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 19, №3, 2018

Back to issue

Walking simulation with reduced hip abductor moment arm

Authors: Страфун С.С.(1), Фіщенко О.В.(2), Карпінська О.Д.(3)
1 - ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна
2 - Вінницький національний медичний університет ім. М.І. Пирогова МОЗ України, м. Вінниця, Україна
3 - ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Однією з частих особливостей ендопротезування кульшового суглоба є недотримання довжини плеча дії абдукторів стегна протезованого суглоба порівняно з контралатеральним. Різниця у довжині плеча дії абдукторів стегна протезованого та контралатерального суглобів може сягати 40 мм. Особливості біомеханіки пересування таких хворих вивчено недостатньо. Мета. На математичній моделі оцінити вплив зменшення довжини плеча дії абдукторів стегна на параметри ходи пацієнтів після ендопротезування. Матеріали та методи. Моделювання проводили за допомогою програмного комплексу Open Sim. За базову модель була взята 3D-комп’ютерна модель gait2392_simbody.osim з 23 ступенями вільності у скелетно-м’язовій системі людини. Немасштабована версія моделі являє собою об’єкт зросту 1,8 м і має масу 75,16 кг. З метою створення моделі для аналізу ходьби у хворих після ендопротезування кульшового суглоба нами було проведено модифікацію базової моделі, а саме зміну форми стегнової кістки, при якій нормальна головка була замінена протезом із завданими параметрами. Зміну довжини плеча дії абдукторів стегна регулювали через укорочення шийки ендопротезу. Результати. Було проаналізовано роботу м’язів на протезованій кінцівці при двох варіантах зменшення довжини плеча дії абдукторів стегна та при нормальній довжині. Вкорочення довжини плеча дії абдукторів стегна становили 10 та 20 мм. Встановлені можливості окремих м’язів розвивати необхідні зусилля для забезпечення нормальної ходи в умовах зменшеної довжини плеча дії абдукторів стегна. Висновки. Проведене моделювання ходьби при асиметричному вкороченні довжини плеча дії абдукторів стегна показало, що навіть незначне (до 10 мм) його зменшення призводить до втрати спроможності м’язів розвивати необхідну силу для здійснення тих чи інших рухів. Найбільш уразливі при ходьбі фази одноопорного стояння та перекату стопи на пальці. В ці моменти м’язи втрачають спроможність розвивати необхідну силу до 40 %. Найбільш уразливі довгі м’язи, що відповідають за підйом ноги, та група м’язів, які покликані забезпечити рівновагу при одноопорній фазі руху.

Актуальность. Одной из особенностей эндопротезирования тазобедренного сустава является несоблюдение длины плеча действия абдукторов бедра протезированного сустава в сравнении с контралатеральным. Разница в длине плеча действия абдукторов бедра протезированного и непротезированного суставов может достигать 40 мм. Особенности биомеханики ходьбы таких пациентов изучены недостаточно. Цель. На математической модели оценить влияние уменьшения длины плеча действия абдукторов бедра на параметры походки пациентов. Материалы и методы. Моделирование проводили с помощью программного комплекса OpenSim. В качестве базовой модели была взята 3D-компьютерная модель gait2392_simbody.osim с 23 степенями свободы в скелетно-мышечной системе человека. Немасштабированная версия модели представляет собой объект ростом 1,8 см, массой тела 75,16 кг. С целью создания модели для анализа ходьбы больных после эндопротезирования тазобедренного сустава нами была проведена модификация базовой модели, а именно изменение формы бедренной кости, где нормальная головка была заменена эндопротезом с заданными параметрами. Изменение длины плеча абдукторов бедра регулировали за счет укорочения шейки эндопротеза. Результаты. Проанализирована работа мышц на протезированной конечности при двух вариантах уменьшения длины плеча абдукторов бедра и при нормальной длине. Укорочение длины плеча действия абдукторов бедра составило 10 и 20 мм. Определены возможности отдельных мышц развивать необходимые усилия для обеспечения нормальной походки в условиях уменьшенной длины плеча действия абдукторов бедра. Выводы. Проведенное моделирование ходьбы при асимметричном укорочении длины плеча действия абдукторов бедра показало, что даже незначительное (до 10 мм) ее уменьшение приводит к потере возможности мышц развивать необходимую силу для осуществления тех или иных движений. Наиболее уязвимы при ходьбе фазы одноопорного стояния и перекат стопы на пальцы. Наиболее чувствительны длинные мышцы, отвечающие за подъем ноги, и группа мышц, которые предназначены обеспечивать равновесие при одноопорной фазе движения.

Background. One of the features of hip arthroplasty is the non-compliance with the hip abductor moment arm of the prosthetic joint as compared to the contralateral one. The difference in the length of the hip abductor moment arm of prosthetic and non-prosthetic joints can reach 40 mm. The features of the walking biomechanics in these patients have not been studied enough. The purpose was to assess the effect of reducing the hip abductor moment arm on the parameters of gait after arthroplasty using mathematical model. Materials and methods. The simu-lation was carried out using the OpenSim software. The 3D computer model gait2392_simbody.osim with 23 degrees of freedom in the human musculoskeletal system served as a basic model. The non-scaled version of the model is a subject with 1.8 m of height and 75.16 kg of weight. To create a model for the analysis of patients’ walking after hip replacement, we performed a modification of the basic model, namely, a change in the shape of the femur, where the normal head was replaced by an endoprosthesis with specified parameters. The change in the hip abductor moment arm was regulated by shortening the neck of the endoprosthesis. Results. The function of the prosthetic limb muscles was analyzed with two options for reducing the hip abductor moment arm and in normal length. The shortening of the hip abductor moment arm was 10 and 20 mm. The possibilities of individual muscles to develop necessary efforts to ensure a normal gait in conditions of a reduced length of the hip abductor moment arm are determined. Conclusions. The performed walking modeling with an asymmetric shortening of the hip abductor moment arm showed that even a slight (up to 10 mm) decrease leads to a loss of the muscle ability to develop the necessary force for making certain movements. The phases of one-leg standing and rolling the feet from heel to toes are most sensitive to walking. The most sensitive are the long muscles responsible for lifting the leg and a group of muscles that provide balance in one-leg-standing.


Keywords

кульшовий суглоб; ендопротезування; абдуктори стегна

тазобедренный сустав; эндопротезирование; абдукторы бедра

hip joint; arthroplasty; hip abductors


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


Bibliography

1. Шапиро К.И. Социально-гигиеническая характеристика больных с заболеваниями тазобедренного сустава // Повреждения и заболевания тазобедренного сустава. — Л., 1983. — С. 62-64.
2. Abu-Amer L., Darwech J., Clohisy J.C. Aseptic loosen in gof total joint replacements: mechanisms under lyingosteolysis and potential therapies // Arthritis Res.Ther. — 2007. — Vol. 9 (Suppl. 1). — S. 6. 
3. Kreutzer J., Schneider M., Schiegel U. et al. Cemented total hip arthroplasty in Germany — anupdate // Z. Orthop. Ihre Grenzgeb. — 2005. — Vol. 143, № 1. — P. 48-55. 
4. Skutek M., Bourne R.B., Mac Donald S.J. International epidemiology of revision THR // Orthoped. Trauma. — 2006. — Vol. 20, № 3. — P. 157-161. 
5. Filippenko V.A., Deduch N.V., Schkodovskaja N.Y. et al. Clinical and morphological aspects of aseptic loosenin gof the hip endoprothesis // Orthop. Traumatol. Prosthetics. — 2009. — № 3. — P. 65-69.
6. Гайко Г.В., Поляченко Ю.В., Рибачук О.І. Стан та перспективи розвитку ендопротезування суглобів в Україні // Вісник ортопедії, травматології та протезування. — 2000. — № 2(27). — С. 71-72. 
7. Лоскутов А.Е. Эндопротезирование тазобедренного сустава / А.Е. Лоскутов. — Д.: Лира, 2010. — 344 с.
8. Вакуленко В.М. Предоперационное планирование полной замены тазобедренного сустава // Тезисы симпозиума «Эндопротезирование крупных суставов». — Москва, 17–19 мая 2000. — С. 12-13. 
9. Тяжелов А.А. Клинико-биомеханическое обоснование и построение модели работы мышц, обеспечивающих горизонтальное равновесие таза / Тяжелов А.А., Карпинский М.Ю., Карпинская Е.Д., Гончарова Л.Д., Климовицкий Р.В., Фищенко В.А. // Травма. — 2017. — Т. 18, № 5. — С. 13-18.
10. Delp S.L., Anderson F.C., Arnold A.S., Loan P., Habib A., John C.T., Guendelman E., Thelen D.G. OpenSim: Open-source Software to Create and Analyze Dynamic Simulations of Movement // IEEET ransaction son Biomedical Engineering. — 2007.
11. Delp S.L., Anderson F.C., Arnold A.S., Loan P., Habib A., John C.T., Guendelman E., Thelen D.G. / OpenSim: Open-Source Software to Create and Analyze Dynamic Simulations of Movement // IEEET ransaction son Biomedical Engineering. — 2007 November. — Vol. 54, № 11. 
12. Thelen D.G. Adjustment of musclemechanics model parameters to simulate dynamic contractions in olde radults // ASME Journal of Biomechanical Engineering. — 2003. — Vol. 125(1). — P. 70-77. 
13. Delp S.L., Loan J.P., Hoy M.G., Zajac F.E., Topp E.L., Rosen J.M. An interactive graphics-based model of the lower extre-mity to study orthopaedic surgical procedures // IEEET ransactions on Biomedical Engineering. — 1990. — Vol. 37. — P. 757-767.
14. Amirouche F., Solitro G., Walia A. No effect of femoral offset on bone implant micromotion in an experimental mo–del // Orthopaedics &  Traumatology: Surgery & Research. — 2016. — Vol. 102, Iss. 3. — P. 379-385.
 

Similar articles

Hip osteoarthritis. Clinical and social aspects of disease. Analytical review of the literature. Part I
Authors: Фіщенко В.О.(1), Кириченко В.І.(1), Яремин С.Ю.(1), Браніцький О.Ю.(1), Карпінська О.Д.(2)
1 - Вінницький національний медичний університет ім. М.І. Пирогова, м. Вінниця, Україна
2 - ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

"Тrauma" Том 20, №1, 2019
Date: 2019.03.27
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual
Biomechanical walking features in patients with coxarthrosis by the GAITRite system data  Part 1. The geometric parameters of walking
Authors: Страфун С.С.(1), Фіщенко О.В.(2), Карпінська О.Д.(3)
(1) — ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна
(2) — Вінницький національний медичний університет ім. М.І. Пирогова МОЗ України, м. Вінниця, Україна
(3) — ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

"Тrauma" Том 19, №1, 2018
Date: 2018.04.16
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
The influence of changes in the length of hip abductor moment arm after hip replacement on the features of patients’ walking (analytical review of literature)
Authors: Фіщенко О.В.
Вінницький національний медичний університет ім. М.І. Пирогова МОЗ України, м. Вінниця, Україна

"Тrauma" Том 19, №5, 2018
Date: 2018.11.26
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual
Hip osteoarthritis. Technical means of diagnosis. Analytical review of the literature. Part II
Authors: Фіщенко В.О.(1), Кириченко В.І.(1), Яремин С.Ю.(1), Браніцький О.Ю.(1), Карпінська О.Д.(2)
(1) — Вінницький національний медичний університет ім. М.І. Пирогова, м. Вінниця, Україна
(2) — ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Київ, Україна

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

Back to issue