Динамическое моделирование мышечных и суставных свойств при широком открывании рта у человека

Функция нижней челюсти у человека отчасти определяется напряжением жевательных мышц и морфологическими ограничениями краниомандибулярной системы. Поскольку возможности изучения их взаимодействия in vivo ограничены, математическое моделирование служит полезным инструментом: оно позволяет имитировать причинно-следственные связи между строением и функцией, а также демонстрировать гипотетические процессы в нормально функционирующих системах и при нарушениях. В этом исследовании у пяти расслабленных участников определили внешнюю силу, необходимую для максимального открывания рта. Эти данные вместе с другими сведениями о костно-мышечной системе использовали для построения динамической трёхмерной математической модели краниомандибулярной системы, управляемой мышечными усилиями. Модель описывала взаимосвязь мышечного напряжения и суставной морфологии при широком открывании рта. Установлено, что в условиях in vivo для широкого открывания рта достаточно направленной вниз силы 5 Н. При настройке модели, допускавшей такое открывание за счёт пассивного напряжения мышц, поднимающих нижнюю челюсть, её положение в покое было ниже обычного для бодрствующих людей; для поддержания типичного положения покоя требовалась небольшая активность этих мышц. Модель позволяла правдоподобно воспроизвести открывание рта до максимального уровня при постепенном нарастании активности мышц, опускающих нижнюю челюсть. При структурном изменении модели — уменьшении углов суставного пути — для открывания требовалась меньшая активность этих мышц. Правдоподобное асимметричное открывание рта возникало при выключении моделируемого привода ипсилатеральной латеральной крыловидной мышцы. Пассивное напряжение ипсилатеральной медиальной крыловидной мышцы ограничивало боковое отклонение и по мере открывания возвращало нижнюю челюсть к средней линии. При всех движениях компоненты височно-нижнечелюстного сустава (ВНЧС) сохраняли постоянный контакт и двигались по стабильным траекториям, несмотря на отсутствие удерживающих связок. Во всех случаях возникали компрессионные нагрузки на ВНЧС, достигавшие максимума при широком открывании рта. Динамическое математическое моделирование может быть полезно для изучения процессов, которые пока невозможно зарегистрировать в краниомандибулярной системе человека.