Abductor Moment Arm Research Articles

Pelvic and hindlimb muscular reconstruction of the paravian theropod Buitreraptor gonzalezorum and its palaeobiological implications

ABSTRACT Soft tissue reconstructions of fossil vertebrates provide valuable data and support for functional interpretations. Here, we present the pelvic and hindlimb muscular reconstruction of Buitreraptor gonzalezorum, a unenlagiine dromaeosaurid theropod. Dromaeosaurids employed their hindlimbs for locomotion and predation, with a specialised pedal digit II. Using the ‘extant phylogenetic bracket’ methodology, we reconstruct 29 muscles out of the 37 typically found in extant archosaur hindlimbs. Some characteristics resemble those of specialised cursorial tetrapods. For example, M. iliotibialis shows an increased hip abduction moment arm, while primary protractors exhibit an increased hip flexion moment arm, and main retractors display a decreased hip extension moment arm. However, positive allometric growth of limb inertia relative to body mass and the gradual transition to a ‘knee-based’ locomotion observed in extant birds may have influenced muscle moment arms. Regarding predatory functions, the muscular features and length proportions of the metatarsus and pedal digit II phalanges suggest faster movements compared to derived dromaeosaurids. Also, a robust flexor muscle, likely M. flexor perforans et perforatus digiti II, was inserted on the proximoventral heel of the second phalanx of pedal digit II. These functional interpretations suggest the presence of specialised behaviours different from those observed in more derived dromaeosaurids.

Impact of Reverse Shoulder Arthroplasty Design and Patient Shoulder Size on Moment Arms and Muscle Fiber Lengths in Shoulder Abductors.

Reverse shoulder arthroplasty (RSA) increases the moment arm of the deltoid, however there is limited knowledge on the accompanying changes in muscle architecture that play a role in muscle force production. The purpose of our study is to use a geometric shoulder model to evaluate the anterior deltoid, middle deltoid, and supraspinatus regarding 1) differences in moment arms and muscle-tendon lengths in small, medium, and large native shoulders, and 2) impact of three RSA designs on moment arms, muscle fiber lengths, and force-length (F-L) curves. A geometric model of a native glenohumeral joint was developed, validated, and adjusted to represent small, medium, and large shoulders. Moment arms, muscle-tendon lengths, and normalized muscle fiber lengths were assessed for the supraspinatus, anterior deltoid, and middle deltoid from 0 to 90 degrees abduction. RSA designs were modeled and virtually implanted, including a lateralized glenosphere with an inlay-135-degree humeral component (LGMH), a medialized glenosphere with an onlay-145-degree humeral component (MGLH), and a medialized glenosphere with an inlay-155-degree humeral component (MGMH). Descriptive statistics were used to compare moment arms and normalized muscle fiber lengths. As shoulder size increased, moment arms and muscle-tendon lengths for the anterior deltoid, middle deltoid, and supraspinatus increased. All RSA designs achieved greater moment arms for the anterior and middle deltoid, with MGLH achieving the largest increase. The resting normalized muscle fiber length of the anterior and middle deltoid was substantially increased in the MGLH (1.29) and MGMH (1.24), shifting the operating ranges of these muscles to the descending portions of their F-L curves, while LGMH maintained a resting deltoid fiber length (1.14) and operating range similar to the native shoulder. All RSA designs demonstrated a decrease in native supraspinatus moment arm in early abduction, with the largest decrease in MGLH (-59%) and minimal decrease in LGMH (-14%). The supraspinatus operated on the ascending limb of its F-L curve in the native shoulder and remained on this portion of the F-L curve for all RSAs. Although MGLH maximizes abduction moment arm for the anterior and middle deltoid, overlengthening of the muscle may compromise deltoid muscle force production by forcing the muscle to operate on the descending portion of its F-L curve. In contrast, the LGMH design increases the abduction moment arm for the anterior and middle deltoid more modestly, while allowing the muscle to operate near the plateau of its F-L curve and maximizing its force producing potential.

RADIOLOGICAL PREDICTORS OF HIP ABDUCTOR TEARS

Hip abductor tears(AT) have long been under-recognized, under-reported and under-treated. There is a paucity of data on the prevalence, morphology and associated factors. Patients with “rotator cuff tears of the hip” that are recognized and repaired during total hip arthroplasty(THA) report comparable outcomes to patients with intact abductor tendons at THA.The study was a retrospective review of 997 primary THA done by a single surgeon from 2012–2022. Incidental findings of AT identified during the anterolateral approach to the hip were documented with patient name, gender, age and diagnosis. The extent and size of the tears of the Gluteus medius and Minimus were recorded. Xrays and MRI's were collected for the 140 patients who had AT and matched 1:1 with respect to age and gender against 140 patients that had documented good muscle quality and integrity. Radiographic measurements (Neck shaft angle, inter-teardrop distance, Pelvis width, trochanteric width and irregularities, bodyweight moment arm and abductor moment arm) were compared between the 2 groups in an effort to determine if any radiographic feature would predict AT.The prevalence of AT were 14%. Females had statistically more tears than males(18vs10%), while patients over the age of 70y had statistically more tears overall(19,7vs10,4%), but also more Gluteus Medius tears specifically(13,9vs5,3%). Radiographic measurements did not statistically differ between the tear and control group, except for the presence of trochanteric irregularities. MRI's showed that 50% of AT were missed and subsequently identified during surgery.Abductor tears are still underrecognized and undertreated during THA which can results in inferior outcomes. The surgeon should have an high index of suspicion in elderly females with trochanteric irregularities and although an MRI for every patient won't be feasible, one should always be prepared and equipped to repair the abductor tendons during THA.

Analysis of Abduction Moment Arms after Rotator Cuff Tear and Acellular Dermal Matrix Allograft Reconstruction.

Biomechanical testing of abduction moment arms presents a useful method to assess the contribution of individual rotator cuff muscles to glenohumeral function. This study aimed to investigate the changes in abduction moment arms after a supraspinatus tear treated with Superior Capsule Reconstruction (SCR), Bursal Acromial Reconstruction (BAR), and a combined SCR-plus procedure, all with human dermal allograft. 7 fresh-frozen cadaveric specimens were tested in 6 conditions: (1) intact, (2) 50% supraspinatus tear (partial tear), (3) 100% supraspinatus tear, (4) SCR, (5) SCR+BAR, (6) BAR. In each condition, moment arms for the individual muscles of teres minor, subscapularis, and infraspinatus were calculated throughout 90º of abduction using Optotrak motion capture. ANOVA and post-hoc Tukey testing were performed to determine significance. In teres minor, the moment arms of the SCR (11.92mm), BAR (10.05mm), and SCR+BAR (11.87mm) conditions were greater than those in the intact (8.51mm, p=0.001, p=0.001, p=0.001, respectively), partial tear (9.09mm, p=0.001, p=0.128, p=0.001, respectively), and complete tear (8.75mm, p=0.001, p=0.011, p=0.001, respectively) conditions. Similarly in subscapularis, moment arms in the SCR (13.36mm), BAR (13.84mm), and SCR+BAR (13.53mm) conditions were greater than those in the intact condition (10.59mm, p=0.006, p=0.001, p=0.003, respectively) and partial tear condition (10.43mm, p=0.006, p=0.001, p=0.003, respectively). In teres minor, SCR (11.92mm) and SCR+BAR (11.87mm) were also found to have significantly increased moment arms compared to BAR (10.05mm, p=0.001, p=0.001, respectively). In Infraspinatus, BAR (13.77mm) was found to have a significantly decreased moment arm compared to the partial tear condition (15.78mm, p=0.026), with no other significant findings between conditions. These results suggest that the moment arm contributions from individual muscles comprising the rotator cuff can change after reconstruction to compensate for tears. SCR and SCR+BAR increase moment arms in teres minor and subscapularis, potentially allowing for increased abduction ability.

Characterizing moment arms of the coracobrachialis and short head of biceps in native shoulders and after reverse total shoulder arthroplasty during elevation and rotation: a modeling study.

Reverse total shoulder arthroplasty (RTSA) alters the line of action of muscles around the glenohumeral joint. The effects of these changes have been well characterized for the deltoid, but there is limited information regarding the biomechanical changes to the coracobrachialis (CBR) and short head of biceps (SHB). In this biomechanical study, we investigated the changes to the moment arms of the CBR and SHB due to RTSA using a computational model of the shoulder. The Newcastle Shoulder Model, a pre-validated upper-extremity musculoskeletal model, was used for this study. The Newcastle Shoulder Model was modified with bone geometries obtained from 3-dimensional reconstructions of 15 nondiseased shoulders, constituting the native shoulder group. The Delta XTEND prosthesis, with a glenosphere diameter of 38 mm and polyethylene thickness of 6 mm, was virtually implanted in all the models, creating the RTSA group. Moment arms were measured using the tendon excursion method, and muscle length was calculated as the distance between the muscle's origin and insertion points. These values were measured during 0°-150° of abduction, forward flexion, scapular-plane elevation, and -90° to 60° of external rotation-internal rotation with the arm at 20° and 90° of abduction. Statistical comparisons between the native and RTSA groups were analyzed using 1-dimensional statistical parametric mapping (spm1D). Forward flexion moment arms showed the greatest increase between the RTSA group (CBR, 25.3±4.7 mm; SHB, 24.7±4.5 mm) and native group (CBR, 9.6±5.2 mm; SHB, 10.2±5.2 mm). The CBR and SHB were longer in the RTSA group by maximum values of 15% and 7%, respectively. Both muscles had larger abduction moment arms in the RTSA group (CBR, 20.9±4.3 mm; SHB, 21.9±4.3 mm) compared with the native group (CBR, 19.6±6.6 mm; SHB, 20.0±5.7 mm). Abduction moment arms occurred at lower abduction angles in the RTSA group (CBR, 50°; SHB, 45°) than in the native group (CBR, 90°; SHB, 85°). In the RTSA group, both muscles had elevation moment arms until 25° of scapular-plane elevation motion, whereas in the native group, the muscles only had depression moment arms. Both muscles had small rotational moment arms that were significantly different between RTSA and native shoulders during different ranges of motion. Significant increases in elevation moment arms for the CBR and SHB were observed in RTSA shoulders; these increases were most pronounced during abduction and forward elevation motions. RTSA also increased the lengths of these muscles.

Poster 217: Changes in Dynamic Hip Muscle Moment Arms During Activities of Daily Living

Objectives: Hip muscle function is affected by surgical intervention and is of particular concern when considering post-operative rehabilitation of the joint1. However, little is known about the dynamic, in vivo function of the hip muscles during activities of daily living. Marker-based motion capture studies have associated dysplastic hip anatomy with shorter abductor moment arm lengths during walking2, but these measurements are complicated by soft tissue artifact3. Biplane radiography is a highly accurate technique for measuring in vivo bone motion of the hip4 and has recently been utilized to estimate dynamic muscle moment arms, which are important factors influencing force and torque capabilities. Previous research studies utilizing biplane radiography have identified shorter muscle lengths and moment arms in the implanted hip compared to the contralateral hip of individuals with total hip arthroplasty during the double support phase of gait2, but normative in vivo moment arms of the hip musculature in asymptomatic individuals have yet to be established. Further, it remains unknown how moment arms change between activities of daily living, particularly during deep flexion activities that challenge hip stability. Developing a normative dataset of dynamic in vivo moment arm lengths would provide a valuable reference for clinicians and physical therapists developing rehabilitation protocols to strengthen the hip musculature and increase stability. The objective of this study was to determine in vivo moment arms of the hip abductors, adductors, and external rotators during gait and squatting in a cohort of asymptomatic adults. We hypothesized that the maximum moment arm length during squatting would be longer than during walking and static standing. Methods: Young adults with no history of hip surgery, chronic hip pathology, or severe lower extremity musculoskeletal injury were recruited to participate in this IRB-approved study. Participants performed bodyweight squats and treadmill walking within a biplane radiography system while ground reaction forces were collected at 1000 Hz from a dual-belt instrumented treadmill. The support phase of gait was defined by vertical ground reaction forces over 50 N. Synchronized biplane radiographs were collected at 50 images per second to image three trials of each hip for each activity. Subject-specific bone models of the pelvis and proximal femur were created from computed tomography (CT) scans (average 0.37x0.3 mm in-plane resolution, 0.625mm slice thickness). Coordinate systems5 and muscle origin and insertion points for the gluteus medius (hip abductor), gluteus minimus (hip abductor), pectineus (hip adductor), and grouped external rotators1 were identified based upon bony landmarks on the 3D bone models (Figure 1). In-vivo bone motion during each activity was determined by matching digitally reconstructed radiographs, created from the CT-based bone models, to the biplane radiographs using a registration process with a validated accuracy4 of 0.3mm. The line of action for each muscle segment was determined for each frame of the biplane radiographs as the vector from the muscle origin to the insertion. Moment arm length (MAL) was calculated for each frame of the dynamic biplane radiographs as the perpendicular distance between the hip joint center (acetabulum center) and the line of action of each muscle1 and interpolated to gait cycle for walking or percent maximum hip flexion during squatting. Differences between the maximum MAL during static standing, walking, and squatting were assessed within each muscle group using ANOVA with post-hoc pairwise comparisons performed as necessary. Results: Data from 186 trials of 43 hips from 22 individuals were included in the analysis (9M, 13F; mean age 22.0±2.2years; BMI 21.3±5.2kg/m2). Average walking velocity was 1.0±0.2m/s and the average maximum hip flexion during squatting was 101.6±16.1°. Average static standing MAL was greatest in the gluteus medius and smallest in the pectineus (Table 1). Maximum MAL was significantly different between all activities for all muscle groups (all p<0.001) (Table 1, Figure 2). Contrary to our hypothesis, moment arms of the abductors were smaller during squatting compared to other motions. Conclusions: This study demonstrates the in vivo torque generating capabilities of muscles surrounding the hip (reflected by their moment arm) change considerably from the standing position to positions encountered during active functional motions. Muscles involved in hip abduction and stabilization have less mechanical advantage at greater hip flexion, highlighting the importance of strengthening these muscle groups during rehabilitation. Specifically, moment arms of the hip abductors and external rotators are shorter during walking and squatting compared to standing, while moment arms of the adductors are shorter during walking and greater during squatting and standing. Knowledge of these postural changes in mechanical advantage can be useful when designing targeted rehabilitation protocols to strengthen the hip musculature and improve stability. Further research into relationships between dynamic in vivo hip muscle moment arms and lengths will yield additional insight into force and torque generating capacity of muscles during activities of daily living. These results are limited to treadmill walking and bodyweight squatting in asymptomatic young adults.

Greater trochanteric osteotomy and subtrochanteric osteotomy in primary/revision total hip arthroplasty.

Osteotomy of the femur is necessary in some cases of primary/revision total hip arthroplasty (THA) procedure. There are two mainly used femur osteotomy methods in THA: greater trochanteric osteotomy and subtrochanteric osteotomy. Greater trochanteric osteotomy can improve hip exposure, provide greater stability against dislocation and favorably influence the abductor moment arm. Whether in the primary or revision THA, greater trochanteric osteotomy has its unique position. Subtrochanteric osteotomy adjusts the degree of femoral de-rotation and corrects the leg length. It is widely used in hip preservation and arthroplasty surgery. All osteotomy methods have specific indications, while nonunion is the commonest complication. In this paper, we analyze the greater trochanteric osteotomy and the subtrochanteric osteotomy in primary/revision THA and summarize the characteristics of different osteotomy methods.

Tendon Transfers in Rotator Cuff Deficiency

Massive irreparable rotator cuff tears (MIRCT) is a difficult clinical problem to treat in young, active individuals with minimal arthritis. Tendon transfers allow for donation of muscle units that can power the shoulder and restore kinematics. Posterosuperior rotator cuff deficiency can be treated with either a latissimus dorsi tendon or lower trapezius tendon transfer. The authors preferred method for treating irreparable supraspinatus and infraspinatus tears is with an arthroscopic assisted lower trapezius tendon transfer. The advantage of the lower trapezius tendon is that its vector is directly in line with the infraspinatus tendon allowing for better external rotation and abduction moment arms. The tendon is harvested from the spine of the scapula and augmented with an Achilles tendon allograft for length which is then secured at the footprint of the rotator cuff. Anterosuperior rotator cuff deficiency can be treated with a pectoralis major tendon or anterior latissimus tendon transfer. For subscapularis deficiency, our preferred method is an open versus arthroscopic latissimus tendon transfer. The tendon is harvested in the posterior axilla and augmented with an Achilles tendon allograft at the tendon interface to provide bulk. The tendon is passed arthroscopically to the anterior humerus and secured at the lesser tuberosity. Tendon transfers are a safe, reliable and reproducible technique when treating MIRCTs.

Greater hip abductor size in prearthritic patients with developmental dysplasia of the hip versusfemoroacetabular impingement.

Developmental dysplasia of the hip (DDH) and femoroacetabular impingement (FAI) are common hip pathologies and important risk factors for osteoarthritis, yet the disease mechanisms differ. DDH involves deficient femoral head coverage and a shortened abductor moment arm, so this study hypothesized that the cross-sectional area (CSA) of the gluteus medius/minimus muscle complex and the stabilizing iliocapsularis muscle would be larger in DDH versus FAI, without increased fatty infiltration. A longitudinal cohort identified prearthritic patients with DDH or FAI who underwent imaging before surgery. Patients with DDH and FAI (Cam, Pincer, or Mixed) were 1:1 matched based on age, sex, and body mass index. Magnetic resonance imaging was used to measure the gluteus medius/minimus complex and iliocapsularis in two transverse planes. Amira software was used to quantify muscle and noncontractile tissue. Paired samples t-tests were performed to compare muscle size and composition (p < 0.05). There were no differences in the iliocapsularis muscle. Patients with DDH had significantly larger CSA of the gluteus medius/minimus complex at both transverse planes, and the noncontractile tissue proportion did not differ. The mean difference in overall muscle CSA at the anterior inferior iliac spine was 4.07 ± 7.4 cm2 (p = 0.005), with an average difference of 12.1%, and at the femoral head this was 2.40 ± 4.37 cm2 (p = 0.004), with an average difference of 20.2%. This study reports a larger CSA of the gluteus medius/minimus muscle complex in DDH compared to FAI, without a difference in noncontractile tissue, indicating increased healthy muscle in DDH.

Sexual Dimorphism Impact on the Ground Reaction Force Acting on the Mediolateral Direction During Level Walking: Hip Abductor Muscle Biomechanics and Its Correlation to GRF Moment Arm.

The female pelvis morphology represents an evolved compensation between two opposing needs: a broad pelvis enough to deliver a sizeable brained offspring while remaining narrow enough to allow for effective bipedal gait. The precise expectation of hip abductor force generation is critical in anthropological studies and experimental practice of human stride mechanics. Hip implants and surgical procedures for hip anatomy reconstruction are based on the static single-leg stance paradigm. The current work investigated the impact of sexual dimorphism on the ground reaction force (GRF) acting on the mediolateral direction during level walking, emphasizing the difference in hip abductor muscle biomechanics and its correlation to ground reaction force moment arm, R. The ground reaction force in the mediolateral direction, hip abduction and adduction moments during the gait cycle and ground reaction force moment arm, R were measured. The current study concludes that the male individuals exhibit significantly higher mass-specific mediolateral ground reaction force during level walking. In contrast, hip abductor moments/kg body weight, medialization of the trochanter, R, and hip coronal were more significant in female individuals. We conclude that increased abductor moment and medialization of the greater trochanter will increase R, hip coronal and decrease abductor moment arm, r, in female individuals, affecting the effective mechanical advantage (EMA) of hip abductors in single-limb stance during level walking.

Türk erişkinlerindeki kalça eklem morfolojisinde cinsiyet farklılıkları üzerine radyografik çalışma

Aim: This study aims to determine the gender differences in hip joint functional anthropometric measurement values in Turkish adults.Materials and Methods: Digital pelvis anterior-posterior radiographs of 300 randomly selected patients were analyzed. In these radiographs, reference lines were drawn and femoral neck-shaft angle (NSA), hip rotation center (HRC), abductor moment arm (AMA), body weight moment arm (BMA) were calculated. The relationship of the distribution of measurement results with gender and age was examined.Results: It was determined that the mean NSA scores in men were significantly higher than in women (p&amp;lt;0.05). It was determined that AMA value was significantly higher in men and BMA value was significantly higher in women (p&amp;lt;0.05). BMA/AMA ratio was found to be statistically significantly higher in women (p&amp;lt;0.005).Conclusion: Statistically significant differences were found between men and women in the mean of AMA, BMA and BMA/AMA in the Turkish population.

Reverse Shoulder Arthroplasty Biomechanics.

The reverse total shoulder arthroplasty (rTSA) prosthesis has been demonstrated to be a viable treatment option for a variety of end-stage degenerative conditions of the shoulder. The clinical success of this prosthesis is at least partially due to its unique biomechanical advantages. As taught by Paul Grammont, the medialized center of rotation fixed-fulcrum prosthesis increases the deltoid abductor moment arm lengths and improves deltoid efficiency relative to the native shoulder. All modern reverse shoulder prostheses utilize this medialized center of rotation (CoR) design concept; however, some differences in outcomes and complications have been observed between rTSA prostheses. Such differences in outcomes can at least partially be explained by the impact of glenoid and humeral prosthesis design parameters, surgical technique, implant positioning, patient-specific bone morphology, and usage in humeral and glenoid bone loss situations on reverse shoulder biomechanics. Ultimately, a better understanding of the reverse shoulder biomechanical principles will guide future innovations and further improve clinical outcomes.

Підбір компонентів ендопротеза та величина загального стегнового офсету після ендопротезування кульшового суглоба (рентгенометричне дослідження)

Актуальність. Щоб забезпечити максимальну виживаність ендопротеза, всі складові «нормальної» біомеханіки штучного суглоба повинні бути оптимально збалансовані. Важливим етапом планування операції є підбір компонентів ендопротеза, який повинен відновити так званий загальний стегновий офсет (плече сили м’язів абдукторів), але відновити правильну біомеханіку за рахунок штучного суглоба не завжди вдається. Мета даного дослідження полягала у вивченні співвідношення довжини плеча абдукторів до операції і величини загального стегнового офсету після ендопротезування кульшового суглоба залежно від статі пацієнтів. Матеріали та методи. Матеріалом для дослідження стали оглядові рентгенівські знімки таза 42 хворих до операції, рентгенівські знімки кульшового суглоба, що виконані для підбору компонентів ендопротеза, і рентгенівські знімки цього ж суглоба після операції тотального ендопротезування; дані історій хвороби: протоколи операцій і номенклатурні характеристики компонентів імплантованого ендопротеза кульшового суглоба. Вимірювання довжини плеча абдукторів до операції проводили за оглядовою рентгенограмою таза. Якщо зміна показника плеча сили абдукторів перевищувала 5 мм, вважали, що показник змінився. Отримані дані були оброблені статистично. Результати. У чоловіків після тотального ендопротезування відзначено значуще (t = 4,076; p = 0,001) зменшення загального стегнового офсету порівняно з довжиною плеча абдукторів до операції. У жінок зміна середніх показників довжини плеча сили абдукторів до і після ендопротезування виявилася значно меншою і не досягла статистично значущого рівня (t = –1,739; p = 0,092). Зменшення плеча сили абдукторів відзначено у 17 випадках, що становило 30,91 % від загального числа вимірів, причому переважна більшість суглобів, де відбулося зменшення плеча сили абдукторів, належала чоловікам (13 випадків). Висновки. Зменшення плеча сили абдукторів є несприятливим біомеханічним фактором з точки зору відновлення роботи абдукційного механізму. Такі зміни відзначені у 17 випадках, що становило 30,91 % від загального числа вимірів, причому переважна більшість суглобів, де відбулося зменшення плеча сили абдукторів, належала чоловікам — 13 випадків (жінки — 4 випадки). При виконанні тотального ендопротезування кульшового суглоба у жінок частіше вдається забезпечити сприятливі біомеханічні умови для відновлення функції абдукційного механізму порівняно з чоловіками.

Дооперационная подготовка пациентов к эндопротезированию тазобедренного сустава

Актуальность. Проанализировано влияние мышц — стабилизаторов таза на сохранение постурального баланса у больных коксартрозом и выдвинута рабочая гипотеза, согласно которой позиционная адаптация компонентов эндопротеза тазобедренного сустава во время операции определяется состоянием этих мышц. Цель работы — разработка методики предоперационной лечебной физкультуры, положительно влияющей на состояние мышц — горизонтальных стабилизаторов таза, для оптимизации позиционной адаптации эндопротеза тазобедренного сустава во время операции. Материалы и методы. Разработана методика упражнений, выполняемых из облегченного исходного положения. Для увеличения силы мышц тазового пояса упражнения выполняют с противодействием максимальному сопротивлению при гравитационно разгруженном суставе. Для увеличения объема движений в тазобедренном суставе упражнения выполняют при гравитационной разгрузке сустава вытяжением или специальными эластичными тягами, используют маховые и пассивные упражнения. Повышенный тонус мышечных групп (аддукторы, флексоры) устраняют при помощи релаксирующих техник и пассивных упражнений. Тонус гипотрофичных мышц (абдукторы, экстензоры) повышают стимулирующим массажем. Болевой синдром снижаем путем экстензии нижней конечности за счет дозированного манжеточного вытяжения, также выполняем часть упражнений. Результаты работы апробированы на группе из 10 пациентов с односторонним коксартрозом, которым применялась разработанная нами методика дооперационного лечения. Результаты лечения и эффективность предлагаемой методики оценивали по разработанной нами методике оценки функции мышц, отвечающих за постуральный баланс. Результаты. Клиническая апробация разработанной методики предоперационного лечения показала, что после проведения курса лечебной физкультуры перед операцией некоторые пациенты отмечали снижение уровня боли, увеличение объема движений в больном тазобедренном суставе, субъективное улучшение опороспособности скомпрометированной конечности и улучшение качества жизни. Сравнение величины плеча силы абдукторов до операции и после выполнения эндопротезирования показало, что ни в одном случае не отмечено расхождение показателей более чем на 5 мм, что говорит о том, что позиционная адаптация компонентов эндопротеза тазобедренного сустава зависит от состояния мягких тканей, окружающих тазобедренный сустав. Это позволяет утверждать, что устранение мышечной контрактуры аддукторов и сгибателей бедра, а также восстановление эластичности и силы абдукторов и разгибателей бедра обеспечивают оптимальную позиционную адаптацию компонентов эндопротеза тазобедренного сустава. Выводы. Предварительные исследования показали, что у больных, получавших до операции специальный курс лечебной физкультуры, благодаря устранению мышечной контрактуры и восстановлению эластичности и силы абдукторов и разгибателей бедра обеспечивается оптимальная позиционная адаптация компонентов эндопротеза тазобедренного сустава, однако подтверждение достоверности исследований требует дальнейших наблюдений.

Біомеханічні особливості ходьби хворих на коксартроз за даними системи GAITRite Частина 1. Геометричні параметри ходьби

Мета роботи: оцінити динаміку та особливості геометричних параметрів ходьби пацієнтів до тотального протезування кульшового суглоба та після нього при збереженні та зменшенні довжини плеча дії абдукторів (ДПДА) стегна після протезування у віддаленому періоді спостереження. Матеріали та методи. Аналізували геометричні параметри ходьби: довжина кроку (Step Length) або короткий крок; довжина довгого кроку (Stride Length); ширина опори (H-H Base Support) та величини кута розвороту стопи (Toe In/Toe Out), що були отримані за допомогою системи GAITRite. Було проаналізовано параметри ходьби 46 хворих на коксартроз. До І групи увійшло 26 хворих, у яких рентгенометрично після протезування кульшового суглоба довжина плеча дії абдукторів стегна не змінилася або різниця не перевищувала 10 мм у бік зменшення. До ІІ групи потрапили хворі (20 пацієнтів), у яких після протезування рентгенометрично було виявлено зменшення ДПДА стегна більше ніж на 10 мм. Обстеження проводили до протезування та у віддалені періоди спостереження — через 1–1,5 та 5–7 років після протезування. Результати. До протезування групи за параметрами ходьби були однаковими. Протезування у більшості хворих приводило до відновлення параметрів ходьби, хоча у більшості випадків нормалізація параметрів і не досягала середньостатистичної референтної норми, але практично відновлювало симетричність ходьби. Через 5–7 років у хворих спостерігали погіршення параметрів ходьби, а у деяких хворих погіршення показників досягало значень до ендопротезування. Особливо це було помітно у хворих зі зменшеною довжиною дії плеча абдукторів стегна. У цих хворих відбувалося постійне перенапруження означених м’язів, що у віддаленому періоді призводить до розвитку чи прогресування дегенеративних змін в інших суглобах нижньої кінцівки — колінному суглобі, гомілково-ступневому суглобі та поперековому відділі хребта, що й обумовлює погіршення ходьби у віддаленому періоді спостереження. Висновки. Проведений аналіз показав, що у хворих зі зменшенням довжини плеча дії абдукторів стегна внаслідок тривалого однобічного перенапруження м’язів протезованої кінцівки у віддаленому періоді спостерігається втрата опорності та надбаних після протезування навичок ходьби.

Моделювання ходьби зі зменшеною довжиною плеча дії абдукторів стегна

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.

Вплив зміни довжини важеля дій сил абдукторів стегна після ендопротезування кульшового суглоба на особливості ходьби пацієнтів (аналітичний огляд літератури)

Робота присвячена вивченню основних напрямків досліджень біомеханічних особливостей ходьби людини після тотального ендопротезування кульшового суглоба в історичному аспекті й сучасного стану проблеми. Особлива увага звертається на проблему несиметричності довжини важеля абдукторів стегна після протезування, а саме наслідки, до яких призводить ця помилка. Розглянуті методи досліджень біомеханіки ходьби людини, як теоретичні, зокрема математичне динамічне моделювання, так і апаратні. Аналіз літератури показав, що при тяжких дегенеративно-дистрофічних ураженнях кульшового суглоба у хворих відбувається тяжке спотворення біомеханіки ходьби, що виражається в зменшені часу опори на стопу, переносі ваги тіла на здорову чи порівняно здорову кінцівку, зменшенні довжини кроку через виражену контрактуру в кульшовому суглобі. У хворих спостерігається зростання асиметрії кроків, що робляться здоровою й хворою кінцівками, за різними параметрами. Часто спостерігається нестабільність параметрів від кроку до кроку. Ендопротезування кульшового суглоба приводить до позитивних зсувів параметрів ходьби, а саме збільшення довжини кроку, відновлення опори на протезовану кінцівку. Зростає швидкість пересування. Але в більшості хворих зберігається недостатність м’язового апарату, який під час перебігу захворювання втратив спроможність повноцінного функціонування. Крім того, проведене хірургічне втручання теж впливає на якість ходьби. За даними літератури було виявлено, що асиметрія довжини важеля абдукторів стегна відіграє свою негативну роль в уповільнені відновлення ходьби, особливо у віддалені періоди.

Evaluation of rotator cuff abduction moment arms for superior capsular reconstruction and reverse total shoulder arthroplasty.

The rotator cuff (RC) muscles contribute to dynamic stability and rotational actions of the glenohumeral joint. Moment arm can be used to demonstrate the potential work a muscle contributes to a musculoskeletal joint rotation. This study aimed to understand the moment arm contributions of the RC muscles and explore changes following a complete supraspinatus tear treated with either superior capsular reconstruction (SCR) or reverse total shoulder arthroplasty (rTSA). Five fresh-frozen cadaveric specimens were prepared and mounted in an apparatus where each intact RC muscle was held in tension with a line of action toward its origin on the scapula. Mean moment arms for each muscle were determined experimentally based on Optotrak data collected during cadaveric shoulder arm abduction. Using ANOVA testing, our analysis demonstrated significant differences (p < 0.001) in infraspinatus and teres minor moment arms after rTSA compared to the intact shoulder model. After SCR, significant differences (p < 0.001) were seen in teres minor, with these differences being statistically similar to the changes seen in teres minor after rTSA. Subscapularis showed no significant difference in moment arm values between the models (p = 0.148). Our results illustrate that mean moment arms were preserved in the RC muscles after complete supraspinatus tear. This study also shows evidence that subscapularis function may be maintained after SCR or rTSA. After SCR, infraspinatus may maintain similar abduction ability compared to the anatomical shoulder, while teres minor ability may increase. Infraspinatus may have decreased abduction ability after rTSA while teres minor may have increased ability.

Optimizing the Femoral Offset for Restoring Physiological Hip Muscle Function in Patients With Total Hip Arthroplasty.

ObjectiveFemoral offset (FO) restoration is significantly correlated with functional recovery following total hip arthroplasty (THA). Accurately assessing the effects of FO changes on hip muscles following THA would help improve function and optimize functional outcomes. The present study aimed to (1) identify the impact of FO side difference on the hip muscle moment arms following unilateral THA during gait and (2) propose the optimal FO for a physiological hip muscle function.MethodsIn vivo hip kinematics from eighteen unilateral THA patients during gait were measured with a dual-fluoroscopic imaging system. The moment arms of thirteen hip muscles were calculated using CT-based 3D musculoskeletal models with the hip muscles’ lines of actions. The correlation coefficient (R) between FO and hip muscle moment arm changes compared with the non-implanted hip was calculated. We considered that the FO reconstruction was satisfactory when the abductor moment arms increased, while the extensor, adductor, and flexor moment arms decreased less than 5%.ResultsA decreased FO following THA was significantly correlated with a decrease of the abductor and external rotator moment arms during the whole gait (R > 0.5) and a decrease of extensor moment arms during the stance phase (R > 0.4). An increased FO following THA was significantly associated with shorter flexor moment arms throughout the gait (R < −0.5) and shorter adductor moment arms in the stance phase (R < −0.4). An increase in FO of 2.3–2.9 mm resulted in increased abductor moment arms while maintaining the maximum decrease of the hip muscles at less than 5.0%.ConclusionAn increase of 2–3 mm in FO could improve the abductor and external rotator function following a THA. Accurate surgical planning with optimal FO reconstruction is essential to restoring normal hip muscle function in THA patients.

The evolution of pelvic limb muscle moment arms in bird-line archosaurs.

Bipedal locomotion evolved along the archosaurian lineage to birds, shifting from "hip-based" to "knee-based" mechanisms. However, the roles of individual muscles in these changes and their evolutionary timings remain obscure. Using 13 three-dimensional musculoskeletal models of the hindlimbs of bird-line archosaurs, we quantify how the moment arms (i.e., leverages) of 35 locomotor muscles evolved. Our results support two hypotheses: From early theropod dinosaurs to birds, knee flexors' moment arms decreased relative to knee extensors', and medial long-axis rotator moment arms for the hip increased (trading off with decreased hip abductor moment arms). Our results reveal how, from the Triassic Period, bipedal theropod dinosaurs gradually modified their hindlimb form and function, shifting more from hip-based to knee-based locomotion and hip-abductor to hip-rotator balancing mechanisms inherited by birds. Yet, we also discover unexpected ancestral specializations in larger Jurassic theropods, lost later in the bird-line, complicating the paradigm of gradual transformation.