Значение связки головки бедра
Ligamentum capitis femoris - ligamentum incognita
С.В.Архипов-Балтийский
г. Калининград, Россия.
Связка головки бедра постоянный элемент тазобедренного сустава, соединяющий головку бедренной кости с вертлужной впадиной таза. Она имеет небольшие размеры и сложно визуализируется даже с применением специальных инструментальных методов обследования. Это до некоторой степени объясняет то, незаслуженно малое внимание, которое ей уделяют клиницисты и исследователи. Так, сквозное изучение массива, более чем из трех тысяч публикаций, посвященных различным аспектам нормы и патологии тазобедренного сустава, показало, что связка головки бедра упоминается менее чем в 1% работ. Более того, информация, которую удается из них почерпнуть, зачастую скудна и противоречива. Особенно значимо то, что отсутствует единство взглядов на функцию связки головки бедра вплоть до высказывания диаметрально противоположных мнений.
Связка головки бедра представляет собой соединительнотканное образование, покрытое синовиальной оболочкой (Гаевская Л.И., 1954; Корнев П.Г., 1959). Волокна обнаруживаемые в связке головки бедра - коллагеновые (Богданов Ф.Р., Тимофеева Н.А., 1959; Румянцева В.В. и соавт., 1977), они собраны в продольно расположенные пучки (Кулдашев Д.Р., Муратов И.Ш., 1982), между отдельными пучками располагаются вытянутые клетки (Крыжановский Я.И., 1967). Коллагеновая основа связки головки бедра обуславливает ее достаточно высокую прочность, которая у молодых, по данным Е.П.Подрушняка (1972), может превышать 70 кг при разрыве или отрыве. У взрослых длина связки головки бедра в среднем равняется 2 2.5 см (Воробьев В.П., 1932; Тонков В. 1946; Ревенко Т.А., 1968; Минеев К.П., 1995; Hempfling H., 1995). По Ф.П.Маркизову (1939) перечные размеры связки головки бедра у мужчин 15×4 мм, у женщин 16×5 мм. Замечено, что длина связки головки бедра увеличивается с возрастом.
По мнению абсолютного большинства авторов, дистальный конец связки головки бедра прикрепляется к ямке головки бедра (Майкова-Строганова В.С., Рохлин Д.Г., 1957; Шнейдеров З.И., 1958, 1962; Огнев Б.В., Фраучи В.Х., 1960; Бойчев Б., и соавт., 1961; Крюк А.С., 1970). Нами так же не отмечено иных вариантов. В отношении области крепления проксимального конца связки головки бедра, исследователи менее единодушны. О.Ш.Буачидзе и соавт (2002) отмечают, что основание связки головки бедра прикрепляется к центральной шероховатой части вертлужной впадины. Это мнение подтверждается детальными морфологическими исследованиями, которые выполнила З.А.Лебедева (1948), по ее данным связка головки бедра прикрепляется к костной части вертлужной впадины в ее ямке. Данная точка зрения поддерживается и автором, причем замечено, что локализация проксимальной области крепления связки головки бедра непостоянна. Чем моложе субъект, и чем менее выражены дистрофические изменения в суставе, тем центральнее располагается проксимальная область крепления и наоборот. За счет вогнутости ямки головки бедра увеличивается площадь крепления связки головки бедра. Она возрастает почти в 1.5 раза, по сравнению с тем, как если бы область крепления была в виде плоского круга. Соответственно возрастает надежность соединения связки с костью.
Согласно Ю.С.Бачинскому, Б.Н.Куновскому (1973), проксимальная область крепления связки головки бедра есть центр суставной впадины . А.М.Геселевич, Д.Н.Лубоцкий (1941), в отношении прикрепления связки головки бедра пишут, что она +соединена с краями incicura acetabuli . По мнению M.Harty (1984) связка головки бедра начинается от вырезки вертлужной впадины и поперечной связки. В своем материале Л.И.Гаевская (1954) отмечала, что в отдельных случаях связка головки бедра начиналась только от синовиальной оболочки дна вертлужной впадины, или только от поперечной связки вертлужной впадины, в большинстве же наблюдений от поперечной связки вертлужной впадины, капсулы сустава и запирательной перепонки. T.J.W.Byrd (1998) пишет, что начало связки головки бедра в задненижней части ямки вертлужной впадины, иногда это вырезка вертлужной впадины и поперечная связка вертлужной впадины. По Jäckle R. et al., (1992) она начинается от вертлужной впадины и поперечной связки вертлужной впадины. Ф.П.Маркизов (1939) считал, что связка головки бедра начинается двумя главными корнями , один из которых берет свое начало от переднего рога серпа полулунной поверхности вертлужной впадины, а второй от заднего рога серпа полулунной поверхности. Иногда выявляется третий корешок идущий под поперечной связкой вертлужной впадины к суставной сумке. Третий корешок выделяет так же и H.Hempfling (1995) указывая, что он начинается от экстраартикулярной части суставной сумки, проходя под поперечной связкой вертлужной впадины, и исходит от нее.
Собственные наблюдения во время операций на тазобедренном суставе и
морфологических исследованиях, подтверждают непостоянство проксимальной области
крепления связки головки бедра. Чем моложе был субъект, и чем менее выражены
были дистрофические изменения в суставе, тем центральнее располагалась
проксимальная область крепления и наоборот. В любом случае она находилась на
длинной оси вертлужного канала. Под вертлужным каналом мы понимаем пространство,
ограниченное стенками и дном вырезки и ямки вертлужной впадины с одной стороны и
медиальной поверхностью головки бедренной кости. Кроме связки головки бедра
содержимым вертлужного канала является жировая подушка, синовиальная оболочка и
ее складки, часть поперечной связки вертлужной впадины, синовиальная жидкость,
сосуды и нервы.
Наблюдаемое с возрастом смещение проксимальной области крепления связки головки
бедра от центра ямки вертлужной впадины в сторону внутреннего отверстия
вертлужного канала, по нашему мнению, не что иное, как ее постепенный отрыв. В
норме связка головки бедра прикрепляется непосредственно к тазовой кости, а
именно ко дну ямки вертлужной впадины, причем за счет надкостницы и
запирательной перепонки площадь ее проксимального крепления существенно
увеличивается. С прочими структурами или элементами сустава связка головки бедра
соединяется лишь посредством синовиальной оболочки.
В связке головки бедра обнаруживается +значительное количество артериальных и венозных сосудов преимущественно мелкого калибра (Амелин А.З. 1973). В вертлужную впадину входят как минимум две артерии. Одна из них является продолжением a. circumflexa femoris medialis r. acetabularis. Другая артерия - концевая часть r. posterior a. obturatoria так же именуется - r. acetabularis (Кованов В.В., Травин А.А., 1963; Синельников Р.Д., 1973). G.Chapchal (1965) считает, что a. lig. capitis femoris есть продолжение a. acetabuli, которая доходит до головки бедренной кости и анастомозирует с rr. nutritii capitis prox. et dist. Артериальные сосуды располагаются либо в ее центре, либо по периферии связки головки бедра. Они следуют на всем ее протяжении и, по мере приближения к головке, центрально располагающийся сосуд веерообразно разветвляется (Перлин Б.З. и соавт., 1977). По данным же А.Л.Капитанаки, Д.Д.Купатадзе (1975) +артерии связки головки бедра представлены рассыпной и магистральной (реже) формами .
О значении артерии связки головки бедра в литературе имеются диаметрально противоположные мнения. Ряд авторов считают, что артерии связки головки бедра участвуют в кровоснабжении головки независимо от возраста (Привес М.Г., 1938). Ф.Д.Николаев (1953) отмечал, что артерии связки головки бедра не участвуют в питании головки бедренной кости (цит. по Дрейер А.Л., 1977). Третья же группа авторов пишут, что артерии связки головки бедра участвуют в кровоснабжении эпифиза головки бедра только у детей (Волков М.В., Любошиц Н.А., 1972; Крисюк А.П., Яковлев И.С., 1981).
Думается, что роль сосудов связки головки бедра в кровоснабжении части головки бедренной кости существенна в детском возрасте, пока в ней имеется эпифизарная хрящевая пластинка. В средней возрастной группе, артериальные сосуды связки головки бедра не, что иное, как резервная система кровоснабжения при аварийных ситуациях например при переломах шейки бедра или повреждении сосудов. Облитерация артерий в пожилом и старческом возрасте явно процесс патологический. Он снижает адаптационные возможности тканей, однако в обычных ситуация это не приводит к значимым последствиям для головки бедренной кости. Нельзя сбрасывать со счетов и значение артерий связки головки бедра в кровоснабжении ее самой. С нашей точки зрения это и есть основное назначение артерий связки головки бедра, особенно в старшей возрастной группе.
Вены связки головки бедра проходят в ее клетчатке и вместе с венами жировой подушки связаны с запирательной веной. Обнаруживаются вены связки головки бедра, непосредственно начинающиеся из синусоидов костной ткани головки бедренной кости. Вены связки головки бедра сопровождают артерии и имеют клапаны, расположенные на протяжении сосуда и в местах впадения мелких вен в более крупные (Гаевская Л.И., 1954). Согласно исследованиям Crock H.V. et al., (1984) вены головки бедренной кости дренируются в шеечные вены, а так же собираются в области ямки головки бедренной кости. Кроме кровеносных сосудов в связке головки бедра обнаруживаются и лимфатические сосуды. Они идут по ходу запирательных сосудов и впадают в подчревные лимфатические узлы (Кованов В.В., Травин А.А., 1963; Соков Л.П., Романов М.Ф., 1991). Соответственно можно обоснованно говорить, что связка головки бедра есть один из путей циркуляции венозной крови и лимфы.
В связке головки бедра выявляются нервные стволики, пучки, мякотные и
безмякотные нервные волокна, нервные сплетения, а так же рецепторы. Нервные
волокна следуют по ходу коллагеновых пучков и сопровождают кровеносные сосуды,
чаще всего, располагаясь в рыхлой соединительной ткани. В толще связки головки
бедра обнаруживается достаточно мощное нервное сплетение окружающее
холинергическими нервами расположенный в центре сосуд и его ветви. Значительная
часть обнаруживаемых в связке головки бедра нервных окончаний являются
механорецепторами, воспринимающими степень натяжения коллагеновых пучков (Перлин
Б.З. и соавт., 1977). С нашей точки зрения, наличие сложного нервного аппарата у
связки головки бедра указывает на ее важное механическое значение. Только
необходимостью в постоянном контроле над напряжениями и величинами деформаций,
можно объяснить присутствие в связке головки бедра большого числа
механорецепторов.
Связка головки бедра расположена в особой костно-хрящевой полости, которую
образуют с одной стороны дно и стенки ямки вертлужной впадины с другой хрящевая
поверхность головки бедренной кости. Это образование мы назвали вертлужный
канал. Он накладывает на размеры связки головки бедра жесткие ограничения.
Диаметр связки головки бедра не может быть больше глубины ямки вертлужной
впадины за вычетом толщины жировой подушки и покрывающей ее синовиальной
оболочке. Кроме этого длина связки не должна существенно превышать радиуса ямки
вертлужной впадины. В противном случае связка головки бедра при движениях в
суставе неизбежно контактировала бы с внутренними краями полулунной поверхности
и повреждалась. Соответственно сообщения о длине связки головки бедра у взрослых
больше 2.5 см, относятся к описанию анатомии патологически измененного
тазобедренного сустава.
Наиболее распространенный тип локомоции человека это ходьба. Подсчитано, что в среднем человек ежедневно делает 19000 шагов (Леони Д., Берте Р., 1995). За один шаг связка головки бедра как минимум изгибается дважды, а это значит, что за сутки она деформируется порядка 38000 раз. Ввиду того, что движения в тазобедренном суставе могут совершаются не только во время ходьбы, но и сидя, и лежа, количество циклов изгиба несколько больше указанного. Таким образом, за год связка головки бедра изгибается более 13.870.000 раз, а в течение жизни продолжительностью порядка 70 лет, она деформируется свыше 970.900.000 раз! Приведенные выше результаты нехитрых расчетов демонстрируют исключительную циклостойкость связки головки бедра при изгибе. Думается, что так называемые возрастные изменения в связке головки бедра есть результатом почти миллиарда ее циклов деформирования и эпизодов растяжения. Особенно безрассудное эксплуатирование связки головки бедра наблюдается у лиц занимающихся спортом профессионально.
Важное свойство связки головки бедра это и ее высокая упругость, что обеспечивается коллагеновыми волокнами. Отсутствие пластической деформации при растяжении под действием нормальной нагрузки важно для любой связки, в том числе и для связки головки бедра. Это приобретает особый смысл, если учесть, что она располагается в жестко ограниченной полости вертлужном канале. При значительном упругом или пластически удлинении, дистальный конец связки головки бедра неизбежно соприкоснется с внутренним краем полулунной поверхности. С течением времени это может привести к перетиранию и разрыву связки головки бедра в данной зоне. Отсюда становится ясным, что критична не только длина связки головки бедра, но и ее вязко-упругие свойства. Только обладая высокой упругостью, связка головки бедра может функционировать длительное время.
Соответственно связка головки бедренной кости в нормальном тазобедренном суставе должна прикрепляться с одной стороны к ямке головки бедренной кости, с другой к ямке вертлужной впадины. Длина и диаметр связки головки бедра не могут превышать жестко определенные размеры вертлужного канала. В норме связка головки бедра обладает высокой циклостойкостью, упругостью и достаточной прочностью. Связка головки бедра имеет собственный нервно-сосудистый и рецепторный аппарат.
Еще в 1922 году Л.П.Николаев отмечал, что вопрос о роли круглой связки тазобедренного сустава + и по сие время нельзя считать разрешенным . Сказанное актуально сегодня не в меньшей степени.
И.И.Талько и соавт., (1980) считают назначением связки головки бедра - кровоснабжение эпифиза головки. Согласно другим авторам, связка головки бедра +выполняет роль проводника сосудов, питающих головку бедра (Перлин Б.З. и соавт., 1977 Ф.П.Маркизов (1939) Н.А.Воробьев (1962). По T.J.W.Byrd (1998) связка головки бедра поддерживает и защищает проходящую в ней артерию. В специальной литературе находим мнение об определенной роли связки головки бедра в образовании синовиальной жидкости тазобедренного сустава (Барта О., 1972; Garbe S., 1998). T.J.W.Byrd (1998) приводит сравнение функции связки головки бедра с дворником ветрового стекла, распределяющим синовиальную жидкость по суставным поверхностями в процессе движений. П.Ф.Лесгафт и Boker рассматривали связку головки бедра с жировой подушкой как регулятор внутрисуставного давления (Маркизов Ф.П., 1939). Э.Ю.Остен-Сакен, А.Ф.Климов, С.А.Зильберштейн признают механическую роль связки головки бедра, а Н.К.Лысенков, Г.Ф.Иванов считают ее механическую роль незначительной, Д.Н.Зернов, К.З.Яцута, Н.В.Соколов вообще отрицают наличие у связки головки бедра механической функции (Воробьев Н.А.,1962). Функция круглой связки не вполне выяснена, во всяком случае, механическое значение ее невелико писал В.Тонков (1946). Х.З.Гафаров и соавт. (1993) связку головки бедра считают стабилизирующим элементом тазобедренного сустава. По мнению Gerdy и Savory, связка головки бедра +подвешивает тело на головке бедра (Николаев Л.П., 1922). Б.З.Перлин и соавт., (1977) пишут о значение связки головки бедра +как опорного компонента костно-фиброзного свода+ тазобедренного сустава. К механической функции следует отнести и указания на связку головки бедра как на амортизатор тазобедренного сустава. Н.И.Пирогов связку головки бедра +сравнивал со стальной пружиной, на которой подвешен таз к головке (Юрчак В.Ф., Евтушенко В.А., 1972). По Т.А.Ревенко (1968) связка головки бедра является как бы прокладкой, смягчающей толчки. О соединении головки бедренной кости и вертлужной впадины посредством связки головки бедра, сообщали многие авторы, видя ее фиксирующую функцию (Воробьев Н.А., 1960; Бачинский Ю.С., Куновский Б.В., 1973; Крупко И.Л., 1974; Бойчев Б. и соавт., 1961; Чаклин В.Д., 1964; Каргинов К., Каргинов Д., 1979; Мовшович И.А., 1983, 1994). Согласно М.П.Степановой (1956) связка головки бедра +выполняет роль удерживающего, фиксирующего аппарата (Перлин Б.З. и соавт., 1977). Связка головки бедра является удерживающим тяжом для головки бедренной кости, писал Л.Н.Николаев (1922).
Ряд авторов видят функцию связки головки бедра как ограничителя движений. T.J.W.Byrd (1998) пишет, что связка головки бедра напрягается при приведении бедра и расслабляется при его отведении. Согласно А.А.Боброву (1911), связка головки бедра ограничивает в тазобедренном суставе отведение и поворот кнутри, а ее ножки приведение и поворот кнаружи. Связка головки бедра +ограничивает ротацию бедра кнаружи писали В.В.Кованов, А.А.Травин (1963).
Еще в 1922 году Л.П.Николаев отмечал, что вопрос о роли круглой связки тазобедренного сустава + и по сие время нельзя считать разрешенным . Сказанное актуально сегодня не в меньшей степени. Так предметный анализ доступных современных источников информации, показал, что проблема назначения связки головки бедра, ее участия в функционировании тазобедренного сустава и опорно-двигательного аппарата в целом, далека от разрешения. Зачастую, обсуждая роль тех или иных связок или элементов тазобедренного сустава, исследователи вообще не обращают внимания на связку головки бедра. Так у И.В.Шумады (1959) при обсуждении функции связок тазобедренного сустава, читаем, что на описании остальных связок (имеется в виду связка головки бедра и круговая зона) +останавливаться нет надобности, так как они не имеют существенного значения в разбираемом вопросе .
Известные из научной литературы мнения о назначении связки головки бедра мы не отвергаем полностью. Думается, что функция проводника и защитника сосудов (здесь надо бы добавить и нервов), функция продукции и распределения синовии в суставе, проприорецепция, а так же функция амортизации являются для связки головки бедра дополнительными. По нашему убеждению неизмененная связка головки бедра, прежде всего, выполняет механические функции, а именно:
- функцию соединения бедренной и тазовой костей,
- функцию опоры для бедренной и тазовой кости,
- функцию ограничения объема движений в тазобедренном суставе.
Клиническая практика показывает, что вывих головки бедренной кости, а значит и полное ее разобщение с вертлужной впадиной возможно только при пересечении или разрыве связки головки бедра. Это прямо указывает на функцию соединения бедренной и тазовой кости присущую данной связке.
С функцией соединения суставных концов костей неразрывно связана функция ограничения движений. С целью уточнения роли связки головки бедра в ограничении объема движений, была использована плоскостная модель тазобедренного сустава. В качестве прототипа плоской модели тазобедренного сустава взята реальная переднезадняя рентгенограмма нормального таза молодого мужчины. На жесткий картон раздельно, в масштабе 1:1, скопированы таз, и проксимальная часть бедренной кости. Элементы вырезаны, совмещены и соединены гибким элементом аналогом связки головки бедра, один конец, которого прикреплялся к ямке головки бедренной кости другой в области ямки вертлужной впадины.
В процессе проведения опытов отмечено, что головка, будучи прикрепленная к тазовой части модели посредством аналога связки головки бедра, могла совершать вращение вокруг двух точек. Первая из них это проксимальная точка прикрепления аналога связки головки бедра, а вторая дистальная точка ее крепления. Центр головки максимально удалялся от проксимальной точки прикрепления аналога связки головки бедра только в том случае, когда относительно дистальной точки крепления связки головка была повернута по часовой стрелке (имитация отведения). Какие бы движения не совершала головка, при стабильной длине аналога связки головки бедра, она никогда не покидала вертлужную впадину без пересечения ее контуров. Это подтверждает литературные данные и наши клинические наблюдения, касающиеся травматического вывиха бедра. Для его возникновения необходимым условием является перерыв связки головки бедра. Кроме этого, возможное пересечение головкой контура вертлужной впадины плоскостной модели, говорит о том, что в принципе возможен перелом вертлужной впадины без повреждения связки головки бедра. Однако перелом вертлужной впадины в любом ее секторе, включая дно, сочетающийся с полным вывихом головки бедренной кости, безусловно, приводит к разрыву связки головки бедра. Таким образом, связка головки бедра ограничивает краниальное, латеральное и медиальное смещение головки бедра, а так же приведение в тазобедренном суставе, без ее перерыва вывих невозможен.
Дабы уточнить полученные выводы, решено было их проверить на трехмерной модели тазобедренного сустава.
За основу модели взят некогда широко распространенный однополюсной эндопротез тазобедренного сустава конструкции Томпсона (Thompson) компании Richards, США. В головке эндопротеза, от центра медиального сектора по направлению к торцу воротника шейки, выполнено сквозное отверстие. К ножке, под углом 45 к длинной ее оси, прикреплена планка, имитирующая большой вертел, а сама она установлена приблизительно вертикально и соединена с кольцевидным основанием.
В соответствии с диметром головки из металла была выполнена модель вертлужной впадины. Она представляла собой 1/2 часть толстостенной сферической оболочки (чаши) снабженной в области вершины цилиндрическим стержнем с отверстиями. К нему под углом 60 , присоединена планка с отверстиями, так, что крайнее из них оказалось расположенным в плоскости наружного торца модели вертлужной впадины. Указанная планка имитировала крыло подвздошной кости.
Внутри сферической оболочки выбрано фасонное углубление, напоминающее по форме теннисную ракетку. Его образовали - расположенное в центре круглая ямка и канавка, ориентированная на 6 часов, простирающаяся до края чаши. Описанное углубление, по нашей мысли, имитировало ямку вертлужной впадины и вырезку вертлужной впадины. В фасонной выточке было выполнено четыре сквозных отверстия расположенных на разном расстоянии ее центра.
В качестве аналога связки головки бедра был использован крученый капроновый шнур. Одним концом он соединялся с вертлужной частью модели, будучи пропущенным, через (центральное) одно из отверстий в ее фасонной выточке. Другой его конец, проведенный через отверстие в головке бедренной части модели прикреплялся к ножке.
Тазовая часть модели была установлена на головку бедренной части модели, а капроновый шнур натянут и закреплен. Последовательно изменяя локализацию области крепления аналога связки головки бедра к тазовой части модели проверялся возможный объем движений в модели.
Анализируя результаты проведенных экспериментов можно с уверенностью сказать, что связка головки бедра выполняет функцию ограничения приведения. Она так же участвует в ограничении отведения, но только в том случае, когда дистальная область прикрепления связка головки бедра, движется вдоль длинной оси вырезки вертлужной впадины. Вращению в других плоскостях связка головки бедра не препятствует. Более того, супинация и пронация в тазобедренном суставе могут привести к повреждению связки головки бедра вследствие ее контакта с внутренним краем полулунной поверхности. Это значит, движения в горизонтальной плоскости однозначно ограничиваются другими структурами, прежде всего наружными связками, суставной сумкой и вертлужной губой.
Наше внимание привлек и тот факт, что чем центральнее прикреплялся проксимальный конец связки головки бедра, тем устойчивей оказывалось положение вертлужной части модели на головке. При соединении головки с центром фасонной выточки и максимальном приведении, состояние модели было наиболее стабильным. Даже давление вниз на стержень вертлужной части не приводило к разобщению сочленяющихся поверхностей. Указанное наблюдение свидетельствует о наличии у связки головки бедра функции опоры для таза. В виду наличия функции опоры для таза, зависание его на связке головки бедра может предопределять так же присутствие у нее еще и функции амортизации.
Современные представления о кинематике, статике и динамике тазобедренного сустава считаются уже устоявшимися и практически не подвергаются ревизии. В настоящее время мнение, высказанное F.Pauwels (1973) о том, что биомеханика тазобедренного сустава хорошо известна, воспринимается как догма и не подвергается ревизии. Общепринято, что условия равновесия таза при опоре на одну нижнюю конечность, являются примером рычага первого рода. Точка опоры есть головка бедренной кости, а горизонтальное положение таза уравновешивается во фронтальной плоскости моментом силы отводящих мышц и моментом силы тяжести (Недригайлова О.В., 1967). M.D.J.Inman (1947) показал, что весу тела противодействует не только сила отводящих мышц, но и мышц, напрягающих широкую фасцию бедра (Крюк А.С., 1970). По R.Bombelli (1983) на головку бедренной кости в вертикальном направлении воздействует результирующая сила массы тела и мышц. Ей противодействует обратно направленная сила, которая может быть разложена на две силы. Одна из которых горизонтальна и вдавливает головку в вертлужную впадину, ей противодействует эквивалентная сила. Другая же составляющая направлена вертикально вверх, это сила компрессии. Нагрузка приходится на верхний сферический сектор головки бедренной кости. По M.C.Hall (1963) соотношение плеч сил действующих на тазобедренный сустав в одноопорном ортостатическом положении составляет 1:3. Согласно схемы F.Pauwels (1965) при массе тела 58.7 кг, в одноопорном ортостатическом положении нагрузка на тазобедренный сустав составляет 175 кг. Соответственно при стоянии на одной ноге на тазобедренный сустав приходится 2.5 веса тела (Доэрти М., Доэрти Д., 1993).
По F.Pauwels (1980) одноопорное ортостатическое положение характеризуется следующими чертами:
- таз расположен горизонтально,
- общий центр массы смещен в неопорную сторону,
- вертлужная впадина таза опирается на головку бедренной кости,
- тело находится в покое.
Это хорошо заметно на схемах изображающих условия равновесия тазобедренного сустава при одноопорном ортостатическом положении. С целью проверки и уточнения существующих представлений о механике одноопорного ортостатического положения была использована описанная выше трехмерная модель тазобедренного сустава.
Эксперимент 1. На головку бедренной части модели была установлена модель вертлужной впадины тазовой части. Ей придано положение, при котором, присоединенная к ней под углом планка была обращена вверх и в сторону бедренной части. При этом отмечено, что без постороннего вмешательства тазовая часть модели самостоятельно не удерживалась на головке и стремилась опрокинуться. Для стабилизации тазовой части модели, крайнее отверстие ее планки обращенной вверх было соединено с самым верхним отверстием планки бедренной части модели посредством безмена. Имеющаяся в конструкции безмена пружина, удерживала от опрокидывания тазовую часть модели. Пружина безмена, по нашей мысли, имитировала действие отводящей группы мышц тазобедренного сустава. Стрелка безмена отклонялась только в пределах погрешности прибора.
С целью моделирования действия веса тела, к цилиндрическому стержню модели вертлужной впадины, был подвешен груз массой 2 кг. Нагрузка приводила систему в движение - тазовая часть модели отклонялась вниз, пружинная часть безмена растягивалась. После прекращения возникшего движения и стабилизации модели производилось считывание показаний прибора они составляли в среднем 4 кг. Схема моделированного одноопорного ортостатического положения полностью совпадает со схемами, приводимыми прочими авторами. В поставленном эксперименте на верхней сектор головки модели действует сила равная приблизительно утроенному весу груза, то есть 6 кг.
Поставленный эксперимент, в целом, согласуется с данными полученными предыдущими исследователями тазобедренного сустава, и позволили сделать ряд важных выводов. Главным, из которых является то, что сохранение устойчивого равновесия возможно только мышцами, без участия связок. Напряжения отводящей группы мышц в принципе достаточно для стабилизации тазобедренного сустава во фронтальной плоскости. Сила, развиваемая отводящими мышцами, должна превышать усилие веса тела. В одноопорном ортостатическом положении соотношение сил всегда постоянно и зависит от анатомического строения. Одноопорное ортостатическое положение, в котором главную роль в поддержании устойчивого равновесия играют отводящие мышцы сопряжено с затратой значительного количества энергии и вещества. Причем необходимо отметить, что для полноценной работы, какой либо группы мышц необходимо подключение их антагонистов, что увеличивает расход мышечной энергии и нагрузку на сустав.
Несмотря на всю видимую гармоничность теории описывающей действия сил в области тазобедренного сустава, в ней существует несколько тонких мест. Согласно изложенным литературным данным, тазобедренный сустав в одноопорном ортостатическом положении переставляет собой рычаг первого рода. Стоя на одной ноге, тело находится в динамическом равновесии и, в прямом смысле слова, должно балансировать на головке бедренной кости, как канатоходец. Однако, одноопорное ортостатическое положение, которое обычно принимает здоровый человек, характеризуется достаточной стабильностью. Заметного раскачивания корпуса в норме не наблюдается. В этой позе можно пребывать относительно долго.
Замечено, что переход из двуопорного положения к позе стоя на одной ноге сопровождается креном таза в неопорную сторону. Этот наклон обусловлен вращением таза относительно головки бедренной кости во фронтальной плоскости. Существенно то, что угол поворота таза всегда одинаков и фиксирован. Сгибание неопорной нижней конечности в одном или более суставах, так же подтверждает сделанное наблюдение. Наклон таза в неопорную сторону приводит и к некоторому уменьшению высоты расположения общего центра масс. Как известно, чем ближе общий центр массы к поверхности опоры, тем больше устойчивость системы. Вместе с этим происходит и поступательное смещение таза во фронтальной плоскости в сторону опорной конечности, что обеспечивает приведение конечности в тазобедренном и пронация в подтаранном суставе. Принимаемое телом положение является наименее напряженным и наиболее устойчивым. По нашему мнению главный смысл данных движений таза есть:
- смещение проекции общего центра масс в пределы уменьшившейся площади опоры, с целью сохранения положения равновесия,
- понижение высоты расположения общего центра масс способствует повышению устойчивости,
- замыкание тазобедренного сустава во фронтальной плоскости за счет натяжения связки головки бедра.
Ни одна из известных моделей тазобедренного сустава или схем иллюстрирующих его механику, не учитывала влияние связки головки бедра и силы ее реакции на поддержание устойчивого равновесия в одноопорном ортостатическом положении. Вместе с тем еще М.Ф.Иваницкий (1948) писал: +при ассиметричном положении тела, когда таз располагается косо, круглая связка бедра на стороне опорной, обычно выпрямленной, ноги натягивается и способствует укреплению тазобедренного сустава этой ноги .
Как уже было показано выше, одной из функций связки головки бедра является ограничение приведения бедра. Связка головки бедра, при приведении конечности, натягивается, обеспечивая замыкание тазобедренного сустава во фронтальной плоскости. Данная функция была доказана и продемонстрирована ранее в экспериментах на плоской и трехмерной моделях. С целью доказательства участия связки головки бедра в замыкании тазобедренного сустава и ее опорной функции в одноопорном ортостатическом положении был поставлен следующий эксперимент на уже известной трехмерной модели.
Эксперимент 2. Аналог связки головки бедра (крученый капроновый шнур) одним концом соединялся с центральным отверстием вертлужной частью модели, а другим с головкой бедренной части модели. Длина его части, расположенной в фасонной выточке, выбиралась таким образом, чтобы при полном соприкосновении трущихся поверхностей и максимальном наклоне вертлужной части вниз (имитация приведения и наклона таза в неопорную сторону), отверстие в головке располагалось около верхнего края фасонной выточки, а шнур, при этом не ущемлялся. После этого концы шнура прочно закреплялись.
Было отмечено, что в результате добавления аналога связки головки бедра, тазовая часть модели находилась в устойчивом равновесии даже без внешнего воздействия. Соединение безменом крайнего отверстия наклонной планки тазовой части с самым верхним отверстием планки бедренной части модели ни коем образом не влияло на положение тазовой части. Пружина безмена, имитировавшая действие отводящей группы мышц тазобедренного сустава оказалась не нагруженной.
С целью моделирования действия веса тела, к крайнему отверстию горизонтальной планки, прикрепленной к стержню модели вертлужной впадины, был подвешен груз массой 2 кг. Несмотря на это, изменений в положении тазовой части модели и показаниях безмена практически не происходило! Модель оставалась стабильной во фронтально плоскости, как при уменьшении, так и увеличении нагрузки на 1 кг.
Данный эксперимент ярко продемонстрировал, что в результате приведения бедра и наклона таза в неопорную сторону, происходит натяжение связки головки бедра. Она, выпрямившись и натянувшись до предела, ограничивает дельнейшее приведение бедра и наклон таза (функция ограничения объема движений). При этом угол между длинной осью бедра и биспинальной линией таза достигает минимального своего значения и остается постоянным, несмотря на возрастающую нагрузку. Изменение тазо-бедренного угла в сторону его уменьшения возможно лишь при повреждении связки головки бедра разрыве, отрыве, смещении точки крепления или ее удлинении. Как показал описанный эксперимент, отводящие мышцы при функционирующей связке головки бедра в поддержании равновесия не задействованы! Иными словами в одноопорном ортостатическом положении с наклоном таза в неопорную сторону, только сила реакции связки головки бедра противодействует весу тела, стремящегося привести бедро и наклонить таз. Эксперимент доказывает и наличие опорной функции у связки головки бедра. Как видно связка головки бедра выступает в роли гибкой опоры таза и всего тела в одноопорном ортостатическом положении.
Силы, действующие в области крепления связки головки бедра, являются сосредоточенными, а силы, действующие по линии сопряженных поверхностей тазобедренного сустава - распределенные. Сила тяжести, приложенная к общему центру масс, действует вертикально вниз, а сила реакции связки головки бедра вверх и в сторону центра вращения тазобедренного сустава. Силу реакции связки головки бедра, можно разложить на две составляющие вертикальную и горизонтальную. Вертикальная составляющая противоположна вектору действия веса тела и направлена вверх. Горизонтальная же составляющая обращена в сторону головки бедренной кости. Следовательно, силе тяжести противодействует только вертикальная составляющая силы реакции связки головки бедра.
Плечо веса тела равно кратчайшему расстоянию от центра головки бедренной кости до линии действия силы тяжести, а плечо силы реакции связки головки бедра - от центра головки до проксимальной точки крепления упомянутой связки. Плечо силы реакции в норме равно сумме радиуса головки бедренной кости и глубины ямки вертлужной впадины. Плечо веса тела есть расстояние от центра тазобедренного сустава до линии действия силы тяжести опущенной из общего центра масс. Плечи указанных сил относятся друг к другу приблизительно как 1:3. Чем больше размеры элементов тазобедренного сустава головка и вертлужная впадина, а так же глубина ямки вертлужной впадины и уже таз, тем меньше это соотношение. Для удержания тела в положении устойчивого равновесия необходимо, чтобы сила реакции связки головки бедра превышала вес тела приблизительно в три раза.
Важно отметить - сила реакции связки головки бедра и вес тела действуют по одну сторону от центра вращения тазобедренного сустава! Это позволяет констатировать тот факт, что во фронтальной плоскости, в одноопорном ортостатическом положении, тело представляет собой аналог рычага второго рода!!! Со времен M.D.J.Inman и F.Pauwels, считалось, что тазобедренный сустав в вертикальном положении на одной нижней конечности действует как рычаг первого рода!
Описанный ранее эксперимент 1, показал, что тело может находится в равновесии и без связки головки бедра, только благодаря напряжению отводящей группы мышц. Однако, подобный способ поддержания одноопорного ортостатического положения менее энергетически выгоден, ибо требует затраты вещества и энергии необходимых для работы мышц. Сила реакции связки головки бедра это, прежде всего, сила ее упругости пассивная сила, она не нуждается в восполнении. При равных условиях, поддержание вертикального положения с участием связки головки бедра более предпочтительно для организма.
В одноопорном ортостатическом положении связка головки бедра замыкает тазобедренный сустав во фронтальной плоскости. В сагиттальной плоскости его замыкает подвздошно-бедренная связка (Ревенко Т.А., 1968). Соответственно при опоре на одну ногу тазобедренный сустав, оказывается замкнут связочным аппаратом как минимум в двух плоскостях.
Небезынтересно отметить так же и то, что при функционировании связки головки бедра, нагруженными оказываются только нижние сектора головки бедренной кости и вертлужной впадины! Именно этими поверхностями таз и головка бедренной кости прижимаются друг к другу. Величина давления вертлужной впадины на головку бедренной кости равна сумме силы реакции связки головки бедра и веса тела, то есть составляет четыре веса тела. До сих пор же считалось, что у вертикально стоящего на одной ноге человека нагружены исключительно верхние сектора головки бедра и вертлужной впадины. Наличие связки головки бедра позволяет, на время одноопорной позы разгрузить верхние сектора головки бедренной кости и вертлужной впадины. Полюс максимальных контактных напряжений в области головки бедра смещается в ее нижний сектор. Это заставляет пересмотреть не только статику и кинематику позы, но и представления о распределении напряжений во всем проксимальном конце бедренной кости, области вертлужной впадины и таза. Как следует из выше сказанного одноопорное ортостатическое положение, поддерживаемое только за счет отводящей группы мышц это скорее удел патологии, а не нормы+ Необходимо отметить, что отводящая группа мышц при своем напряжении способна отчасти разгрузить связку головки бедра. Думается, что одна из главных функций отводящих мышц есть контроль над действующими напряжениями в связке головки бедра.
Связка головки бедра играет существенную роль и при ходьбе. В общепринятой схеме F.Pauwels, тазобедренный сустав рассматривается как рычаге первого рода, наиболее нагруженными оказываются верхние сектора головки и полулунной поверхности вертлужной впадины. Причем, эта результирующая нагрузка, при ходьбе возрастает в несколько раз. Подключение же связки головки бедра, в одноопорном периоде, перераспределяет нагрузку на элементы тазобедренного сустава. Это снижает уровень среднепостоянных напряжений в верхнем секторе головки бедренной кости и полулунной поверхности вертлужной впадины, повышая их в нижних.
Прямых доказательств участия связки головки бедра в акте ходьбы получить практически невозможно из-за малых ее размеров и особенностей расположения. Однако обнаруживаются косвенные свидетельства ее участия в реализации одноопорного периода шага:
- таз во фронтально плоскости наклоняется в неопорную сторону, а величина угла его наклона точно повторяется от цикла к циклу,
- приведение опорной и сгибание неопорной ноги такое же, как в статическом одноопорном положении,
- уменьшение напряжения средней ягодичной мышцы в одноопорном периоде и парадоксальное ее молчание в его конце.
- принципиальная возможность замыкания тазобедренного сустава посредством связки головки бедра во фронтально плоскости, что более выгодно с энергетической точки зрения.
- экспериментальное подтверждение разгрузки отводящих мышц, ограничения приведения бедра и наклона таза в неопорную сторону, посредством связки головки бедра при моделировании одноопорного ортостатического положения.
Выше приведенные доводы, позволяют утверждать, что в средине одноопорного периода шага тазобедренный сустав замыкается во фронтальной плоскости посредством связки головки бедра. Благодаря этому одноопорное динамическое состояние обретает большую устойчивость и стабильность. Тазобедренный сустав, при этом преобразуется в рычаг второго рода. За счет участия связки головки бедра, существенно экономится мышечная энергия, полярно меняются зоны наибольшей нагрузки головки бедра и вертлужной впадины.
Выше была продемонстрирована и, как нам думается, доказана, важная роль связки головки бедра в организации движений всего тела при ходьбе. Непосредственно влияя на положение таза и бедра, связки головки бедра опосредованно участвует в определении направления движений в суставах опорной нижней конечности, а так же позвоночника, плечевого пояса и даже рук. Думается, что именно связка головки бедра является одной из главных функциональных связей тазобедренного сустава, и всей опорно-двигательной системы придающей автоматизм и ритмичность ходьбы (Архипов С.В., 1997).
Следует отметить так же то, что чем выше скорость ходьбы, и больше центростремительное ускорение общего центра масс, направленное вверх в одноопорном периоде, тем меньший вес имеет тело. Значит и нагрузка на нижний сектор головки бедренной кости, в одноопорном периоде, будет уменьшаться. Схема F.Pauwels применима к нормальному тазобедренному суставу, но только тогда, когда начинается или завершается одноопорный период. При этом основная нагрузка действительно приходится на верхние сектора головки бедренной кости и полулунной поверхности вертлужной впадины. Однако эта высокая нагрузка действует непродолжительно, всего 8% от времени двойного шага.
Заключая рассмотрение ходьбы, следует еще раз подчеркнуть роль связки головки бедра в этом локомоторном акте, так она:
- разгружает верхние сектора головки бедренной кости и полулунной поверхности вертлужной впадины,
- уменьшает энергозатраты при ходьбе,
- уменьшает действующие напряжения в элементах тазобедренного сустава,
- автоматизирует акт ходьбы,
- обеспечивает поступательное перемещение общего центра массы вперед.
- участвует в поддержании вертикального положения тела.
Таким образом, главной функцией связки головки бедра является замыкание тазобедренного сустава в ортостатическом положении и преобразовании его в рычаг второго рода. При этом основная нагрузка приходится на нижние сектора головки бедренной кости и вертлужной впадины, а отводящая группа мышц разгружается. Кроме этого при ходьбе, связка головки бедра обеспечивает разворот таза вперед в одноопорном периоде шага, определяет ритмичность походки и снижает ее энергоемкость.
Уточненная функция связки головки бедра требует изменения воззрений не только на нормальный, но и патологически измененный тазобедренный сустав. В свете выявленной роли связки головки бедра необходимо пересмотреть патогенез ряда заболеваний тазобедренного сустава, способов их диагностики, лечения и профилактики. Раскрытие механизма функционирования связки головки бедра позволит разработать более совершенные конструкции эндопротезов тазобедренного сустава, улучшить результаты его замены. Несомненно переосмыслены будут и другие методики оперативного лечения травм и заболеваний тазобедренного сустава. Мы обоснованно ожидаем всплеск изобретательской и научной деятельности в этом направлении. Объем журнальной статьи не позволяет рассмотреть тему достаточно полно, это оставляет место для работы других исследователей. Общими усилиями удастся более быстрыми темпами провести ревизию существующих сейчас, зачастую не совсем верных, представлений о месте и функции связки головки бедра.
Контактный адрес: Россия, 238310, Калининградская область, Гурьевский район,
п/о Васильково,
а/я 44, Архипову Сергею Васильевичу.
www.enet.ru/~archipov/
E-mail: postmaster@archipov.koenig.ru или archipovkgd@mail.ru
Подробнее см. монографию С.В.Архипов-Балтийский С.В. Рассуждение о
морфомеханике. Норма. Калининград, 2004. 868 с. (содержит 15 таблиц, 340
иллюстраций, библиография - 885 названий)