Моделирование одноопорной
ортостатической позы с симптомом Тренделенбурга при отсутствии LCF
Моделирование одноопорной
ортостатической позы с симптомом «обратного Тренделенбурга» 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 электромеханической 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 отклонением
таза, pelvis,
в латеральную сторону. В статическом положении означенное именуется симптомом
«обратного Тренделенбурга» (Скворцов Д.В., 2007). Для перехода от ранее воспроизведенной
двухопорной к одноопорной ортостатической позе подъемник
объемной тазовой части удалялся. На первом этапе мы воспроизвели типичную напряженную одноопорную ортостатическую позу. Бедренная
часть модели располагалась вертикально в сагиттальной плоскости с отклонением наружу
во фронтальной плоскости на 10°, а ее головка обращена в медиальную сторону без
поворота вокруг вертикальной оси. Длина аналогов мышц отрегулирована так, чтобы
объемная тазовая часть пребывала в положении устойчивого равновесия, а изображения
крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента модели находились
приблизительно на одном уровне.
С целью воссоздания симптома «обратного
Тренделенбурга», при котором таз, pelvis, приподнят и наклонен в латеральную
сторону во фронтальной плоскости, нами уменьшена длина аналога средней ягодичной мышцы (Рис. 1).
Изменяя
длину аналога средней ягодичной мышцы, мы установили объемную тазовую часть модели
с наклоном наружу 10°. Со стороны шарнира модели высота расположения изображения
крыла подвздошной кости, ala ossis ilii, тазового элемента модели стала во
фронтальной плоскости ниже, чем с противоположенной.
В
сагиттальной плоскости объемная тазовая часть модели стремилась отклониться назад
под влиянием нагрузки. Для достижения устойчивости потребовалось наклонить объемную
тазовую часть модели вперед на 23° и дополнительно уменьшить длину аналога средней ягодичной мышцы. При этом в горизонтальной плоскости объемная
тазовая часть модели повернулась назад на 10° (Рис. 2).
Длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой части
модели была отклонена назад, вверх и в медиальную сторону. В шарнире модели присутствовало
сгибание, супинация и отведение. Для удержания объемной тазовой части требовалось
усилие аналога средней ягодичной мышцы – 1.6 кг. Динамометр аналога
комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу,
зарегистрировал уменьшение усилие до нуля (Рис. 3).
![]() |
a |
![]() |
b |
![]() |
c |
После стабилизации объемной тазовой части модели
проанализировано соотношение в шарнире, ориентация аналогов связок и степени их
натяжения. Отмечено отсутствие натяжения всех аналогов связок. Визуально это подтверждалось их плавными изгибами без прижатия к элементам бедренной
части модели. Разобщения сферической головки шарнира и ответной сферической
поверхности вертлужного элемента модели не наблюдалось.
За
счет наклона объемной тазовой части модели вперед в сагиттальной плоскости и
отклонения наружу во фронтальной плоскости общий центр масс системы сместился к
центру шарнира. В данной позиции аналоги наружных связок не участвовали в
стабилизации объемной тазовой части модели. Под действием силы тяжести она стремилась
наклониться вниз в медиальную сторону, вперед и вниз в сагиттальной плоскости, а
также повернуться назад в горизонтальной плоскости. Означенному препятствовало
усилие, которое развивал аналог средней ягодичной мышцы. Для стабилизации
объемной тазовой части модели аналог комплекса коротких
мышц, вращающих бедро наружу, не задействовался. Кроме усилия аналога средней ягодичной мышцы, для поддержания объемной тазовой
части модели в покое не требовалось было дополнительного
внешнего воздействия.
Полученные нами экспериментальные данные свидетельствуют,
что в напряженной одноопорной ортостатической позе с отклонением таза, pelvis, вверх и в латеральную
сторону (симптом «обратного Тренделенбурга»), при отсутствии в опорном
тазобедренном суставе, articulatio
coxae,
связки головки бедренной кости, ligamentum
capitis femoris, стабилизация
таза, pelvis,
возможна посредством напряжения только средней
ягодичной мышцы,
musculus gluteus medius, без
натяжения связок. В данном варианте одноопорной ортостатической
позы требуется наклон таза, pelvis, вперед в
сагиттальной плоскости и поворот назад в горизонтальной плоскости. Атипичная позиция
таза,
pelvis, может быть компенсирована естественным лордозом и С-образным
искривлением в поясничном отделе позвоночника во фронтальной плоскости.
Моделирование напряженной
одноопорной ортостатической позы с симптомом «положительного Тренделенбурга» при
отсутствии связки головки бедренной
кости
Далее
на электромеханической модели тазобедренного сустава человека без аналога связки
головки бедра мы смоделировали напряженную одноопорную
ортостатическую позу с отклонением таза, pelvis, в медиальную сторону. В статическом
положении означенное именуется симптомом «Тренделенбурга» или «положительного Тренделенбурга».
Изначально
воспроизведена типичная напряженная одноопорная
ортостатическая поза, в которой бедренная часть модели располагалась
вертикально в сагиттальной плоскости с отклонением наружу во фронтальной
плоскости на угол 10°, а ее головка обращена в медиальную сторону без поворота
вокруг вертикальной оси. Длина аналогов мышц отрегулированы так, чтобы объемная
тазовая часть модели находилась в положении устойчивого равновесия, а
изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента модели располагались
приблизительно на одном уровне. После чего мы увеличили длину аналога средней ягодичной мышцы. В результате объемная тазовая
часть модели наклонилась во фронтальной плоскости вниз в медиальную сторону (Рис.
4).
Изображения
крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента установлены на разной
высоте. Со стороны шарнира модели высота изображения крыла правой подвздошной
кости была выше, чем с противоположенной.
В
сагиттальной плоскости тазовый элемент объемной тазовой части модели стремился отклониться
назад. Для увеличения устойчивости она наклонена вперед на угол 12° и
откорректирована длина аналога средней ягодичной мышцы аналога средней
ягодичной мышцы.
При этом в горизонтальной плоскости объемная тазовая часть модели незначительно
повернулась вперед приблизительно на 1° (Рис. 5).
Длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой
части модели была отклонена назад, вверх и в медиальную сторону. В шарнире модели присутствовало
сгибание, пронация и приведение. Для удержания объемной тазовой части
потребовалось усилие аналога средней ягодичной мышцы – 2.0 кг. Динамометр аналога
комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, не
фиксировал усилия. После стабилизации объемной тазовой части модели проанализировано
соотношение поверхностей пары трения шарнира, ориентация аналогов связок, а также
наличие либо отсутствие их натяжения (Рис. 6).
![]() |
a |
![]() |
b |
![]() |
c |
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 вертикальной части аналога
подвздошно-бедренной
связки оказались не натянуты. Визуально это подтверждалось их 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. Указанному противодействовал аналог средней ягодичной мышцы. Благодаря наклону вперед объемной тазовой
части модели плечо момента ее веса уменьшилось, что закономерно снизило
нагрузку на аналог средней ягодичной мышцы. Одновременно
произошло натяжение аналога седалищно-бедренной связки и горизонтальной части аналога подвздошно-бедренной
связки. Означенные элементы застопорили шарнир модели во фронтальной плоскости.
При этом объемная тазовая часть модели до предела наклонилась вниз в медиальную
сторону. Задействованный аналог средней ягодичной мышцы и натянутые аналоги
связок зафиксировали объемную тазовую часть модели в горизонтальной плоскости. Аналог
комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, не
участвовал в стабилизации системы. Таким образом, усилие аналога средней ягодичной мышцы и сила реакции аналога седалищно-бедренной
связки и горизонтальной части аналога подвздошно-бедренной связки обеспечивали
равновесие объемной тазовой части модели в трех плоскостях. Дополнительного внешнего воздействия не требовалось.
Вышеприведенные экспериментальные данные показали,
что в напряженной одноопорной ортостатической позе с отклонением таза, pelvis, вниз в
медиальную сторону (симптом «положительного Тренделенбурга») при отсутствии в
опорном тазобедренном суставе, articulatio
coxae,
связки головки бедренной кости, ligamentum
capitis femoris, возможно
поддержание устойчивого положения тела. Указанное может быть достигнуто за счет
умеренного наклона таза, pelvis, вперед и вниз
в сагиттальной плоскости. При этом опорный тазобедренном суставе, articulatio coxae, стопорится натянутой седалищно-бедренной
связкой, ligamentum ischiofemorale, и вертикальной части подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, а также напряженной средней ягодичной мышцей, musculus gluteus medius. Для поддержания общей устойчивости тела
позиция таза, pelvis, может быть
компенсирована естественным лордозом и S-образным
искривлением в поясничном отделе позвоночника во фронтальной плоскости.
Моделирование ненапряженной
одноопорной ортостатической позы с симптомом «положительного Тренделенбурга» при
отсутствии связки головки бедренной
кости
Затем
на электромеханической модели тазобедренного сустава человека без аналога связки
головки бедра мы смоделировали ненапряженную одноопорную
ортостатическую позу с отклонением таза, pelvis, в медиальную сторону. При наличии
патологии в тазобедренном суставе, articulatio
coxae,
означенное именуется симптомом «Тренделенбурга» или «положительного Тренделенбурга».
Изначально
воспроизведена типичная напряженная одноопорная
ортостатическая поза, в которой бедренная часть модели располагалась
вертикально в сагиттальной плоскости с отклонением наружу во фронтальной
плоскости на угол 10°, а ее головка обращена в медиальную сторону без поворота
вокруг вертикальной оси. Длина аналогов мышц отрегулированы так, чтобы объемная
тазовая часть модели находилась в положении устойчивого равновесия, а
изображения крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента модели располагались
приблизительно на одном уровне. После чего мы увеличили длину аналога средней ягодичной мышцы. В результате объемная тазовая
часть модели наклонилась во фронтальной плоскости вниз в медиальную сторону. После
чего мы максимально увеличили длину аналога
средней ягодичной мышцы. В результате объемная тазовая часть модели наклонилась во
фронтальной плоскости вниз в медиальную сторону (Рис. 7).
Изображения
крыльев подвздошных костей, ala ossis ilii, тазового элемента установлены на разной
высоте. Со стороны шарнира модели высота изображения крыла правой подвздошной
кости была выше, чем с противоположенной.
В
сагиттальной плоскости тазовый элемент объемной тазовой части модели стремился отклониться
назад. Для достижения устойчивости ее потребовалось максимально повернуть вперед
и вниз в сагиттальной плоскости. При этом объемная тазовая часть модели оказалась
наклонена вперед на 23° в сагиттальной плоскости, а в горизонтальной плоскости повернута
назад на 3° (Рис. 8).
Длинная ось вертлужного элемента объемной тазовой
части модели была отклонена назад, вверх и в медиальную сторону. В шарнире модели присутствовало
сгибание, супинация и приведение. Динамометр аналога комплекса коротких мышц, вращающих бедро наружу, и аналога средней
ягодичной мышцы не регистрировал усилия (Рис. 9).
![]() |
a |
![]() |
b |
![]() |
c |
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 вертикальной части аналога
подвздошно-бедренной
связки были не натянуты. Визуально это подтверждалось их 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. За счет произведенного нами наклона объемной
тазовой части модели вперед в этом же направлении существенно сместился и общий
центр масс. Аналог седалищно-бедренной связки и горизонтальная часть аналога подвздошно-бедренной
связки натянулись и застопорили шарнир в сагиттальной плоскости, автоматически развернув
объемную тазовую часть модели назад в горизонтальной плоскости. Смещение общего
центра масс дальше вперед от шарнира обеспечило постоянное натяжение перечисленных
аналогов связок собственным весом объемной тазовой части модели. Одновременно объемная
тазовая часть модели стремилась наклониться вниз в медиальную сторону во
фронтальной плоскости. Дальнейшему наклону в означенную сторону препятствовали те
же натянутые аналоги связок.
Таким
образом, аналог седалищно-бедренной связки и вертикальная
часть аналога подвздошно-бедренной
связки стопорили шарнир модели во фронтальной, сагиттальной и горизонтальной
плоскости. Силы их реакции удерживали объемную тазовую
часть модели в положении устойчивого равновесия. Кроме натянутых
аналогов связок, для поддержания объемной тазовой части модели в положении покоя не требовалось дополнительного внешнего усилия.
Сведения, полученные в эксперименте, показали, что ненапряженная одноопорная ортостатическая поза с отклонением таза, pelvis, в медиальную сторону (симптом «положительного Тренделенбурга») и вперед при отсутствии в опорном тазобедренном, articulatio coxae, суставе связки головки бедренной кости, ligamentum capitis femoris, максимально устойчива. В означенном случае стабилизация таза, pelvis, в горизонтальной, фронтальной и сагиттальной плоскости достижима посредством натяжения седалищно-бедренной связки, ligamentum ischiofemorale, и вертикальной части подвздошно-бедренной связки, ligamentum iliofemorale, без участия отводящей группы мышц. Для поддержания равновесия тела наклон таза, pelvis, может быть компенсирован гиперлордозом и S-образным искривлением в поясничном отделе позвоночника во фронтальной плоскости.
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 действия веса тела
Имитация взаимодействия средней ягодичной мышцы и LCF
Анализ взаимодействия средней ягодичной мышцы и LCF
Моделирование движений в горизонтальной плоскости
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 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
Моделирование напряженной одноопорной ортостатической позы с наклоном таза вперед 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
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
Эксперименты и наблюдения