Біомеханіка тазостегнового суглоба

Відео: Біомеханіка внутрішніх м`язів стегна ^ _ ^ Анатомія і 3D аналіз вправ

Тазостегновий суглоб володіє 3 ступенями свободи, оскільки допускає рух стегна в передньо-задньому напрямку, відведення в сторону (перпендикулярно першим напрямком) і обертання навколо вертикальної осі, що забезпечує поворот всієї ноги (пальцями вперед і в сторони). Слід зауважити, що всі перераховані руху обмежуються зв`язками. При кожному кроці нога, на яку спирається людина, повертається щодо таза приблизно на 1 радіан (57 °). При цьому сочленовная поверхню стегна (головка), радіус якої становить близько 2 см, ковзає по поверхні западини і проходить шлях, приблизно рівний своєму радіусу (2 см).

Відповідно до форми тазостегнового суглоба і станом навколишніх його тканин, максимальна загальна амплітуда згинальних-розгинальних рухів становить 140 °, приведення-відведення - 75 ° і ротація - 90 °. При ходьбі використовувана амплітуда рухів в тазостегновому суглобі значно менше потенційно можливої: згинальні і розгинальні руху не перевищують 50 - 60 ° при мінімумі приведення-відведення та ротації. У повсякденному житті максимальна рухова навантаження, яка випадає на тазостегновий суглоб, пов`язана з одяганням взуття або шкарпеток і в цілому передбачає приблизно 160 - 170 ° загальною сумарною рухливості, яка включає згинання, відведення і зовнішню ротацію.

Контактний тиск в тазостегновому суглобі.

Біомеханіка тазостегнового суглоба складна і змінюється в залежності від положення людини при ходьбі, в спокої, при стресових навантаженнях. Розрізняють двухопорного фазу кроку, коли навантаження розподіляється рівномірно між двома суглобами, і одноопорного фазу, коли маса тіла перерозподіляється на одну ногу. У цій фазі кроку, в свою чергу, виділяють опору на п`яту, опору на всю стопу і поштовх переднім відділом стопи (пальцями). Суглоби відчувають дуже великі навантаження, ступінь яких залежить від маси тіла і швидкості руху. Так, при ходьбі зі швидкістю 1 м / сек навантаження на тазостегновий суглоб досягає 6 кН, що на порядок більше ваги людини.

Х.А. Янсон усереднити приводяться в літературі показники навантаження (Р - вага тіла без опорної кінцівки) на тазостегновий суглоб при різних умовах: при згинанні в досліджуваному тазостегновому суглобі з випрямленою коліном навантаження складає 2,0 Р, з зігнутим коліном - 1,0 Р, при розгинанні - 2,0 Р, при відведенні - 0,6 Р, в положенні сидячи - 0,1 Р, при опорі на обидві ноги - 0,3 Р, при опорі на дану ногу - 2,4 Р, при пересуванні в звичайному темпі по рівній поверхні - 2,0 Р, при підйомі і спуску по похилій площині - 2,5 Р, при швидкій ходьбі - 4,3 Р.

У положенні стоячи навантаженні піддається вся суглобова поверхня западини тазостегнового суглоба, і приблизно 70 - 80% головки стегнової кістки знаходиться в контакті з суглобової западиною. Тільки нижня поверхня головки стегнової кістки і ділянку навколо fovea capituli femoris залишаються ненавантажуваних, що відповідає розташуванню круглої зв`язки стегна і жирової подушки в області fossa acetabuli. При ходьбі під час руху в тазостегновому суглобі звід западини (дах) не відчуває тривалого навантаження, і тільки передня і задня частини головки підтримують з нею контакт. Використовуючи для вимірювань ендопротез кульшового суглоба, визначили, що контактний тиск в задньоверхніх відділі западини при вставанні хворого зі стільця було більше 18 МПа. Цей перехід від часткового контакту при русі суглоба до повного при опорі на ногу є причиною зміни зони навантаження на поверхні головки стегнової кістки під час ходьби.

При наявності дісконгруентності під час ходьби може створюватися з контактами з високим тиском. Однак цього не відбувається, так як в результаті деформації двох шарів суглобового хряща і підлягає субхондральній кістковій тканині збільшуються як зона контакту, так і конгруентність суглобових поверхонь. Таким чином, дісконгруентность в фазі руху в суглобі переходить в конгруентність при опорі на ногу, що дозволяє тазостегнового суглобу розподіляти великі навантажувальні сили більш ефективно, але створює високий тиск в тазостегновому суглобі при ходьбі - більше 21 МПа. Це високий тиск добре переноситься здоровим тазостегновим суглобом, однак при наявності дисплазії суглоба регулярні перевантаження одного і того ж ділянки кісткової тканини призводять до розвитку дегенеративно-дистрофічних змін. Крім того, виникає практично значуще питання: а чи не є це тиск фактором, що забезпечує перенесення продуктів стирання поліетилену «дебриса» в тканини, що оточують ніжку і вертлюжної западини, після ендопротезування.

Розподіл сил в тазостегновому суглобі.

Загальне уявлення про розподіл сил, що діють в тазостегновому суглобі, може бути отримано при статистичному аналізі векторів сил, що впливають на суглоб в одній площині під час опори на ногу. Два інших методу розрахунку припускають пряме вимір імплантованими приладами або математичне моделювання навантажень на суглоб одним з відомих способів. Дослідження з розподілу навантажень в тазостегновому суглобі важливі для того, щоб краще зрозуміти функцію нормального і ураженого суглобів, патогенез патологічного процесу в тазостегновому суглобі, виробити оптимальний спосіб лікування з точки зору вибору найкращого імплантату, можливості виконання коригувальної остеотомії і складання індивідуальної реабілітаційної програми.

Використовуючи площинний статичний аналіз, розподіл навантаження в тазостегновому суглобі може бути представлено у вигляді простої системи важелів. У положенні стоячи з опорою на обидві ноги центр гравітації тіла проходить через диск Thx і Thxi. Перпендикуляр, опущений з цієї точки на горизонтальну лінію, що сполучає центри ротації (CR) головок стегнових кісток, ділить її на два рівних плеча (рис. 1). Якщо масу тіла (58,7 Кг) зменшити за рахунок віднімання маси ніг до 36,8 Кг, то маса, рівна 18,4 Кг, діє на кожну головку стегнової кістки.

При одноопорного положенні центр гравітації зрушать вниз до рівня LIII-LIV і при ходьбі змінює свою позицію відповідно до фази кроку. У цьому випадку на головку стегнової кістки діють дві основні сили (рис. 2): сила К - маса тіла мінус маса опорної ноги - діє вертикально через важіль b- сила М, яка визначається зусиллями м`язів, що підтримують таз і все тіло в рівновазі, діє на CR головки через важелі, опускає таз вниз і латерально. Співвідношення між важелями а й b становить 1: 3. Знаючи величину важелів a і b, можна розрахувати величину результуючої сили R, яка діє на головку стегнової кістки і складається з величину маси тіла і врівноважує його сили м`язів. При одноопорного фазі кроку сума діючих сил щодо центру ротації головки дорівнює нулю, тобто М х а = К х b.

М`язова сила М складається з дії пельвіо-трохантерний групи м`язів і спинно-круральной. Пельвіотрохантерная група включає mm. gluteus medius і minimus, m. piriformis, m. iliopsoas. Їх результуюча сила знаходиться в області великого вертіла і спрямована під кутом 29,3 ° вниз і назовні. Спинно-круральную групу складають m. tensor fascia lata, m.rectus femoris, m.sartorius, її рівнодіюча сила розташована в області малого рожна під кутом 5,5 °, спрямована назад і медіально. Загальна рівнодіюча сила М проходить зверху вниз, всередині назовні і утворює кут 21 ° з вертикальною лінією.

Силу М також можна представити у вигляді двох складових: сила Рm спрямована вертикально вниз, а сила Qm - горизонтально в латеральному напрямку. Таким чином, на центр ротації головки стегнової кістки тазостегнового суглоба діють наступні сили: Рм і К - в вертикальному і каудальному напрямку і Qm - в горизонтальному і латеральному (рис. 3).