Моделирование симметричной двухопорной ортостатической позы

  

Моделирование симметричной 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 симметричной 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°. 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. Данное устройство препятствовало отклонению объемной тазовой части модели во фронтальной и сагиттальной плоскости. Подъемник объемной тазовой части модели явился аналогом контралатеральной нижней конечности.

Путем изменения позиции и высоты подъемника расположение объемной тазовой части модели отрегулировано так, что изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента находились приблизительно на одной высоте (Рис. 2).

Рис. 2. Моделирование симметричной 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.

В сагиттальной плоскости объемной тазовой части модели придано положение, близкое к вертикальному, с незначительным отклонением назад. В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели спонтанно располагалась с поворотом назад на угол 5°. Этому перемещению способствовал подъемник, снабженный колесами. В означенной позиции наблюдалась максимальная устойчивость объемной тазовой части модели (Рис. 3).

Рис. 3. Моделирование симметричной 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 направлена назад, вверх и в медиальную сторону. В шарнире модели присутствовало умеренное разгибание и супинация, а также среднее положение между приведением и отведением.

Для удержания вышеозначенного положения объемной тазовой части участия аналогов мышц не потребовалось. Ни один из динамометров аналогов мышц не регистрировал усилия (Рис. 4).

a

b

c

d
Рис. 4. Динамометры аналогов мышц модифицированной механической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (моделирование симметричной 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 симметричной 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 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. 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 смещался в медиальном направлении. Это указывало на отсутствие его натяжения. Разобщения сферической головки бедренной части модели и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.

Аналог лобково-бедренной связки участвовал в ограничении отклонения объемной тазовой части модели назад в сагиттальной плоскости. Он натягивался под действием нагрузки, прикрепленной к объемной тазовой части модели выше и позади оси вращения системы. Натянутый аналог лобково-бедренной связки стопорил шарнир модели в сагиттальной плоскости, ограничивая разгибание. Это шунтировало нагрузку на аналог прямой мышцы бедра. Вес груза, расположенного позади объемной тазовой части модели, не влиял на аналог комплекса задней группы мышц бедра. Наклону объемной тазовой части модели вниз, в медиальную сторону и назад, а также ее повороту в горизонтальной плоскости препятствовал подъемник объемной тазовой части модели. Наличие подъемника исключало нагрузку на аналог средней ягодичной мышцы и аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Таким образом, кроме силы реакции натянутого аналога лобково-бедренной связки и опоры на подъемник объемной тазовой части модели, для ее поддержания в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего усилия.

Эксперимент продемонстрировал возможность поддержания объемной тазовой части модели в равновесии при опоре на две точки: бедренную часть модели и подъемник объемной тазовой части модели. Для стабилизации системы потребовалось стопорение шарнира модели посредством натяжения аналога лобково-бедренной связки. Это наблюдалось при спонтанном повороте объемной тазовой части модели назад в горизонтальной плоскости и незначительным ее отклонении также назад, но в сагиттальной плоскости. За счет перемещения подъемника и разворота объемной тазовой части назад в шарнире модели воспроизводилось умеренное разгибание и супинация, до натяжения аналога лобково-бедренной связки.

Полученные данные свидетельствуют, что стабилизация таза, pelvis, в симметричной двухопорной ортостатической позе достижимо натяжением как минимуму одной лобково-бедренной связки, ligamentum pubofemorale, гипотетически, без напряжения тазобедренных мышц. Участие мышц в поддержании обсуждаемой позы нам видится в контроле за балансом тела. 

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 

                                                                     

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