Моделирование завершения одноопорного периода шага при отсутствии LCF

 

Моделирование завершения одноопорного периода шага в отсутствии связки головки бедренной кости при наклоне таза вперед 

Для настоящих экспериментов нами собрана электромеханическая модель тазобедренного сустава человека с объемной тазовой частью, которая имитировала тазобедренный сустав, articulatio coxae, без связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Конструкция воссоздала функциональную и морфологическую ситуацию, свойственную для коксартроза, тазобедренного сустава, articulatio coxae, замещенного стандартным эндопротезом, а также полного повреждения связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. Модель содержала бедренную часть, объемную тазовую часть с нагрузкой, аналог средней ягодичной мышцы и аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, а также аналоги наружных связок: аналог седалищно-бедренной связки, аналог лобково-бедренной связки, аналог вертикальной и горизонтальной части подвздошно-бедренной связки. С целью моделирования действия веса тела к крайнему отверстию грузового кронштейна объемной тазовой части прикреплялась нагрузка массой 1 кг. В соответствующих случаях для стабилизации объемной тазовой части модели использован подъемник, снабженный колесами.

Используя описанное устройство, мы смоделировали основные периоды одиночного шага человека при отсутствии связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. В экспериментах нами воспроизводились положения таза, pelvis, и бедра, os femur, в одиночном шаге при ходьбе пациента, страдающего коксартрозом. Исходные данные были получены при обследовании посредством Системы видеоанализа движений с программным обеспечением компании C-Motion. Эти сведения позволили воссоздать близкую к реальности смену положений таза, pelvis, и бедра, os femur, при ходьбе человека с пораженным тазобедренным суставом, articulatio coxae, явно без связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris.

Для определения ориентации таза, pelvis, в горизонтальной и фронтальной плоскости нами использованы изображения виртуальных моделей головок бедренных костей, caput femoris, предоставляемые в отчете Системы видеоанализа движений. В соответствие с многоплоскостным поворотом таза, pelvis, закономерно изменялось положение линии, соединяющей центры головки бедренной кости, caput femoris, опорной и переносной ноги. По нашему мнению, использование означенного ориентира позволило точнее воспроизвести позицию таза, pelvis, в горизонтальной и фронтальной плоскости.

После воспроизведения середины одноопорного шага мы предприняли моделирование завершения одноопорного периода шага при коксартрозе. Для него характерно продолжение разгибания в тазобедренном суставе, articulatio coxae. Карданное соединение бедренной части модели с основанием деблокировано, бедренная часть модели установлена с наклоном вперед в сагиттальной плоскости на угол 10°. После указанного карданное соединение бедренной части модели с основанием зафиксировано вновь. Изменения положения в иных плоскостях не предпринималось.

Особенностью завершения одноопорного периода шага при коксартрозе является начало наклона таза, pelvis, вниз в медиальную сторону. С целью имитации означенного произведено увеличение длины аналога средней ягодичной мышцы. Длина аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, осталась прежней. В результате означенных действий объемная тазовая часть модели наклонилась вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости (Рис. 1).

Рис. 1. Моделирование завершения одноопорного периода шага на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и наружных связок, но без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза вперед, разгибание 10°); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

На стороне шарнира модели высота расположения изображения крыла подвздошной кости находилась ниже, чем с противоположенной.

При наклоне бедренной части модели вперед и удлинении аналога средней ягодичной мышцы объемная тазовая часть модели спонтанно повернулась вперед и наружу в горизонтальной плоскости, а также наклонился вперед в сагиттальной плоскости (Рис. 2).

Рис. 2. Моделирование начала одноопорного периода шага на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и наружных связок, но без аналога связки головки бедренной кости (наклон таза вперед, разгибание 10°); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны.

Объемная тазовая часть модели сместилась вперед и в латеральном направлении под действием собственного веса и нагрузки. Длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой части модели имела отклонение вверх, назад и в медиальную сторону. В шарнире модели наблюдалось увеличение разгибания и пронации, при уменьшении отведения.

Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, зарегистрировал усилие, удерживающее объемную тазовую часть модели в горизонтальной и сагиттальной плоскости. Увеличилась нагрузка и на динамометр аналога средней ягодичной мышцы, который удерживал объемную тазовую часть модели во фронтальной плоскости (Рис. 3).

a

b

c

d
Рис. 3. Аналоги связок и динамометры электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (моделирование завершения одноопорного периода шага в отсутствии аналога связки головки бедренной кости при наклоне таза вперед при разгибании 10°); 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.

После стабилизации объемной тазовой части модели проанализировано соотношение в шарнире, ориентация аналогов связок и степень их натяжения. Замечено отсутствие натяжения аналогов всех наружных связок. Это проявлялось в их плавных изгибах без прижатия к элементам бедренной части модели. Соответственно, шарнир модели стопорился только аналогами мышц без участия аналогов связок. Разобщения сферической головки шарнира и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось. Поверхности пары трения шарнира плотно смыкались во всех отделах.

По причине расположения общего центра масс системы выше, медиальнее и впереди от центра вращения шарнира объемная тазовая часть модели имела тенденцию к отклонению вперед в сагиттальной плоскости и вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости. Для ее удержания в положении покоя в горизонтальной, сагиттальной и фронтальной плоскости оказалось достаточно усилия лишь двух групп мышц. Дополнительного внешнего усилия не требовалось. Эксперимент продемонстрировал, что смещение таза, pelvis, вперед и в латеральном направлении может вызвать разгибание в тазобедренном суставе, articulatio coxae, при наклоне ноги вперед.  

Смотри также:

а) Базовые эксперименты на электромеханической модели 

Бедренная часть комбинированной модели тазобедренного сустава 

Элементы электромеханической модели тазобедренного сустава человека

Электромеханическая модель без аналогов связок

Упрощение электромеханической модели тазобедренного сустава

Моделирование движений аналога LCF 

Упрощенная модель вертлужной впадины 

Модель как аналог рычага третьего рода 

Моделирование функции LCF 

Моделирование действия веса тела 

Имитация взаимодействия средней ягодичной мышцы и LCF 

Анализ взаимодействия средней ягодичной мышцы и LCF

Моделирование движений в горизонтальной плоскости 

Моделирование супинации 

Моделирование эффекта авторотации  

Обсуждение эффекта авторотации 

Моделирование перемещения общего центра масс тела 

Моделирование взаимодействия наружных связок и LCF 

Моделирование эффекта автостабилизации

Моделирование взаимодействия веса тела и отводящей группы мышц 

Эффект авторотации с аналогом отводящей группы мышц 

Измерение силы, вызывающей авторотацию 

Воспроизведение спонтанной авторотации

Воспроизведение управляемой авторотации  

Обсуждение регулируемого эффекта авторотации  

Моделирование взаимодействия аналогов связок и мышц 

Имитация перемещения общего центра масс тела при наличии аналогов связок и мышц 

Моделирование напряженной одноопорной позы с участием средней ягодичной мышцы 

Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы с участием средней ягодичной мышцы и коротких ротаторов бедра 

Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы с участием коротких ротаторов бедра 

Моделирование ненапряженной одноопорной ортостатической позы 

Моделирование симметричной двухоопорной ортостатической позы  

Моделирование асимметричной двухоопорной ортостатической позы 

Моделирование начала первого двухопорного периода шага 

Моделирование завершения первого двухопорного периода шага  

Моделирование начала одноопорного периода шага 

Моделирование середины одноопорного периода шага 

Моделирование завершения одноопорного периода шага 

Наблюдение: износ нижней поверхности головки бедренной части механической модели 

б) Электромеханическая модель без LCF 

Моделирование функции тазобедренного сустава без LCF

Моделирование первого двухопорного периода шага при отсутствии LCF 

Моделирование начала одноопорного периода шага при отсутствии LCF 

Моделирование середины одноопорного периода шага при отсутствии LCF

                                                                     

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 девятнадцатой 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 capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедра, отсутствие, дисфункция, ходьба, эксперимент, электромеханическая модель, средняя ягодичная мышца, короткие ротаторы

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ