Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы с наклоном таза вперед при отсутствии LCF

 

Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы с наклоном таза вперед при отсутствии LCF

Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы с избыточным наклоном таза вперед при отсутствии связки головки бедренной кости

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 специальный подъемник, снабженный колесами.

Используя описанное устройство, мы смоделировали основные виды ортостатический поз человека при отсутствии связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris. В экспериментах нами воспроизводились положения таза, pelvis, и бедра, os femur, отдельные из которых нами наблюдались у пациента, страдающего коксартрозом (Архипов С.В., 2013).

Изначально на динамической механической модели тазобедренного сустава человека нами воспроизведена симметричная двухопорная ортостатическая поза с наклоном таза, pelvis, вперед. Для стабилизации объемной тазовой части модели использован подъемник, снабженный колесами. Наконечник его вертикального стержня упирался снизу в опорный кронштейн объемной тазовой части модели и препятствовал ее отклонению во фронтальной и сагиттальной плоскости. Подъемник объемной тазовой части и бедренная часть модели воспроизводили опорные нижние конечности.

Затем мы смоделировали напряженную одноопорную ортостатическую позу с избыточным наклоном таза, pelvis, вперед. Бедренная часть модели располагалась вертикально в сагиттальной плоскости с отклонением наружу во фронтальной плоскости на 10° и поворотом вокруг вертикальной оси вперед на 10°. Удлиненный аналог средней ягодичной мышцы и аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, не участвовали в стабилизации объемной тазовой части модели. Для перехода к напряженной одноопорной ортостатической позе подъемник объемной тазовой части удалялся.

Наклоненная вперед в сагиттальной плоскости объемная тазовая часть спонтанное стабилизировалась, опираясь только на бедренная часть модели, что воспроизвело одноопорную ортостатическую позу. Изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента модели располагались приблизительно на одном уровне во фронтальной плоскости (Рис. 1).

Рис. 1. Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и наружных связок, но без аналога связки головки бедренной кости (избыточный наклон таза вперед); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

В сагиттальной плоскости объемная тазовая часть обрела наклон вперед и вниз до угла 30°. Одновременно она повернулась вперед и наружу в горизонтальной плоскости на угол 3° (Рис. 2).

Рис. 2. Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и наружных связок, но без аналога связки головки бедренной кости (избыточный наклон таза вперед); вверху – вид сверху, внизу – вид с латеральной стороны.

Длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой части модели была отклонена вперед, вверх и в медиальную сторону. В шарнире модели присутствовало сгибание, пронация и среднее положение между приведением и отведением. Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналога средней ягодичной мышцы не регистрировал усилия.

После стабилизации объемной тазовой части модели проанализировано соотношение в шарнире, ориентация аналогов связок и степень их натяжения. Отмечено натяжение аналога седалищно-бедренной связки и горизонтальной части аналога подвздошно-бедренной связки. Аналог лобково-бедренной связки и вертикальная часть аналога подвздошно-бедренной связки оказалась не натянута. Означенное визуально подтверждалось их плавными изгибами без прижатия к элементам бедренной части модели. Разобщения сферической головки шарнира и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось (Рис. 3).

a

b

c

d
Рис. 3. Аналоги связок и динамометры электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы с избыточным наклоном таза вперед при отсутствии аналога связки головки бедренной кости); 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.

По причине расположения общего центра масс системы позади от центра вращения шарнира объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад в сагиттальной плоскости. За счет наклона объемной тазовой части модели вперед и вниз в сагиттальной плоскости общий центр масс оказался впереди от центра вращения шарнира и медиальнее. Указанное привело к самопроизвольному натяжению аналога седалищно-бедренной связки и горизонтальной части аналога подвздошно-бедренной связки. Разность их длины обусловила поворот объемной тазовой части модели вперед и наружу в горизонтальной плоскости. Аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналог средней ягодичной мышцы не участвовали в стабилизации модели. Для поддержания ее в равновесии не требовалось дополнительного внешнего воздействия. Шарнир модели стопорился в трех плоскостях: натянутым аналогом седалищно-бедренной связки и горизонтальной частью аналога подвздошно-бедренной связки.

Экспериментальные данные свидетельствуют, что в напряженной одноопорной ортостатической позе при отсутствии в опорном тазобедренном суставе, articulatio coxae, связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, стабилизация таза, pelvis, в горизонтальной, фронтальной и сагиттальной плоскости без напряжения мышц может быть достигнута натяжением седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale, и горизонтальной части подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale. Реализация означенного сценария требует избыточного поворота таза, pelvis, вперед и вниз в сагиттальной плоскости. Описанный наклон таза, pelvis, доступно компенсировать гиперлордозом в поясничном отделе позвоночника.

Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы с умеренным наклоном таза вперед при отсутствии связки головки бедренной кости

Далее на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой воспроизведена напряженная одноопорная ортостатическая поза с умеренным наклоном таза, pelvis, вперед и вниз в сагиттальной плоскости.

Бедренная часть модели располагалась вертикально в сагиттальной плоскости с отклонением наружу во фронтальной плоскости на 10°. Ее шейку с головкой мы повернули вокруг вертикальной оси строго в медиальную сторону.

Наклон объемной тазовой части модели вперед и вниз в сагиттальной плоскости нами уменьшен до 19°. Одновременно мы укоротили аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналог средней ягодичной мышцы. Длина аналогов мышц отрегулировано так, чтобы изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента модели располагались приблизительно на одном уровне (Рис. 4).

Рис. 4. Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и наружных связок, но без аналога связки головки бедренной кости (умеренный наклон таза вперед); вверху – вид спереди, внизу – вид сзади.

В горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели спонтанно повернулась назад на 3° (Рис. 5).

Рис. 5. Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы на электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью, с аналогами мышц и наружных связок, но без аналога связки головки бедренной кости (умеренный наклон таза вперед); 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 среднее положение между приведением и отведением. В сагиттальной плоскости объемная тазовой части модели стремилась отклониться назад. Для ее удержания потребовалось усилие аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналога средней ягодичной мышцы. Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, зарегистрировал усилие 1.2 кг, а динамометр аналога средней ягодичной мышцы зафиксировал усилия 2.0 кг (Рис. 6).

a

b

c

d
Рис. 6. Аналоги связок и динамометры электромеханической модели тазобедренного сустава человека с нагруженной объемной тазовой частью (моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы с умеренным наклоном таза вперед при отсутствии аналога связки головки бедренной кости); 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. Наблюдалось отсутствие натяжения всех аналогов связок. Означенное визуально подтверждалось плавными изгибами без прижатия к элементам бедренной части модели. Разобщения сферической головки шарнира и ответной сферической поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.

По причине расположения общего центра масс системы позади от центра вращения шарнира объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад в сагиттальной плоскости с потерей равновесия. За счет ее умеренного наклона вперед общий центр масс системы также сместился в данном направлении. Это уменьшило плечо момента веса объемной тазовой части модели в сагиттальной плоскости. Однако отклонения объемной тазовой части модели ни в одной из плоскости не было достаточно для натяжения аналогов связок. Соответственно, они не участвовали в стопорении шарнира.

Объемная тазовая часть модели стабилизировалась только аналогами мышц. Самопроизвольному наклону объемной тазовой части модели вниз в медиальную сторону во фронтальной плоскости, а также вниз и назад препятствовал аналог средней ягодичной мышцы. В стабилизации объемной тазовой части модели в горизонтальной плоскости и отчасти во фронтальной плоскости участвовал аналог комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу. Кроме усилий аналогов мышц, для поддержания объемной тазовой части модели в покое не требовалось дополнительного внешнего усилия.

Данные обсужденного эксперимента свидетельствуют, что в напряженной одноопорной ортостатической позе при отсутствии в опорном тазобедренном суставе, articulatio coxae, связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, возможна стабилизация умеренно наклоненного вперед таза, pelvis, без натяжения связок. Она может быть обеспечена скоординированной активностью комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и средней ягодичной мышцы, musculus gluteus medius. В описанном варианте напряженной одноопорной ортостатической позы наклон таза, pelvis, не требует специальной компенсации – достаточно естественного лордоза в поясничном отделе позвоночника. 

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 

Моделирование завершения одноопорного периода шага при отсутствии LCF 

Моделирование начала второго двухопорного периода шага при отсутствии LCF  

Моделирование симметричной двухопорной ортостатической позы 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 усоврешенствовали 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, поза, эксперимент, электромеханическая модель, средняя ягодичная мышца, короткие ротаторы

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ