшее плечо веса тела в сагиттальной плоскости и меньшую величину усилия, развиваемого аналогом прямой мышцы бедра. Благодаря одновременному максимальному наклону в медиальную сторону натягивались обе части аналога подвздошно-бедренной связки. Вертикальная часть аналога подвздошно-бедренной связки стопорила шарнир в сагиттальной плоскости. Усилие аналога прямой мышцы бедра снижало нагрузку на данный элемент и участвовало в ограничении отклонения объемной тазовой части модели назад в сагиттальной плоскости, что способствовало стабилизации объемной тазовой части модели.

Объемная тазовая часть модели под действием силы тяжести также стремилась наклониться вниз в медиальную сторону. Этому препятствовали обе части аналога подвздошно-бедренной связки. Они стопорили шарнир стабилизируя модель во фронтальной плоскости. Сила реакции обеих частей аналога подвздошно-бедренной связки, а также усилие аналога прямой мышцы бедра удерживали объемную тазовую часть модели в положении устойчивого равновесия и в горизонтальной плоскости. Кроме сил реакции перечисленных связок, а также усилия аналога прямой мышцы бедра, для поддержания объемной тазовой части модели в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего усилия.

Полученные в эксперименте данные свидетельствуют, что в одноопорной ортостатической позе с отклонением таза, pelvis, назад и максимально вниз в медиальную сторону при отсутствии связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, стабилизация таза, pelvis, возможна посредством натяжения обеих частей подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, и напряжением прямой мышцы бедра, musculus rectus femoris. С уменьшением наклона таза, pelvis, назад в сагиттальной плоскости, напряжение прямой мышцы бедра, musculus rectus femoris, уменьшается. В данном варианте одноопорной ортостатической позы наклон таза, pelvis, назад в сагиттальной плоскости может быть компенсирован наклоном вперед в поясничном отделе позвоночника, а во фронтальной плоскости – С-образным отклонением в латеральную сторону.

[6]. Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе только с наклоном таза максимально вниз в медиальную сторону

В заключении в эксперименте на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой мы воспроизвели одноопорную ортостатическую позу при коксартрозе только с отклонением таза, pelvis, максимально вниз в медиальную сторону (классический симптом Тренделенбурга).

Изначально нами смоделирована симметричная двухопорная ортостатическая поза с напряжением аналога прямой мышцы бедра. Для стабилизации объемной тазовой части модели использован подъемник объемной тазовой части, снабженный колесами. Наконечник его вертикального стержня упирался снизу в опорный кронштейн объемной тазовой части модели и препятствовал ее отклонению во фронтальной плоскости. Подъемник объемной тазовой части и бедренная часть модели воспроизводили две опорные нижние конечности. При этом бедренная часть модели располагалась вертикально в сагиттальной плоскости с отклонением в латеральную сторону во фронтальной плоскости на 10°, а ее головка была обращена в медиальную сторону без поворота вокруг вертикальной оси. Для воспроизведения одноопорной ортостатической позы подъемник объемной тазовой части модели удалялся.

В отсутствие подъемника объемная тазовая часть модели наклонялась в медиальную сторону во фронтальной плоскости. Длина аналогов мышц и положение объемной тазовой части модели отрегулировано так, чтобы изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента оставались на разных уровнях. Со стороны шарнира модели высота изображения крыла подвздошной кости, ala ossis ilium, на объемной тазовой части установлена существенно выше, чем с противоположенной стороны (Рис. 15).

Рис. 15. Моделирование одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза максимально вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

Положение объемной тазовой части зафиксировано с максимальным наклоном во фронтальной плоскости вниз в медиальную сторону 10°. В сагиттальной плоскости объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад под действием прикрепленной к ней нагрузки. Посредством коррекции длины аналогов мышц объемная тазовая часть модели установлена вертикально в сагиттальной плоскости. В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели повернулась вперед на 6° (Рис. 16).

Рис. 16. Моделирование одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза максимально вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны.

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

Для удержания вышеозначенного положения объемной тазовой части не требовалось усилий аналогов мышц, в том числе аналога прямой мышцы бедра (Рис. 17).

Рис. 17. Динамометр аналога прямой мышцы бедра при моделировании одноопорной ортостатической позы на модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и аналогами наружных связок, без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза максимально вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости).

Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. и аналога средней ягодичной мышцы, не регистрировали усилия (Рис. 18).

a

b

c

d
Рис. 18. Динамометры и аналоги связок модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека без связки головки бедренной кости (моделирование одноопорной ортостатической позы с наклоном таза максимально вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости); a – вид спереди, b – вид сзади, c – вид 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 проанализирована ориентация аналогов связок и степень их натяжения. Отмечено натяжение обеих частей аналога подвздошно-бедренной связки и аналога седалищно-бедренной связки. Аналог лобково-бедренной связки оказался не натянут. Это отмечалось по его плавным изгибам без прижатия к бедренной части модели. Разобщения сферической головки шарнира и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.

В связи с расположением общего центра масс системы медиальнее, выше и позади от центра вращения шарнира, объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад в сагиттальной плоскости. За счет поворота объемной тазовой части модели вперед в этом же направлении смещался и общий центр масс системы. Означенное обуславливало существенное уменьшение плеча веса тела в сагиттальной плоскости. Вертикальная часть аналога подвздошно-бедренной связки стопорила шарнир в сагиттальной плоскости, что способствовало стабилизации объемной тазовой части модели и исключало нагрузку на аналог прямой мышцы бедра.

Объемная тазовая часть модели под действием силы тяжести также стремилась наклониться вниз в медиальную сторону. Этому препятствовали обе части аналога подвздошно-бедренной связки и аналог седалищно-бедренной связки. В связи с максимальным наклоном в медиальную сторону означенные элементы натягивались и стопорили шарнир модели во фронтальной плоскости. При этом исключалась нагрузка на аналог средней ягодичной мышцы. Сила реакции обеих частей аналога подвздошно-бедренной связки и аналога седалищно-бедренной связки удерживали объемную тазовую часть модели в положении устойчивого равновесия в горизонтальной плоскости. Кроме сил реакции перечисленных связок, для поддержания объемной тазовой части модели в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего усилия.

Полученные в эксперименте данные свидетельствуют, что в одноопорной ортостатической позе с отклонением таза, pelvis, максимально вниз в медиальную сторону (симптом Тренделенбурга) при отсутствии связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, стабилизация таза, pelvis, возможна посредством натяжения обеих частей подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, и седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale. При увеличении наклона таза, pelvis, в медиальную сторону натягивается большее число наружных связок, что шунтирует нагрузку на основные группы мышц. В данном варианте одноопорной ортостатической позы наклон таза, pelvis, может быть компенсирован С-образным наклоном позвоночника во фронтальной плоскости в латеральную сторону. 

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    

Моделирование асимметричной двухопорной ортостатической позы  

Моделирование первого двухопорного периода шага  

Моделирование одноопорного периода шага  

Моделирование второго двухопорного периода шага   

Моделирование двухопорных поз при коксартрозе   

Моделирование одноопорной ортостатической позы при коксартрозе с горизонтальным положением таза

                                                                     

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, мышцы, эксперимент, механическая модель, коксартроз, поза 

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ