Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.


Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

"Тrauma" Том 18, №5, 2017

Back to issue

Clinical and biomechanical substantiation and modeling work of the muscles supporting horizontal balance of the pelvis

Authors: Тяжелов А.А.(1), Карпинский М.Ю.(1), Карпинская Е.Д.(1), Гончарова Л.Д.(2), Климовицкий Р.В.(2), Фищенко В.А.(3)
(1) — ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», г. Харьков, Украина
(2) — НИИ травматологии и ортопедии ДонНМУ, г. Лиман, Украина
(3) — Винницкий национальный медицинский университет им. Н.И. Пирогова, г. Винница, Украина

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Тривало існуючий патологічний процес в тазостегновому суглобі призводить до порушення його нормальної біомеханіки. При цьому страждають м’язи тазового пояса. Ендопротез кульшового суглоба, відновлюючи опор-ність і рух в оперованому суглобі, не відновлює роботу м’язів, у зв’язку з чим порушення опорно-кінематичної функції тазо-
стегнового суглоба зберігається тривалий час. З огляду на складність вивчення функції м’язів метою даного дослідження є створення універсальної математичної моделі роботи м’язів тазового пояса для дослідження особливостей їх функціонування в процесі забезпечення горизонтальної рівноваги таза. Матеріали та методи. На основі натурного скелета людини була побудована фізична модель «поперековий відділ хребта — таз — стегно» з позначенням напрямів діяльності м’язів і кутів їх прикріплення і складена розрахункова схема з урахуванням напрямку і сили дії м’язів. Модель побудована з розрахунку ваги пацієнта 70 кг, показники абсолютної величини сил, що розвиваються кожним м’язом, кути прикріплення м’язів і величини плеча сили кожного м’яза взяті з літературних джерел. Були складені рівняння рівноваги моментів сили гравітації і сумарного м’язового моменту сил. Результати. Для перевірки валідності розробленої моделі досліджували її роботу на прикладі ендопротезування кульшового суглоба. Як розрахункові умови роботи моделі взяли ситуацію, при якій досліджуваний стоїть на одній нозі, зберігаючи горизонтальну рівновагу таза. Проведені розрахунки показують, що розроблена нами модель роботи м’язів тазового пояса по забезпеченню горизонтальної рівноваги таза працює з більш ніж триразовим запасом міцності, отримані результати відповідають літературним даним, отже, модель валідна і може застосовуватися для відповідних розрахунків. Висновки. Створена універсальна математична модель роботи м’язів тазового пояса дозволяє вивчати і аналізувати вплив різних зовнішніх факторів на можливість сталого одноопорного стояння.

Актуальность. Длительно существующий патологический процесс в тазобедренном суставе приводит к нарушению его нормальной биомеханики. При этом страдают мышцы тазового пояса. Эндопротез тазобедренного сустава, восстанавливая опорность и движения в оперированном суставе, не восстанавливает работу мышц, в связи с чем нарушения опорно-кинематической функции тазобедренного сустава сохраняются длительное время. С учетом сложности изучения функции мышц целью данного исследования стало создание универсальной математической модели работы мышц тазового пояса для исследования особенностей их функционирования в процессе обеспечения горизонтального равновесия таза. Материалы и методы. На основе натурного скелета человека была построена физическая модель «поясничный отдел позвоночника — таз — бедро» с обозначением линий действия мышц и углов их прикрепления и составлена расчетная схема с учетом направления и силы действия мышц. Модель построена из расчета веса пациента 70 кг, показатели абсолютной величины сил, развиваемых каждой мышцей, углы прикрепления мышц и величины плеча силы каждой мышцы взяты из литературных источников. Были составлены уравнения равновесия моментов силы гравитации и суммарного мышечного момента сил. Результаты. Для проверки валидности разработанной модели исследовали ее работу на примере эндопротезирования тазобедренного сустава. В качестве расчетных условий работы модели приняли ситуацию, при которой исследуемый стоит на одной ноге, сохраняя горизонтальное равновесие таза. Проведенные расчеты показывают, что разработанная нами модель работы мышц тазового пояса по обеспечению горизонтального равновесия таза работает с более чем трехкратным запасом прочности, полученные результаты соответствуют литературным данным, следовательно, модель валидна и может применяться для соответствующих расчетов. Выводы. Создана универсальная математическая модель работы мышц тазового пояса, позволяющая изучать и анализировать влияние различных внешних факторов на возможность устойчивого одноопорного стояния.

Background. A long-term pathological process in the hip joint leads to a disruption of its normal biomechanics. In this case, the muscles of the pelvic girdle suffer. Endoprosthesis of the hip joint helps to restore the support and movement in the operated joint, but does not restore the work of the muscles. So, a musculoskeletal dysfunction of the hip joint persists for a long time. Given the complexity of the study of muscle function, the purpose of this research is to create a universal mathematical model of the pelvic muscles to investigate the features of their function in providing a horizontal pelvic balance. Materials and methods. Based on the human skeleton, a physical model “lumbar spine — pelvis — hip” was simulated with the designation of the lines of muscular action and the angles of their attachment, and a design scheme was drawn up, taking into account the direction and strength of the muscles. The model is designed at the weight of the patient of 70 kg, the indices of the absolute magnitude of the forces developed by each muscle, the angles of attachment of the muscles and the magnitude of the shoulder strength of each muscle are taken from literary sources. Balance equations for the moments of the force of gravity and the total muscle torque of the forces were compiled. Results. To test the validity of the developed model, its work was studied using the example of hip joint arthroplasty. As the design conditions of the model, the situation was adopted, in which the “patient” stands on one leg, maintaining the horizontal balance of the pelvis. The performed calculations show that the model of the pelvic girdle muscles to ensure horizontal balance of the pelvis works with more than threefold safety factor, the results correspond to the literature data, therefore, the model is valid and can be used for appropriate calculations. Conclusions. A universal mathematical model for the work of pelvic girdle muscles has been created, which makes it possible to study and analyze the influence of various external factors on the possibility of a stable one-leg standing.


Keywords

тазостегновий суглоб; біомеханіка; м’язи тазового пояса; рівновага тіла

тазобедренный сустав; биомеханика; мышцы тазового пояса; равновесие тела

hip joint; biomechanics; muscles of the pelvic girdle; body balance


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

1. Агаджанян В.В. Восстановление двигательной функции у больных с патологией тазобедренных суставов методом эндопротезирования / Агаджанян В.В., Пронских А.А., Михайлов В.П. // Травматология и ортопедия России. — 2002. — № 1. — С. 24-27. 
2. Синегубов Д.А. Дифференцированное эндопротезирование тазобедренного сустава в условиях остеопении и остеопороза у больных с ревматоидным артритом // Медицина сьогодні і завтра. — 2015. — № 2 (67). — С. 105-112.
3. Review: biomechanical issues in total hip replacement / Ong K.L., Manley M.T., Nevelos J., Greene K. // Surg. Technol. Int. — 2012. — 22. — 222-228.
4. Balance and gait in total hip replacement: a pilot study / Nallegowda M., Singh U., Bhan S., Wadhwa S., Handa G., Dwivedi S.N. // American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. — 2003. — 82 (9). — 669-677. doi: 10.1097/01.phm.0000083664.30871.c8.
5. Short-term recovery of balance control after total hip arthroplasty / Lugade V., Klausmeier V., Jewett B., Collis D., Chou L.-S. // Clinical Orthopaedics and Related Research. — 2008. — 466 (12). — 3051-3058. doi: 10.1007/s11999-008-0488-9.
6. Improvements in balance after total hip replacement / Majewski M., Bischoff-Ferrari H.A., Grüneberg C., Dick W., Allum J.H. // The Journal of Bone & Joint Surgery — British Volume. — 2005. — 87 (10). — 1337-1343. doi: 10.1302/0301-620x.87b10.16605.
7. Моделирование работы мышц, обеспечивающих горизонтальное равновесие таза при одноопорном стоянии / Тяжелов А.А., Карпинский М.Ю., Гончарова Л.Д., Лобанов Г.В., Боровой И.С. // Травма. — 2014. — Т. 15, № 2. — С. 136-142.
8. Carhart M.R. Biomechanical Analysis of Compensatory Stepping: Implications for Paraplegics Standing Via FNS, Ph.D. Dissertation. — Arizona State University, 2000.

Similar articles

Modeling the work of pelvic girdle muscles after hip replacement  in different size of global femoral offset
Authors: Тяжелов А.А.(1), Карпинский М.Ю.(1), Карпинская Е.Д.(1), Гончарова Л.Д.(2), Климовицкий Р.В.(2)
(1) — ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов имени профессора М.И. Ситенко Национальной академии медицинских наук Украины», г. Харьков, Украина
(2) — НИИ травматологии и ортопедии ДонНМУ, г. Лиман, Украина

"Тrauma" Том 18, №6, 2017
Date: 2018.02.12
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Моделирование работы мышц, обеспечивающих горизонтальное равновесие таза при одноопорном стоянии
Authors: Тяжелов А.А., Карпинский М.Ю., Гончарова Л.Д., Лобанов Г.В., Боровой И.С. - ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», г. Харьков; Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького
"Тrauma" Том 15, №2, 2014
Date: 2014.06.06
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual
Preoperative preparation of patients for hip joint replacement
Authors: Климовицкий Р.В.(1), Филиппенко В.А.(2), Тяжелов А.А.(2), Гончарова Л.Д.(1), Стауде В.А.(2)
1НИИ травматологии и ортопедии ДонНМУ, г. Лиман, Украина
2ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов имени профессора М.И. Ситенко НАМН Украины», г. Харьков, Украина

"Тrauma" Том 19, №2, 2018
Date: 2018.06.06
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual
Peculiarities of the work of pelvic girdle muscles before and after hip arthroplasty. Literature review
Authors: Климовицкий В.Г.(1), Климовицкий Р.В.(1), Тяжелов А.А.(2), Гончарова Л.Е.(1)
(1) — Научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии Донецкого национального медицинского университета, г. Лиман, Украина
(2) — ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», г. Харьков, Украина

"Тrauma" Том 20, №2, 2019
Date: 2019.06.02
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual

Back to issue