Моделирование ОДА человека и мышц нижних конечностей

Сущность этого метода заключается в том, что реальная мышца и звенья опорно-двигательного аппарата заменяются моделями. Используются следующие допущения: звенья опорно-двигательного аппарата имитируются абсолютно твердыми стержнями, соединенными между собой идеальными шарнирами. Места прикрепления мышц имитируются точками, а мышца моделируется нитью, соединяющей точки ее крепления. Погрешности этого метода связаны с упрощениями, принятыми в модели. Во-первых, часто мышцы прикрепляются не к точке, а к поверхности звена, при этом некоторые мышцы крепятся не только к костям, но и к фасциям. Во-вторых, мышцу не всегда можно моделировать прямой нитью. Степень возбуждения мышцы может оказывать значительное влияние на величину плеча силы некоторых мышц, например, m.rectus femoris (И.М. Козлов, А.В. Звенигородская, 1982). Посредством моделирования можно определить морфометрические характеристики практически всех мышц нижней конечности человека.

В первых исследованиях, проведенных этим способом, моделировались лишь некоторые мышцы верхних и нижних конечностей – m.biceps femoris caput longum (K. Fischer, 1927); m.biceps brachii (М.Ф. Иваницкий, 1938; D.R. Wilkie, 1950). В последующих исследованиях, несмотря на большое количество обследованных мышц, конечные результаты не сопровождались выводом математических зависимостей между морфометрическими характеристиками мышц и межзвенными углами (J.B. Morrison, 1970). A. Pedotti (1977) разработал модели одиннадцати мышц нижних конечностей человека (рис. 1.8), однако, не привел математических формул, связывающих морфометрические характеристики мышц с межзвенными углами. В.В. Степанов (1977) использовал физическое моделирование для расчета длин и плеч сил мышц нижних конечностей. Для расчета морфометрических характеристик нижних конечностей им составлялись модели-шаблоны костных звеньев (таза, бедра, голени, стопы) в сагиттальной плоскости. На шаблоны наносились точки – проекции мгновенных осей вращения в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах. Места начала и прикрепления мышц определялись на основе анатомических рисунков. Длина мышцы измерялась как длина нити, соединяющей эти срединные точки. Плечо силы определялось как кратчайшее расстояние от мгновенного центра вращения в суставе до направления действия мышечной тяги.

Рис. 1.8. Модели мышц нижних конечностей (по: A. Pedotti, 1977)

В.В.Степановым (1977) разработаны номограммы (рис. 1.9) для расчета длины и плеч сил мышц нижних конечностей. Однако при представлении результатов в таком виде невозможна их компьютерная обработка. Следует отметить еще одну трудность, связанную с использованием моделирования. Применение этого метода предполагает знание анатомических данных, характеризующих места прикрепления мышц к звеньям опорно-двигательного аппарата. Долгое время в литературных источниках указывалось только качественное описание характера прикрепления мышц (М.Ф. Иваницкий, 1938; Р.Д. Синельников, 1972). Однако в последнее время внимание исследователей к этой проблеме усилилось (И.М. Козлов, А.В. Звенигородская, 1981; В.Г. Соколов, 1989; S.C. White, H.J. Yack, D.A. Winter, 1989; C.N. Duda et al., I.M. Kozlov, A.V. Samsonova, A.B. Sinukhin, 1996).

Рис. 1.9. Номограмма зависимости длины m.biceps femoris от угла между туловищем и бедром. Цифры на графике соответствуют значениям углов между голенью и бедром (по: В.В. Степанову, 1977)

Резюмируя вышесказанное, можно сделать следующие выводы: посредством моделирования можно рассчитать морфометрические показатели практически всех мышц нижней конечности человека. Однако представление результатов в виде физических моделей и номограмм не позволяет осуществлять их обработку на компьютере. Отсутствие количественных данных о характере прикрепления мышц к звеньям опорно-двигательного аппарата также затрудняет использование моделирования для решения практических задач.