Научная статья на тему 'Моделирование работы мышц тазового пояса после эндопротезирования тазобедренного сустава при различной величине общего бедренного офсета'

Моделирование работы мышц тазового пояса после эндопротезирования тазобедренного сустава при различной величине общего бедренного офсета Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
231
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Травма
Ключевые слова
ОБЩИЙ БЕДРЕННЫЙ ОФСЕТ / СИЛА МЫШЦ / ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ РАВНОВЕСИЕ ТАЗА / ЗАГАЛЬНИЙ СТЕГНОВИЙ ОФСЕТ / СИЛА М’ЯЗіВ / ГОРИЗОНТАЛЬНА РіВНОВАГА ТАЗА / GLOBAL FEMORAL OFFSET / MUSCLE STRENGTH / HORIZONTAL PELVIC BALANCE

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Тяжелов А.А., Карпінський М.Ю., Карпінська Е.Д., Гончарова Л.Д., Климовицький Р.В.

Актуальність. Захворювання кульшового суглоба часто супроводжуються структурними м’язовими змінами, що ускладнюють підбір компонентів ендопротеза, тому що врахувати еластичність м’яза до операції неможливо. Це призводить до порушення роботи абдукційного механізму і погіршує результати ендопротезування. Метою даного дослідження є аналіз роботи м’язів, що відповідають за збереження постурального балансу при різній величині загального стегнового офсету. Матеріали та методи. Для розрахунків використана модель горизонтальної рівноваги таза. Модель побудована з розрахунку ваги пацієнта 70 кг. Використано показники абсолютної величини сил, що розвиваються кожним м’язом, враховані кути прикріплення м’язів і величини плеча сили кожного м’яза. В основу розрахунків покладено принцип рівності сил і моментів сил м’язів-абдукторів і моменту сили гравітації, що забезпечує горизонтальну рівновагу таза. Моделювання передбачало аналіз сил, які повинні розвивати м’язи для збереження горизонтальної рівноваги таза при різних умовах: зменшенні величини загального стегнового офсету, збільшенні ваги пацієнта, зниженні абсолютної сили м’язів. Результати. У результаті проведеного моделювання встановлено, що зменшення загального стегнового офсету до 5 мм після ендопротезування не має критичного впливу на ефективність роботи абдукційного механізму, але більша різниця між довжиною плеча абдукторів здорового стегна і величиною загального стегнового офсету після ендопротезування різко погіршує умови роботи м’язів. Дуже важливим фактором, що негативно впливає на збереження постурального балансу після ендопротезування, є функціональна недостатність м’язів-абдукторів. Надмірна вага пацієнта є фактором, що ускладнює роботу абдукційного механізму. Причому в умовах функціональної недостатності м’язів цей фактор має критичний вплив на процес збереження постурального балансу. Висновки. Найбільш значимими факторами, що негативно впливають на роботу абдукційного механізму після ендопротезування кульшового суглоба, є: зменшення загального стегнового офсету більш ніж на 5 мм, надмірна вага пацієнта, доопераційне зниження сили м’язів, відповідальних за збереження постурального балансу.Актуальность. Заболевания тазобедренного сустава часто сопровождаются структурными мышечными изменениями, которые затрудняют подбор компонентов эндопротеза, так как учесть эластичность мышцы до операции невозможно. Это приводит к тому, что общий бедренный офсет, а именно он определяет длину плеча абдукторов после эндопротезирования, не всегда соответствует длине плеча абдукторов с противоположной стороны, а часто бывает меньше. Это приводит к нарушению работы абдукционного механизма и ухудшает результаты эндопротезирования. Целью данного исследования является анализ работы мышц, отвечающих за сохранение постурального баланса при различной величине общего бедренного офсета. Материалы и методы. Для расчетов использовали модель горизонтального равновесия таза. Модель построена из расчета веса пациента 70 кг. Использованы показатели абсолютной величины сил, развиваемых каждой мышцей, учтены углы прикрепления мышц и величины плеча силы каждой мышцы. В основу расчетов положен принцип равенства сил и моментов сил мышц-абдукторов и моментов силы гравитации, которые обеспечивают горизонтальное равновесие таза. Моделирование подразумевало анализ сил, которые должны развивать мышцы для сохранения горизонтального равновесия таза при различных условиях: уменьшении величины общего бедренного офсета, увеличении веса пациента, снижении абсолютной силы мышц. Результаты. В результате проведенного моделирования установлено, что уменьшение общего бедренного офсета после эндопротезирования до 5 мм не имеет критического влияния на эффективность работы абдукторного механизма, но более значительная разница между длиной плеча абдукторов здорового бедра и величиной общего бедренного офсета после эндопротезирования резко ухудшает условия работы мышц. Очень важным фактором, негативно влияющим на сохранение постурального баланса после эндопротезирования, является функциональная недостаточность мышц-абдукторов. Избыточный вес пациента является фактором, затрудняющим работу абдукторного механизма. Причем в условиях функциональной недостаточности мышц этот фактор имеет критическое влияние на процесс сохранения постурального баланса. Выводы. Наиболее значимыми факторами, негативно влияющими на работу абдукционного механизма после эндопротезирования тазобедренного сустава, являются: уменьшение общего бедренного офсета более чем на 5 мм, избыточный вес пациента, дооперационное снижение силы мышц, ответственных за сохранение постурального баланса.Background. Diseases of the hip joint are often accompanied by structural muscular changes, which are one of the reasons that make it difficult to select the components of the endoprosthesis, since it is impossible to take into account the elasticity of the muscle before the surgery. This leads to the fact that the global femoral offset, and it is determine the length of the abductor shoulder after endoprosthetics, does not always correspond to the length of the arm of force of the abductors from the opposite side, and often is less. This leads to disruption of the abduction mechanism and worsens the results of arthroplasty. The purpose of this study is to analyze the work of the muscles responsible for maintaining the postural balance at a different value of the global femoral offset. Materials and methods. A horizontal equilibrium model of the pelvis was used for the calculations. The model is constructed from the calculation of the patient’s weight of 70 kg. The absolute values of the forces developed by each muscle are used, the angles of attachment of muscles and the magnitude of the the arm of force of each muscle are taken into account. The calculations are based on the principle of equality of forces and moments of the forces of abductor muscles and moment of gravity, which provide a horizontal balance of the pelvis. Simulation implied an analysis of the forces that should develop the muscles to maintain horizontal equilibrium of the pelvis under different conditions: a decrease in the global femoral offset, an increase in the weight of the patient, a decrease in the absolute strength of the muscles. Results. As a result of the simulation, it was found that a decrease in the global femoral offset after arthroplasty to 5 mm does not have a critical effect on the efficiency of the abductor mechanism, but the more significant difference between the length of the arm of abductors’ force of the healthy femur and the value of the global femoral offset after arthroplasty significantly worsens the working conditions of the muscles. A very important factor negatively affecting the preservation of the postural balance after arthroplasty is the functional insufficiency of abductor muscles. Excess body weight of the patient is a factor that complicates the work of the abductor mechanism. And in conditions of functional deficiency of muscles, this factor has a critical effect on the process of maintaining the postural balance. Conclusions. The most significant factors negatively affecting the functioning of the abduction mechanism after hip arthroplasty are a decrease in the global femoral offset by more than 5 mm, an excess body weight of the patient, a preoperative decrease in the muscle strength responsible for maintaining the postural balance.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Тяжелов А.А., Карпінський М.Ю., Карпінська Е.Д., Гончарова Л.Д., Климовицький Р.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Моделирование работы мышц тазового пояса после эндопротезирования тазобедренного сустава при различной величине общего бедренного офсета»

Орипнальы досл1дження

Original Researches

УДК 616.728.2-089.843:616-77:616.74.001.57 DOI: 10.22141/1608-1706.6.18.2017.121191

Тяжелов А.А.1, Карпинский М.Ю.1, Карпинская Е.Д.1, Гончарова Л.Д.2, Климовицкий Р.В.2 ТУ «Институт патологии позвоночника и суставов имени профессора М.И. Ситенко Национальной академии медицинских наук Украины», г. Харьков, Украина 2НИИ травматологии и ортопедии ДонНМУ, г. Лиман, Украина

Моделирование работы мышц тазового пояса после эндопротезирования тазобедренного сустава при различной величине общего бедренного офсета

Резюме. Актуальность. Заболевания тазобедренного сустава часто сопровождаются структурными мышечными изменениями, которые затрудняют подбор компонентов эндопротеза, так как учесть эластичность мышцы до операции невозможно. Это приводит к тому, что общий бедренный офсет, а именно он определяет длину плеча абдукторов после эндопротезирования, не всегда соответствует длине плеча абдукторов с противоположной стороны, а часто бывает меньше. Это приводит к нарушению работы абдукционного механизма и ухудшает результаты эндопротезирования. Целью данного исследования является анализ работы мышц, отвечающих за сохранение постурального баланса при различной величине общего бедренного офсета. Материалы и методы. Для расчетов использовали модель горизонтального равновесия таза. Модель построена из расчета веса пациента 70 кг. Использованы показатели абсолютной величины сил, развиваемых каждой мышцей, учтены углы прикрепления мышц и величины плеча силы каждой мышцы. В основу расчетов положен принцип равенства сил и моментов сил мышц-абдукторов и моментов силы гравитации, которые обеспечивают горизонтальное равновесие таза. Моделирование подразумевало анализ сил, которые должны развивать мышцы для сохранения горизонтального равновесия таза при различных условиях: уменьшении величины общего бедренного офсета, увеличении веса пациента, снижении абсолютной силы мышц. Результаты. В результате проведенного моделирования установлено, что уменьшение общего бедренного офсета после эндопротезирования до 5 мм не имеет критического влияния на эффективность работы абдукторного механизма, но более значительная разница между длиной плеча абдукторов здорового бедра и величиной общего бедренного офсета после эндопротези-рования резко ухудшает условия работы мышц. Очень важным фактором, негативно влияющим на сохранение постурального баланса после эндопротезирования, является функциональная недостаточность мышц-абдукторов. Избыточный вес пациента является фактором, затрудняющим работу абдукторного механизма. Причем в условиях функциональной недостаточности мышц этот фактор имеет критическое влияние на процесс сохранения постурального баланса. Выводы. Наиболее значимыми факторами, негативно влияющими на работу абдукционного механизма после эндопротезирования тазобедренного сустава, являются: уменьшение общего бедренного офсета более чем на 5 мм, избыточный вес пациента, дооперационное снижение силы мышц, ответственных за сохранение постурального баланса.

Ключевые слова: общий бедренный офсет; сила мышц; горизонтальное равновесие таза

Травма

© «Травма», 2017 © Trauma, 2017

© Издатель Заславский А.Ю., 2017 © Publisher Zaslavsky A.Yu., 2017

Для корреспонденции: Тяжелов Алексей Алимович, доктор медицинских наук, профессор, ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов имени профессора М.И. Ситенко Национальной академии медицинских наук Украины», ул. Пушкинская, 80, г. Харьков, 61024, Украина; e-mail: alzhar3001@gmail.com

For correspondence: A. Tyazhelov, MD, PhD, Professor, State Institution "Sytenko Institute of Spine and Joint Pathology of the Academy of Medical Science of Ukraine", Pushkinskaya st., 80, Kharkiv, 61024, Ukraine; e-mail: alzhar3001@gmail.com

Введение

Заболевания тазобедренного сустава, особенно с деструкцией головки или вертлужной впадины, часто сопровождаются развитием сгибательно-приводящей контрактуры, что отрицательно влияет на исход последующего эндопротезирования. Длительно существующая контрактура тазобедренного сустава приводит к контрактильному спазму, уменьшению длины мышцы и со временем — к структурным мышечным изменениям [1—3]. Контрактильные изменения мышц до операции являются одной из причин, по которым затрудняется подбор компонентов эндопротеза, так как учесть эластичность мышцы до операции невозможно. Это приводит к тому, что общий бедренный офсет, а именно он определяет длину плеча абдукторов после эндопротезирования, не всегда соответствует длине плеча абдукторов с противоположной стороны, а часто бывает меньше.

Эти изменения мышц также затрудняют восстановление движений после эндопротезирования. И хотя в последние годы появляется все больше информации о влиянии общего бедренного офсета на функцию мышц [4, 5], эти работы имеют больше клинический характер и нуждаются в обобщении и научном обосновании. Например, нет четкого ответа на вопрос, какая величина изменения общего офсета после эндопро-тезирования будет критичной для работы мышц. Как влияет снижение силы мышц-абдукторов на особенности сохранения постурального баланса? Каким образом влияют друг на друга изменение работы мышц тазового пояса и изменение компонентов эндопротеза, обусловливающие величину общего бедренного офсета? Как эти компоненты влияют на сохранение вертикальной позы?

Для ответа на поставленные вопросы целесообразно воспользоваться методом моделирования.

Целью данного исследования является анализ работы мышц, отвечающих за сохранение постурально-го баланса при различной величине общего бедренного офсета. Данный раздел исследования выполнен на базе лаборатории биомеханики ГУ «ИППС имени

проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», с консультативной и технической помощью сотрудников лаборатории: проф. А.А. Тяжелова и научного сотрудника М.Ю. Карпинского.

Материалы и методы

Для расчетов использовали модель горизонтального равновесия таза [6]. Модель построена из расчета веса пациента 70 кг, данные о параметрах мышц взяты из литературных источников [7]. В частности, использованы показатели абсолютной величины сил, развиваемых каждой мышцей, учтены углы прикрепления мышц и величины плеча силы каждой мышцы (табл. 1). Учитывая данные литературы, свидетельствующие, что величина плеча абдукторов втрое меньше длины плеча силы гравитации, примем величину плеча силы гравитации тела a = 0,08 м.

В основу расчетов положен принцип равенства сил и моментов сил мышц-абдукторов и моментов силы гравитации, которые обеспечивают горизонтальное равновесие таза.

(ZF = 0. I Т,м=о.

Проверка работоспособности модели в нашей предыдущей работе показала, что в норме при одноопор-ном стоянии мышцы, стабилизирующие таз, имеют более чем троекратный запас прочности и эффективно работают даже при увеличении веса пациента.

Поэтому заданием данного этапа работы стал анализ работы мышц, отвечающих за сохранение посту-рального баланса, при изменении величины общего бедренного офсета и веса пациента.

На величину общего бедренного офсета при эндопро-тезировании тазобедренного сустава влияют геометрические параметры компонентов эндопротеза. Размер офсета эндопротеза различается у каждой фирмы и зависит от номера ножки. Минимальный размер — 34 мм, максимальный — 44 мм, но наиболее часто используют эндопротезы с офсетом 37,5—44 мм, то есть разница показателя для разных типов и размеров ножки достигает 6 мм.

Таблица 1. Величины абсолютных тяговых усилий мышц, участвующих в стабилизации таза, величины плеч приложения этих усилий и величины углов прикрепления мышц

Сила Мышца Максимальная сила,Н Плечо силы, м Угол Величина угла, град.

F1 Piriformis 296 0,04 а 70

F2 Gluteus medius 1365 2105 0,03 ß 30

Gluteus minimus 585

Tensorfasciae latae 155

F3 Iliopsoas 800 0,01 Y 20

f4 Sartorius 104 0,04 Ф 20

F5 Rectus femoris 779 0,02 Ф 5

F6 Gluteus maximus anterior 1296 0,03 0 10

Диаметр головки — от 28 до 36 мм, но чаще используют имплантаты диаметром 32—36 мм. Диапазон, который влияет на величину общего бедренного офсета, равен разнице половины диаметра головок, или 2 мм.

Глубина посадки головки — от —4 до +12 мм, но чаще используют посадку от —4 до +4 мм, то есть диапазон разброса показателя составляет 8 мм. Толщина вертлужного компонента также различна и влияет на разброс показателя.

Таким образом, максимальный разброс показателей компонентов эндопротеза или общего бедренного офсета может равняться 16 мм и более.

Изменения этих параметров влияют на величину плеч мышц, имеющих точки крепления непосредственно на проксимальном конце бедренной кости (участок большого вертела). Поэтому мы в модели меняли величину плеча только для мышц F1, ГО, F6. Изменение величины общего офсета выполняли с шагом 5 мм.

Результаты и обсуждение

Моделирование работы абдукторного механизма при нормальной силе мышц, отвечающих за сохранение постурального баланса, при различной величине общего бедренного офсета

В табл. 2 сведены результаты расчета величин сил мышц, необходимых для удержания горизонтального равновесия таза при уменьшении величины общего бедренного офсета на 5 мм.

Визуальное сравнение величин мышечных сил, необходимых для сохранения горизонтального равновесия таза в условиях уменьшенной величины плеч действия абдуктора бедра на 5 мм, приведено на диаграмме (рис. 1).

Как видим, уменьшение величины общего бедренного офсета после эндопротезирования на 5 мм не оказывает принципиального влияния на работу мышц тазового пояса. Все мышцы работают с более чем двукратным запасом прочности. Но надо отметить, что

при увеличении веса пациента запас прочности резко уменьшается. Так, при весе тела пациента 100 кг и более мышцы вынуждены развивать усилия более 50—60 % своей мощности, что обязательно повлияет на выносливость работы мышц. С точки зрения клинической интерпретации такого результата, с учетом мышечной синергии следует ожидать нормальной бытовой активности пациента даже при увеличении веса тела. Но длительная перегрузка мышц может привести к клинической симптоматике нарушения постурального баланса, а пациенты с увеличением веса попадают в группу риска.

Следующим этапом моделирования стало уменьшение величины общего бедренного офсета на 10 мм. Результаты расчетов мышечных усилий, необходимых для поддержания равновесия таза в данных условиях, приведены в табл. 3.

Визуальное сравнение работы мышц приведено на диаграмме (рис. 2).

Как показывают результаты моделирования, уменьшение величины общего бедренного офсета на 10 мм приводит к заметному уменьшению запаса прочности мышц. Все без исключения мышцы для удержания горизонтального равновесия таза должны развивать

Рисунок 1. Диаграмма величин сил, необходимых для сохранения горизонтального равновесия таза при уменьшении величины общего бедренного офсета на 5 мм

Таблица 2. Величины сил, необходимых для удержания равновесия таза при уменьшении величины общего бедренного офсета на 5 мм

Мышцы Сила, Н

Сила Название мышцы Максимум Вес пациента, кг

70 100 120

F1 Piriformis 296 154 219 263

F2 Gluteus medius 2105 1092 1560 1872

Gluteus minimus

Tensorfasciae latae

Iliopsoas 800 415 593 711

f4 Sartorius 104 54 77 92

F5 Rectus femoris 779 404 577 693

F6 Gluteus maximus anterior 1296 672 960 1152

Таблица 3. Величины сил, необходимых для сохранения горизонтального равновесия таза при уменьшении величины общего бедренного офсета на 10 мм

Мышца Сила, Н

Сила Название Максимум Вес пациента, кг

70 100 120

F Piriformis 296 180 257 309

F2 Gluteus medius 2105 1282 1831 2197

Gluteus minimus

Tensorfasciae latae

F3 Iliopsoas 800 487 696 835

F4 Sartorius 104 63 90 109

F5 Rectus femoris 779 474 678 813

F6 Gluteus maximus anterior 1296 789 1127 1353

усилия более 50 % своей мощности. С точки зрения клинической интерпретации такого результата, даже с учетом мышечной синергии можно говорить о выраженном снижении возможностей сохранения по-стурального баланса, а увеличение веса пациента более чем на 30 % выглядит критическим для нормального передвижения без дополнительной опоры.

Еще больше усугубляет ситуацию уменьшение величины общего бедренного офсета на 15 мм. Данные о величине мышечных усилий, необходимых для поддержания равновесия таза при одноопорном стоянии в данном случае, сведены в табл. 4.

Визуальное сравнение величины мышечных сил, необходимых для поддержания равновесия таза в условиях уменьшения величины общего бедренного офсета на 15 мм, с помощью диаграммы (рис. 3) демонстрирует дальнейшее ухудшение работы мышц тазового пояса.

Полученные результаты показывают, что уменьшение величины общего бедренного офсета на 15 мм требует от мышц-абдукторов бедра работы в экстре-

мальном режиме. Даже с учетом мышечной синергии абдукторы вынуждены работать почти на пределе своих возможностей, а с увеличением веса пациента на 30 % и более мышцы-абдукторы вообще не в состоянии обеспечить сохранение горизонтального равновесия таза.

Клиническая интерпретация полученных данных позволяет говорить о фактической несостоятельности нормального одноопорного стояния и ходьбы, требует использования дополнительной опоры при ходьбе и может способствовать другим неинфекционным осложнениям.

Таким образом, результаты моделирования работы мышц при уменьшении общего бедренного офсета, но при обычной силе мышц доказали, что общий бедренный офсет — важный показатель, влияющий на характер работы мышц, ответственных за сохранение постурального баланса.

Уменьшение общего бедренного офсета до 5 мм существенно не влияет на эффективность работы абдукторов, мышцы работают с более чем двукратным запасом прочности, но разница между нормальной длиной

Таблица 4. Величины сил, необходимых для сохранения горизонтального равновесия таза при уменьшении величины общего бедренного офсета на 15 мм

Мышца Сила, Н

Сила Название Максимум Вес пациента, кг

70 100 120

F1 Piriformis 296 218 312 374

F2 Gluteus medius 2105 1552 2217 2660

Gluteus minimus

Tensorfasciae latae

F3 Iliopsoas 800 590 842 1011

F4 Sartorius 104 77 110 131

F5 Rectus femoris 779 574 820 984

F6 Gluteus maximus anterior 1296 955 1365 1638

3000

2500

X 2000

a

С 1500

о

1000

500

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0

■гПП

tu

ni

F3 F4 F5 Мышцы

■ Абс. сила □ 70 кг ■ 100 кг □ 120 кг

Рисунок 3. Диаграмма величин сил, необходимых для поддержания равновесия таза при уменьшении величины общего бедренного офсета на 15 мм

Рисунок 2. Диаграмма величин сил,

необходимых для поддержания равновесия таза при уменьшении величины общего бедренного офсета на 10 мм

плеча абдукторов бедра и величиной общего бедренного офсета больше 5 мм резко ухудшает условия работы мышц, при их обычной силе. Еще одним фактором, негативно влияющим на работу абдукторов бедра после эндопротезирования, является избыточный вес тела пациента.

Моделирование работы абдукторного механизма при снижении силы мышц, отвечающих за сохранение постурального баланса, при различной величине общего бедренного офсета

Известно, что длительный патологический процесс в тазобедренном суставе сопровождается контрактурой и снижением силы мышц тазового пояса. Поэтому следующим этапом моделирования стал анализ эффективности работы ослабленных мышц при нормальной и уменьшенной величине общего бедренного офсета.

Первым заданием для данного этапа работы стало снижение силы абдукторов бедра на 25 % в сравнении с нормальной силой мышц.

Результаты расчетов для варианта с величиной общего бедренного офсета после эндопротезирования,

которая соответствует нормальному показателю плеча силы здоровой конечности, приведены в табл. 5.

Полученные данные показывают, что если после эндопротезирования общий бедренный офсет имеет ту же величину, что и длина плеча абдукторов здорового бедра, то работа мышц тазового пояса после операции не отличается от работы мышц здорового тазобедренного сустава. А именно: все мышцы развивают усилия в 2 раза меньше максимальных, то есть имеют как минимум двукратный запас прочности. А с учетом мышечных синергий можно говорить о еще большем запасе прочности мышц. По крайней мере, при расчетном весе пациента.

Более наглядно величины мышечных сил, которые необходимо приложить для выполнения условий равновесия таза при одноопорном стоянии после операции эндопротезирования, показаны на диаграмме (рис. 4).

Как видно из данных диаграммы, при одинаковых показателях длины плеча абдукторов здорового бедра и величины общего бедренного офсета после эндопроте-зирования, силы мышц, удерживающих горизонтальное равновесие таза пациента рассчитанного веса (в

Таблица 5. Величины сил, необходимых для сохранения горизонтального равновесия таза при равных показателях величины общего бедренного офсета и длины плеча абдукторов,

но при уменьшении силы абдукторов на 25 %

Мышца Сила, Н

Сила Название Максимум Вес пациента, кг

70 100 120

F1 Piriformis 222 125 178 214

F2 Gluteus medius 1579 887 1267 1520

Gluteus minimus

Tensorfasciae latae

F3 Iliopsoas 800 449 642 770

f4 Sartorius 104 58 83 100

F5 Rectus femoris 779 437 625 750

F6 Gluteus maximus anterior 972 546 780 936

180016001400-

X 1200-

■ 1000 -j 80°-

600400200-

Ii

SB

=2 F3 F4 F5

Мышцы

■ Абс. сила □ 70 кг ■ 100 кг □ 120 кг

200018001600-

х 1400« 1200 "

С 1000-О 800600400200 0

тттН

шшя

:2 F3 F4 Fs

Мышцы

■ Абс. сила □ 70 кг ■ 100 кг □ 120 кг

Рисунок 4. Диаграмма величин сил, необходимых для поддержания равновесия таза при одинаковых показателях величины общего бедренного офсета и длины плеча абдукторов, но при уменьшении силы абдукторов на 25 %

нашем случае 70 кг), вполне достаточно даже в условиях 25% снижения их максимальной силы.

Но увеличение веса пациента на 30 % и более становится критическим для обеспечения горизонтального равновесия таза.

Далее исследуем, что происходит при уменьшении на 5 мм величины общего бедренного офсета в условиях 25% снижения максимальной силы абдукторов бедра. Данные расчетов сведены в табл. 6.

Табличные данные свидетельствуют, что в указанных условиях показатели работы мышц пациента рассчитанного веса меняются, но не критично. Что же касается увеличения веса тела пациента, то этот фактор становится определяющим для эффективной работы мышц-абдукторов.

Наглядность этой таблицы представляет диаграмма (рис. 5).

Результаты расчетов показывают, что снижение абсолютной силы мышц, поддерживающих равновесие таза, на 25 % при уменьшении величины общего бедренного офсета на 5 мм после эндопротезирования влияет на их работу, но критическим такое влияние можно считать

Рисунок 5. Диаграмма величин сил, обеспечивающих удержание горизонтального равновесия таза при уменьшении общего бедренного офсета на 5 мм в условиях 25% снижения максимальной силы абдукторов бедра

только при увеличении веса тела пациента. Например, у больного с весом 120 кг мышцы-абдукторы просто не в состоянии развить необходимые усилия, чтобы удержать горизонтальное равновесие таза. Расчетные усилия для больного с весом 120 кг должны превышать абсолютную мышечную силу, что невозможно.

Еще более сложными будут условия работы мышц-абдукторов при уменьшении величины общего бедренного офсета после эндопротезирования на 10 мм и при снижении их абсолютной силы на 25 %.

Результаты расчета величин мышечных усилий при указанных условиях сведены в табл. 6.

Расчеты показали, что такие условия работы мышц являются критическими для удержания горизонтального равновесия таза, а увеличение веса пациента вообще является фактором, исключающим возможность говорить об эффективности мышечной работы. Визуализация работы мышц-абдукторов при указанных условиях представлена на диаграмме (рис. 6).

На диаграмме видно, что уменьшение величины общего бедренного офсета на 10 мм в условиях 25%

Таблица 6. Величины сил, необходимых для поддержания равновесия таза при уменьшении величины общего бедренного офсета на 5 мм в условиях 25% снижения

максимальной силы абдукторов бедра

Мышца Сила, Н

Сила Название Максимум Вес пациента, кг

70 100 120

F1 Piriformis 222 142 202 243

F2 Gluteus medius 1579 1008 1440 1728

Gluteus minimus

Tensorfasciae latae

F3 Iliopsoas 800 511 730 876

f4 Sartorius 104 66 95 114

F5 Rectus femoris 779 497 710 853

F6 Gluteus maximus anterior 972 621 886 1064

250020001 1500-a С

О 1000500-

IBM

~2 F4 F5

Мышцы

■ Абс. сила □ 70 кг ■ 100 кг □ 120 кг

Рисунок 6. Диаграмма величин сил, которые обеспечивают сохранение горизонтального

равновесия таза при уменьшении общего бедренного офсета на 10 мм в условиях 25% снижения максимальной силы абдукторов бедра

снижения максимальной силы абдукторов является критическим для эффективной работы мышц даже с учетом мышечных синергий и даже у пациента рассчитанного веса. Все мышцы вынуждены работать почти на пределе своей абсолютной силы, что недостаточно для обычного передвижения в бытовых условиях без дополнительной опоры.

Фактор веса настолько увеличивает нагрузку на мышцы, что для поддержания горизонтального равновесия таза при одноопорном стоянии они должны развивать усилия, большие, чем их абсолютная сила.

Дальнейшее уменьшение величины общего бедренного офсета после эндопротезирования в условиях 25% снижения максимальной силы абдукторов еще более ухудшает работу мышц.

Обобщая результаты моделирования работы мышц-абдукторов, ответственных за сохранение постураль-ного баланса в условиях 25% функциональной недостаточности мышц, можно отметить, что уменьшение общего бедренного офсета на 5 мм не имеет критического влияния на эффективность работы абдукторов, мышцы работают с двукратным запасом прочности. Разница между нормальной длиной плеча абдукторов и величиной общего бедренного офсета больше 5 мм резко ухудшает условия работы мышц. Очень важным фактором, который негативно влияет на работу абдукторов после эндопротезирования, является избыточный вес пациента. Причем в условиях функциональной недостаточности мышц это влияние можно назвать критическим.

Выводы

Обобщая полученные данные, можно сделать следующие выводы:

1. Уменьшение общего бедренного офсета после эндопротезирования на 5 мм не имеет критического влияния на эффективность работы абдукторного механизма, но большая разница между длиной плеча абдукторов здорового бедра и величиной общего бедренного офсета после эндопротезирования резко ухудшает условия работы мышц.

2. Очень важным фактором, негативно влияющим на сохранение постурального баланса после эндопротезирования, является функциональная недостаточность мышц-абдукторов. Этот фактор надо не только учитывать при выполнении операции эндопротези-рования тазобедренного сустава, но по возможности активно его устранять еще до хирургического вмешательства.

3. Избыточный вес пациента является фактором, затрудняющим работу абдукторного механизма. Причем в условиях функциональной недостаточности мышц этот фактор имеет критическое влияние на процесс сохранения постурального баланса.

Таким образом, наиболее значимыми факторами, негативно влияющими на работу абдукционного механизма после эндопротезирования тазобедренного сустава, являются: уменьшение общего бедренного офсета более чем на 5 мм, избыточный вес пациента, дооперационное снижение силы мышц, ответственных за сохранение постурального баланса.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии какого-либо конфликта интересов при подготовке данной статьи.

Список литературы

1. Arokoski M.H., Arokoski J.P., Haara M, Kankaan-paa M, Vesterinen M, Niemitukia L.H., Helminen H.J. Hip muscle strength and muscle cross sectional area in men with and without hip osteoarthritis // J. Rheumatol. — 2002. — V. 29, № 10. — P. 2185-2195.

2. Лоскутов А.Е. Тотальное эндопротезирование при диспластическом коксартрозе / А.Е. Лоскутов, М.Л. Го-ловаха // Орmопедiя, травматологiя та протезування. — 1998. — № 3. — С. 122-123.

3. Risk factors for early revision after total hip arthroplasty / C.J. Dy, K.J. Bozic, T.J. Panetal//Arthritis. Care Res. (Hobo-ken). — 2014. — Vol. 66, № 6. — P. 907-915.

4. Sariali E. The effect of femoral offset modification on gait after total hip arthroplasty /Sariali E, Klouche S, Mouttet A., Pascal-Moussellard H. //Acta Orthop. — 2014. — 85 (2). — 123-7. doi: 10.3109/17453674.2014.889980. Epub 2014 Feb 25.]

5. Mahmood S.S., Mukka S.S., Crnalic S, Wretenberg P., Sayed-Noor A.S.. Association between changes in global femoral offset after total hip arthroplasty and function, quality of life, and abductor muscle strength. A prospective cohort study of 222 patients //Acta Orthop. — 2016. — 87 (1). — 36-41. doi: 10.3109/17453674.2015.1091955. Epub 2015 Oct 16.].

6. Тяжелов А., Карпинский М.Ю., Карпинская Е.Д., Гончарова Л.Д., Климовицкий Р.В., Фищенко В. Клинико-биомеханическое обоснование и построение модели работы мышц, обеспечивающих горизонтальное равновесие таза // Травма. — 2017. — № 5.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Carhart M.R. BiomechanicalAnalysis of Compensatory Stepping: Implications for Paraplegics Standing Via FNS: Ph.D. Dissertation, Arizona State University, 2000.

Получено 25.09.2017 ■

Тяжелов А.А.1, Карпнський М.Ю.1, Карпнська Е.Д.1, ГончароваЛ.Д.2, Климовицький Р.В.2 1ГУ «1нститут патологи хребта та суглоб!в ¡мен1 професора М.1. Ситенка Национально! академИ медичних наук Укра!ни», м. Харк1в, Украина 2НД1 травматологи та ортопед!!ДонНМУ, м. Лиман, Укра!на

Моделювання роботи м'яз1в тазового пояса шсля ендопротезування культового суглоба при р1зшй величин! загального стегновго офсету

Резюме. Актуальтсть. Захворювання кульшового суглоба часто супроводжуються структурними м'язовими змша-ми, що ускладнюють пiдбiр компонентiв ендопротеза, тому що врахувати еластичшсть м'яза до операцп неможливо. Це призводить до порушення роботи абдукцшного меха-нiзму i погiршуe результаты ендопротезування. Метою да-ного дослiдження е аналiз роботи м'язiв, що вiдповiдають за збереження постурального балансу при рiзнiй величин загального стегнового офсету. Матерiалu та методы. Для розрахуншв використана модель горизонтально! рiвноваги таза. Модель побудована з розрахунку ваги пацiента 70 кг. Використано показники абсолютно! величини сил, що роз-виваються кожним м'язом, враховаш кути прикрiплення м'язiв i величини плеча сили кожного м'яза. В основу розрахуншв покладено принцип рiвностi сил i моментiв сил м'язiв-абдукторiв i моменту сили гравггацп, що забезпечуе горизонтальну рiвновагу таза. Моделювання передбачало аналiз сил, як1 повиннi розвивати м'язи для збереження горизонтально! рiвноваги таза при рiзних умовах: зменшенш величини загального стегнового офсету, збшьшенш ваги пацiента, зниженнi абсолютно! сили м'язiв. Результати.

У результатi проведеного моделювання встановлено, що зменшення загального стегнового офсету до 5 мм тсля ендопротезування не мае критичного впливу на ефективтсть роботи абдукцшного мехатзму, але биьша рiзниця мiж довжиною плеча абдукторiв здорового стегна i величиною загального стегнового офсету тсля ендопротезування рiзко попршуе умови роботи м'язiв. Дуже важливим фактором, що негативно впливае на збереження постурального балансу пiсля ендопротезування, е функцюнальна недостатнiсть м'язiв-абдукторiв. Надмiрна вага пащента е фактором, що ускладнюе роботу абдукцiйного механiзму. Причому в умовах функщонально! недостатностi м'язiв цей фактор мае критичний вплив на процес збереження постурального балансу. Висновки. Найбиьш значимими факторами, що негативно впливають на роботу абдукцшного мехашзму тсля ендопротезування кульшового суглоба, е: зменшення загального стегнового офсету биьш нгж на 5 мм, надмiрна вага пащента, дооперацшне зниження сили м'язiв, вщпо-вщальних за збереження постурального балансу. Ключовi слова: загальний стегновий офсет; сила м'язiв; горизонтальна рiвновага таза

O.A. Tyazhelov1, M.Yu. Karpinsky1, E.D. Karplnskaya1, L.D. Goncharova2, R.V. Klimovitsky1

1State Institution "Sytenko Institute of Spine and Joint Pathology of the Academy of Medical Science of Ukraine", Kharkiv, Ukraine

2Scientific and Research Institute of Traumatology and Orthopedics of Donetsk National Medical University, Lyman, Ukraine

Modeling the work of pelvic girdle muscles after hip replacement in different size of global femoral offset

Abstract. Background. Diseases of the hip joint are often accompanied by structural muscular changes, which are one of the reasons that make it difficult to select the components of the endoprosthesis, since it is impossible to take into account the elasticity of the muscle before the surgery. This leads to the fact that the global femoral offset, and it is determine the length of the abductor shoulder after endoprosthetics, does not always correspond to the length of the arm of force of the abductors from the opposite side, and often is less. This leads to disruption of the abduction mechanism and worsens the results of arthroplasty. The purpose of this study is to analyze the work of the muscles responsible for maintaining the postural balance at a different value of the global femoral offset. Materials and methods. A horizontal equilibrium model of the pelvis was used for the calculations. The model is constructed from the calculation of the patient's weight of 70 kg. The absolute values of the forces developed by each muscle are used, the angles of attachment of muscles and the magnitude of the the arm of force of each muscle are taken into account. The calculations are based on the principle of equality of forces and moments of the forces of abductor muscles and moment of gravity, which provide a horizontal balance of the pelvis. Simulation implied an analysis of the forces that should develop the muscles to maintain horizontal

equilibrium of the pelvis under different conditions: a decrease in the global femoral offset, an increase in the weight of the patient, a decrease in the absolute strength of the muscles. Results. As a result of the simulation, it was found that a decrease in the global femoral offset after arthroplasty to 5 mm does not have a critical effect on the efficiency of the abductor mechanism, but the more significant difference between the length of the arm of abductors' force of the healthy femur and the value of the global femoral offset after arthroplasty significantly worsens the working conditions of the muscles. A very important factor negatively affecting the preservation of the postural balance after arthroplasty is the functional insufficiency of abductor muscles. Excess body weight of the patient is a factor that complicates the work of the abductor mechanism. And in conditions of functional deficiency of muscles, this factor has a critical effect on the process of maintaining the postural balance. Conclusions. The most significant factors negatively affecting the functioning of the abduction mechanism after hip arthroplasty are a decrease in the global femoral offset by more than 5 mm, an excess body weight of the patient, a preoperative decrease in the muscle strength responsible for maintaining the postural balance. Keywords: global femoral offset; muscle strength; horizontal pelvic balance

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.