Двухмерная геометрическая модель шейки бедренной кости человека в прямой проекции

В современном обществе неуклонно растет продолжительность жизни, вместе с тем, увеличивается количество медиальных переломов бедренной кости. Костно-балочная система проксимального эпифиза бедренной кости имеет участки различной плотности на всем протяжении, однако, наиболее четко данные различия наблюдаются в шейке.

Целью исследования было построить двухмерную параметрическую модель шейки бедренной кости человека для изучения ее костнобалочной структуры.

Материал и методы. Исследование проведено на 50 мацерированных бедренных костях и 10 рентгенограммах тазобедренных суставов человека из коллекции кафедры анатомии ФГБОУ ВО РязГМУ Минздрава России. Все кости были без признаков костной патологии и не имели зон роста. Разделение по возрастному и половому признакам не выполнялось. Материал фотографировали в прямой проекции, после чего, полученные фотографии, переносили на персональный компьютер, где проводили измерения в программе Autodesk AutoCAD LT 2012 Commercial New SLM ML03. При помощи математической модели выполнено разделение шейки бедренной кости на три фигуры: «головка–шейка», «истинно шейка», «шейка–вертельная область». Также нами были измерены углы начала увеличения диаметра шейки бедренной кости: к головке (углы α1 и α2); и к вертельной области (углы β1 и β2), отдельно выделен угол γ, характеризующий направление ряда пучков арочной системы проксимального эпифиза бедренной кости.

Результаты. Площадь периметра «истинно шейка» составила 213,23 [194,31;250,51] мм2, что занимает 20% в структуре целостной фигуры, а показатели периметров «шейка–головка» и «шейка–вертельная область» составили 355,47 [321,47;420,57] мм2 – 33% и 511,65 [447,11;583,19] мм2 – 47% соответственно. Медианные значения угла α1 составили 34,24 [29,38; 40,45] °, угла α2 – 27,27 [22,30; 31,48] °, угла γ – 51,32[46,71; 55,39] °, а углов β1 и β2 39,95 [35,39;42,93] ° и 28,65 [25,70; 31,61] ° соответственно.

Заключение. Предложенная двухмерная параметрическая модель с разделением шейки на ряд фигур позволяет математически оценивать положение, направление и распределение костнобалочных структур в проксимальном эпифизе.

1. Аврунин А.С., Тихилов Р.М. Остеоцитарное ремоделирование костной ткани: история вопроса, морфологические маркеры. Морфология. 2011;139(1):86–94

2. Беджинский Р., Подрез-Радзишевска М., Тиндик М., Кржеминский М. Анализ напряженнодеформированного состояния в проксимальном эпифизе бедренной кости при болезни Легга-Кальве-Пертеса. Российский журнал биомеханики. 2002;6(3):66–76

3. Загородний Н.В., Белинов Н. В. Переломы проксимального отдела бедренной кости. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2020.

4. Капанджи А.И. Нижняя конечность: Функциональная анатомия. Москва: Эксмо; 2010

5. Маркс В.О. Ортопедическая диагностика: Руководство-справочник. Минск: Наука и техника; 1978

6. Садофьева В.И. Нормальная рентгенанатомия костно-суставной системы детей. Л.: Медицина; 1990

7. Федосеев А.В., Литвинов А.А., Чекушин А.А., Филоненко П.С., Аль Мансур А.Ю., Юрчикова Е.Е.. Проблемы цементной фиксации компонентов при первичном эндопротезировании тазобедренного сустава у больных с переломом шейки бедренной кости (обзор литературы). Российский медико-биологический вестник им. академика И.П. Павлова. 2015;23(1):168–74 doi: 10.17816/PAVLOVJ20151168-174

8. Федосеев А.В., Аль Мансур А.Ю., Литвинов А.А., Чекушин А.А., Филоненко П.С., Бондарева Ю.А., и др. Соматические осложнения при эндопротезировании тазобедренного сустава у пациентов пожилого возраста. Российский медико-биологический вестник им. Академика И.П. Павлова. 2014;22(1):121–5 doi: 10.17816/PAVLOVJ20141121-125

9. Хисаметдинова Г.Р. Современные данные об анатомии и кровоснабжении тазобедренного сустава, клинике и диагностике его воспалительно-некротического поражения. Вестник РНЦРР. 2008;(8):18

10. Briot K, Maravic M, Roux C. Changes in number and incidence of hip fractures over 12 years in France. Bone. 2015 Dec;81:131–7. Doi: 10.1016/j.bone.2015.07.009

11. Burr DB, Robling AG, Turner CH. Effects of biomechanical stress on bones in animals. Bone. 2002 May;30(5):781–6. doi: 10.1016/s8756-3282(02)00707-x

12. Cristofolini L, Juszczyk M, Martelli S, Taddei F, Viceconti M. In vitro replication of spontaneous fractures of the proximal human femur. Journal of Biomechanics. 2007 Jan;40(13):2837–45. Doi: 10.1016/j.jbiomech.2007.03.015

13. Deng C, Gillette JC, Derrick TR. Femoral Neck Stress in Older Adults During Stair Ascent and Descent. Journal of Applied Biomechanics. 2018 Jun 1;34(3):191–8. doi: 10.1123/jab.2017-0122

14. Heimkes B, Posel P, Plitz W, Jansson V. Forces Acting on the Juvenile Hip Joint in the One-Legged Stance. Journal of Pediatric Orthopaedics. 1993 Jul;13(4):431–6. doi: 10.1097/01241398-199307000-00003

15. Kersh ME, Martelli S, Zebaze R, Seeman E, Pandy MG. Mechanical Loading of the Femoral Neck in Human Locomotion. Journal of Bone and Mineral Research. 2018 Jul 18;33(11):1999–2006. doi: 10.1002/jbmr.3529

16. Kim YK, Kameo Y, Tanaka S, Adachi T. Capturing microscopic features of bone remodeling into a macroscopic model based on biological rationales of bone adaptation. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 2017 May 18;16(5):1697–708. doi: 10.1007/s10237-017-0914-6

17. Kinney JH, Stölken JS, Smith TS, Ryaby JT, Lane NE. An orientation distribution function for trabecular bone. Bone. 2005 Feb;36(2):193–201. doi: 10.1016/j.bone.2004.09.023

18. Meakin LB, Udeh C, Galea GL, Lanyon LE, Price JS. Exercise does not enhance aged bone’s impaired response to artificial loading in C57Bl/6mice. Bone. 2015 Dec;81:47–52. Doi: 10.1016/j.bone.2015.06.026

19. Skuban TP, Vogel T, Baur-Melnyk A, Jansson V, Heimkes B. Function-Orientated Structural Analysis of the Proximal Human Femur. Cells Tissues Organs. 2009;190(5):247–55. doi: 10.1159/000210065

20. Turner CH. Three rules for bone adaptation to mechanical stimuli. Bone. 1998 Nov;23(5):399–407. doi: 10.1016/s8756-3282(98)00118-5