CC BY
16
I
Орипнальы дозддження
Original Researches
Травма
УДК 616.748.54-018.38-008.6:617.586-007.54:001.42 DOI: 10.22141/1608-1706.6.20.2019.186030
Лазарев I.A.1, Герасимюк Б.С.2, Мовчан О.С.2, Скибан М.В.1
1ДУ «¡нститут травматолог!! та ортопед/! НАМН УкраТни, м. КиТв, УкраТна
2Нащональна медична академя пслядипломно! осв1ти ¡мен1 П.Л. Шупика, м. КиТв, УкраТна
Я Ш W ■ ■
Бюмехашчнии ана^з поведшки структур заднього в^дшу стопи в акт ходьби при зап'ятковому бурситi И синдромi Haglund
Резюме. Актуальнсть. Усе частше в наукових пуб^ка^ях, присвячених вивченню тендинопатИ axiAAO-вого сухожилля, пднмаеться проблема супутнього зап'яткового бурситу i синдрому Haglund. У ретроспективному досAiдженнi 176 па^енлв з /'нсерц/йною тендинопат/'ею Hakan Alfredson i Christoph Spang виявили, що в 74 % випадюв також в'1дзначалися поверхневий i зап'ятковий бурсит i синдром Haglund. Тому, спираючись на попередн досл'дкення, ми можемо говорити про зв'язок м'ж зап'ятковим бурситом, синдромом Haglund i тендинопат'ею. Мета до^дження: провести aнaAiз напружено-деформова-ного стану комп'ютерних iмiтaцiйниx моделей заднього вiддiAу стопи i3 зап'ятковим бурситом i синдромом Haglund п'1д час ходьби. Матерiали та методи. Спочатку буAи виконан математичн розрахунки сиAи Aиткового м'яза i axiAAового суxожиAAя в поAоженнi стоячи й при ходьб'1. Створен тривимiрнi iмiтaцiйнi модеAi заднього вiддiAу стопи: i^a^a модеAь, модеAь бурситу i модеAь iз синдромом Haglund. Кожна скiнченно-еAементнa модеAь скAaдaAaся в середньому з 332 906 вузAiв i 191 538 еAементiв. Параметри напружено-деформованого стану анатом'чних структур заднього вiддiAу стопи буAи досAiдженi й про-aнaAiзовaнiвр'знихбюмехан'чнихумовах: унейтрaAьномупоAоженнi, припдошовнй (-10°)iтиAьнiй фAек-сИ'(+10°). Д.я aнaAiзу напружено-деформованого стану axiAAового суxожиAAя, п'ятковоi сумки, таранноi юстки i п'яти використовувaAи критерй напружень за фон М'зесом. Результати. Напруження на axiAAово-му суxожиAAi в нейтрaAьному поAоженнi стопи при модеAювaннi зап'яткового бурситу на 19,8 % нижче, синдрому Haglund — на 10,0 % вище, нж в iнтaктнiй модеAi. Напруження на п'ятковому горб'1 в модеAi бурситу на 13,2 % вище, синдрому Haglund — на 46,5 % вищий, нж в iнтaктнiй модеAi. При п'1дошовн'1й фAексil напруження на axiлловому суxожиAAi на 16,5 % нижче в модеAi бурситу i на 38,1 % вище при синдром'1 Haglund. Напруження на п'ятковому горб'1 в модеAi зап'яткового бурситу нижче на 49,6 %, а в модеAi iз синдромом Haglund — на 9,2 %. При тиAьнiй фAексil напруження на ах^овому суxожиAAi вище на 10,2 % в модеAi бурситу i б'^ьше нiж на 68,6 % — у модеAi iз синдромом Haglund. Напруження на п'ятковому горб'1 в модеAi зап'яткового бурситу вище на 28,3 %, а в модеAi iз синдромом Haglund — на 120,1 %, нж в нтак-тнй модеAi. Обговорення. Найменше напруження вдзначаеться при пдошовно! фAексil. Це пов'язано з пасивно/ роботою Aиткового м'яза i зб'^ьшенням об'ему зaгAибAення, у якому розташована зап'яткова бурса. Дана структура сприяе р'вном'рному розподiAу сиA iз передньо/ поверхн axiAAового суxожиAAя до задньоверхн'квiддiAiв п'ятковоi юстки. Зап'яткова сумка також знижуе тиск суxожиAAя на дiAянку контакту задньоi поверхн п'ятковоi юстки при тиAьнiй фAексil. Тому зап'яткова сумка вiдiгрaе вaжAиву роAь у функцiонувaннi бомеха^чно! системи «axiAAове суxожиAAя — п'яткова юстка». П'1двищення напруження в axiAAовому суxожиAAi в пaтоAогiчниx модеAяx вказуе на зв'язок м'ж зап'ятковим бурситом, синдромом Haglund i розвитком пaтоAогiчниx змн в axiлловому суxожиAAi. Висновки. Це досыдкення п'дтвердкуе стресову теорю розвитку супутньо1 тендинопатИ в па^енлв iз зап'ятковим бурситом i синдромом Haglund. Ключовi слова: iмiтaцiйне модеAювaння; напружено-деформований стан; зап'ятковий бурсит; синдром Haglund; тендинопатя
© «Травма» / «Травма» / «Trauma» («Travma»), 2019
© Видавець Заславський О.Ю. / Издатель Заславский А.Ю. / Publisher Zaslavsky O.Yu., 2019
Для кореспонденци: Лазарев 1гор Альбертович, ДУ «1нститут травматологи та ортопеди НАМН УкраТни», вул. Бульварно-Кудрявська, 27, м. КиТв, 01601, УкраТна; e-mail: ilazarev@ukr.net For correspondence: I. Lazarev, State Institution "Institute ofTraumatology and Orthopaedics of the NAMS of Ukraine'; Bulvarno-Kudriavska st., 27, Kyiv, 01601, Ukraine; e-mail: ilazarev@ukr.net
Вступ
Зап'ятковий бурсит (ЗБ) — запальне захворю-вання, що виникае внаслщок мехашчного iMniH-джменту зап'ятково! (глибоко!) синовiальноl бурси, розташовано! мiж ахшловим сухожиллям (АС) i за-дньоверхшми в1дд1лами п'ятково! кiстки. Синдром Haglund був описаний шведським хiрургом-ортопе-дом Patrik Haglund у 1928 рощ [2, с. 50], вш включав поняття зап'яткового бурситу, спричиненого iмпiнджментом синовiально! сумки мiж АС i збшь-шеними задньоверхнiми вщдшами п'ятково! шст-ки — так званою деформащею Haglund [5, с. 433]. P.T. Karjalainen, К. Soila та спiвавт. у своему досль дженнi 118 АС методом магнггно-резонансно! то-мографп дiагностували в 19 % випадшв збiльшену зап'яткову бурсу. Також було встановлено, що в 15 з 18 випадыв шерцшно! тендинопатп був виявлений ЗБ [4, с. 254]. Todd A. Irwin у своему дослщженш [3, с. 933] також вказуе на зв'язок мiж запальними процесами в синовiальних бурсах i дегенеративни-ми змшами самого сухожилля — мiж ЗБ i розвитком супутньо! тендинопатп. Шд час ретроспективного дослiдження [1, 7] 176 пащенпв з iнсерцiйною ахш-лотендинопатiею Hakan Alfredson i Christoph Spang виявили, що в 74 % пащенпв було також дiагнос-товано поверхневий i зап'ятковий бурсити, а також синдром Haglund. Тому, Грунтуючись на попередшх дослiдженнях, можна говорити про те, що зв'язок мiж ЗБ або синдромом Haglund i тендинопапею якщо не очевидний, то дуже ймовiрний i вш вима-гае подальшого вивчення.
Науковий пошук серед лiтературних джерел не виявив будь-яких дослщжень напружено-деформо-ваного стану (НДС) структур заднього вщдшу стопи (АС, глибока синовiальна бурса, п'яткова кютка) при ЗБ. Детальний аналiз поведiнки перерахованих
вище структур дозволить краще зрозумiти проблему дiагностики й лiкування хворих iз ЗБ або синдромом Haglund.
Мета дослщження — аналiз показникiв напруже-но-деформованого стану iмiтацiйних моделей заднiх вщдшв стопи iз зап'ятковим бурситом i синдромом Нaglund пiд час ходьби.
Матерiали та методи
На початковому етат для визначення сили натягу кроножного м'яза й ахшлового сухожилля при стоян-нi й в акта ходьби створено розрахунковi схеми (рис. 2) i проведенi математичнi обчислення. У розрахунках було використано усереднеш антропометричнi данi: вага тта — 75 кг, зрiст — 170 см.
На наступному еташ засобами програмного пакета SoHdWorks були створеш iмiтацiйнi 3D-моделi стопи — штактна модель, модель iз бурситом i модель iз синдромом Haglund (рис. 3) у нейтральному положенш в гомiлковостопному суглоб^ положеннi шдошовно! флексп —10° i тильно! флексп +10°. По-дальш1 розрахунки здшснювали методом скшчен-них елеменпв (СЕ), що дозволяе дослщити еволю-цiю процесу деформування елеменпв iмiтацiйноl моделi стопи, а саме шстково! тканини, бурси й ахшлового сухожилля, з великими геометричними й фiзично нелiнiйними властивостями матерiалiв i змiнними в часi зовнiшнiми впливами. Для про-ведення розрахункiв НДС у програму ANSYS було iмпортовано iмiтацiйнi моделi, якi налiчували в се-редньому 332 906 вузлiв i 191 538 елементiв. У на-пiвавтоматичному режимi згенеровано СЕ-моделi (рис. 4). Для збiльшення точност розрахункiв у дь лянках контакту й для елеменпв бурси й сухожилля СЕ-сггка ущiльнена. СЕ-сiтка представлена пере-важно тетраедричними елементами, розмiр яких на
Рисунок 1. Рентгенограма й магштно-резонансна томограма заднього в 'щд 'шу стопи хворого
i3 зап'ятковим бурситом i синдромом 4aglund
основн1й модел1 не перевищуе 1 мм, у м1сцях згу-щення — 0,1—0,5 мм.
У СЕ-розрахунках застосовували ф1зичн1 властивос-т1 бюлопчних тканин, отриман1 з л1тературних джерел (табл. 1).
У подальшому розглянуто 3 модел1 для кожного вар1анта досл1дження — 1нтактна модель, модель 1з ЗБ 1 модель 1з синдромом Hаglund для трьох поло-жень у гом1лковостопному суглоб1: нейтральне, пе-редн1й поштовх (п1дошовна флекс1я —10°) 1 задн1й поштовх (тильна флекс1я +10°).
Ключовими показниками для пор1вняльного анал1зу обран1 дан1, отримаш шляхом розрахун-к1в значення штенсивност1 напружень за М1зе-сом, як визначали на ус1х елементах модели АС, зап'ятков1й 6урс1, таранн1й юстщ й п'ятковому горб1.
Результати та обговорення
Для визначення сили натягу шроножного м'яза й АС при стоянт та в акт1 ходьби створено розрахунков1 схеми (рис. 2).
Модель у нейтральному положент в гомшковос-топному суглоб1 подано на рис. 2а. Припускаючи, що
величина СВ: не змшюеться при ротацп стопи навколо С, з умови р1вноваги отримуемо:
ЪМ = 0:Г • ¡опа • СБ, - Р • СА, = 0,
с 11'
де а — кут нахилу АС вщносно вертикально! осц Р — вага людини 750 Н (75 кг); F — сила натягу АС.
F = -
Р • СА1 sina • СВ,
= 458 Н,
це сила натягу жроножного м'яза для стабЫзацп го-мшковостопного суглоба у вертикальному положенн1 тша при стоянн1.
Для визначення сили натягу АС при ходьб1 розглянуто 2 положення — передай поштовх (рис. 2б) — при наступант на п'ятку передньо! ноги (пщошовна флекс1я -10°) 1 заднш поштовх (рис. 2в) — при вщрив1 п'ятки задньо! ноги пщ час вщштовхування вщ площ1 опори (тильна флекоя +10°). Для досягнення пщошовно! флексií -10° центр маси тша змщу-еться назад на вщстань АВ (рис. 2б), тому для розрахункв натягу АС враховано цю вщстань. Аналогiчно отримуемо:
ХМ = 0:F • ¡опа • СВ - Р • СА = 0,
с
де а — кут нахилу АС вщносно вертикально! осц Р — вага людини 750 Н (75 кг); F — сила натягу АС.
Рисунок 2. Розрахунков'13D-моделi стопи: а) нейтральне положення в гомлковостопному суглобi;
б) пщошовна флекая -10°; в) тильна флекая +10°
Рисунок 3. Iмiтaцiйнi 3D-моделi: а) ¡нтактна модель; б) модель ¡з бурситом; в) модель
iз синдромом Haglund
Р- СА
Г=-= 459 Н,
sinа • СВ
це сила, що необхщна для стабтзацп гомтковостопного суглоба у вертикальному положены тла при наступаннi на п'ятку передньо! ноги (пщошовна флекоя—10°), але ця сила розкладаеться на двi складовi: натяг АС — 65 % (277 Н) i ста-бтзуючу силу передньо! групи м'яз1в — 35 % (182 Н).
Рисунок 4. Скнченно-елементна с\тка (а) / граничн\ умови (б): А — жорстка ф1ксац1я плантарноТ длянки п'ятковоТ юстки; В — обмеження перем1щень по осях 3 можлив\стю обертання (\м\тування цшюноТ стопи); С — сила натягу АС; D \ Е — вага людини, прикладена до великогомлковоТ юстки (90 %) \ малогомлковоТ юстки (10 %)
Таблиця 1. Ф'зико-механ'1чн'1 властивост матералв модел\
Матерiал Модуль Юнга, Ра Коефiцieнт Пуассона
Кортикальний шар юстки 17,6е9 0,3
Бурса 5е7 0,45
Сухожилля 4е8 0,45
Для досягнення тильно! флексп +10° центр маси тша змщуеться вперед на вщстань АС (рис. 2в), тому для розрахунюв натягу АС враховано цю в1дстань. Ана-логiчно отримуемо:
ЪМ = 0:Г • sina • СВ, - Р • СА = 0,
с 1 '
де а — кут нахилу АС вщносно вертикально!' осi; Р — вага людини 750 Н (75 кг); Г — сила натягу АС.
Р • СА
F =-= 1028 Н,
sinа • СВ1
це сила, що необидна для стабшзаци гомшково-стопного суглоба у вертикальному положенш тiла при вщштовхуванш задньо! ноги вiд площi опори (тильна флексiя +10°).
З урахуванням проведених розрахунюв для визначен-ня НДС використано такi значення навантажень на АС:
— для утримання тта в положеннi стоячи АС розви-вае зусилля в 458 Н;
— для стабшзаци гомшковостопного суглоба у вертикальному положеннi тiла при наступаннi на площу опори (переднiй поштовх) АС розвивае зусилля в 277 Н (65 %), а зусилля в 182 Н (35 %) розвивае передня група м'язiв гомшки як стабшзатори;
— для вщриву стопи вщ площi опори (заднiй поштовх) i пiдйому И на кут 10° АС розвивае зусилля в 1028 Н.
За результатами розрахунюв показниюв НДС моделей найбшш значущi змiни вiдбувалися на ахтловому сухожиллi та п'ятковому горб^ найменшi — на таран-нш та iншiх дiлянках п'ятково! юстки. У звязку з цим подальший порiвняльний аналiз здiйснювали за по-казниками НДС на АС i п'ятковому горбi. Отриманi показники напружень при нейтральному положенш стопи подано на рис. 5. Напруження на АС на моделi iз зап'ятковим бурситом на 19,8 % менш^ а на моделi iз синдромом Haglund — на 10,0 % бшьш^ нiж на штак-тнш моделi. Значення напружень на п'ятковому бу^ на моделi iз зап'ятковим бурситом на 13,2 % бтьш, а на моделi iз синдромом Haglund — на 46,5 % бтьш^ нiж на iнтактнiй модель
Результати розрахунюв показниюв напружень на АС i п'ятковому горбi в положеннi шдошовно! флексй стопи -10° (переднш поштовх) подано на рис. 6. Значення напружень на АС на моделi iз зап'ятковим бурситом на
16,5 % менш^ а на моделi iз синдромом Haglund — на
38.1 % бшьш^ нiж на iнтактнiй модель Значення напружень на п'ятковому бу^ на моделi iз зап'ятковим бурситом на 49,6 % менш^ а на моделi з синдромом Haglund — на 9,2 % менш^ нiж на iнтактнiй модель
Результати розрахунюв показниюв напружень на АС i п'ятковому горбi в положенш тильно! флекси стопи + 10° (задшй поштовх) подано на рис. 7. Значення напружень на АС на моделi iз зап'ятковим бурситом на
10.2 %, а на моделi iз синдромом Haglund — на 68,6 % бшьш^ нiж на iнтактнiй моделi. Значення напружень на п'ятковому бу^ на моделi iз зап'ятковим бурситом зросли на 28,3 %, а на моделi з синдромом Haglund — бтьше нiж у 2 рази (на 120,1 %) вщносно штактно! моделi.
Результати розрахунюв НДС штактно! моделi поданi в табл. 2. У положенш пщошовно! флексй стопи значення напружень найменшь Це пов'язано як iз розслабленням литкового м'яза, так i зi збiльшенням об'ему зап'яткового рецесуса, де розташована глибока синовiальна бурса. Ця структура сприяе рiвномiрному перерозподлу сил iз пе-редньо! поверхнi АС на задньоверхш вщдти п'ятково! кустки. Також бурса амортизуе стресовий вплив сухожил-ля на дтянку контакту з нерiвною задньою поверхнею п'ятково! юстки при рiзкому тильному згинаннi. Тому зап'яткова бурса вщйрае важливу роль у функцюнуванш бiомеханiчно! системи «АС — п'ятковий горб».
Результати розрахунюв НДС моделi з зап'ятковим бурситом подаш в табл. 3. Як ми й припускали, у моделi з бурситом визначено збтьшення значень напружень на всх дослщжуваних структурах у положенш тильно! флексй стопи в акл ходьби (заднiй поштовх). Це пов'язано зi збть-шенням розмiрiв синовiально! бурси внаслщок запального ексудативного процесу. У випадку з моделлю синдрому Haglund ми отримали аналогiчнi данi (табл. 4) iз значним збтьшенням значень напружень на вск дослщжуваних структурах у положенш тильно! флексй стопи. При цьому напруження зростають однаково як на бурсi, так i на АС.
Таблиця 2. Зведена таблиця результатов розрахунюв НДС для штактно! моделi в р!зних положеннях
гомлковостопного суглоба
Пщошовна флекЫя -10° Нейтральне положення 0° Тильна флекЫя +10°
Ахтлове сухожилля, МРа 4,25 7,05 15,82
Зап'яткова бурса, МРа 1,83 3,25 7,41
Таранна кютка, МРа 2,72 2,31 4,04
П'ятковий горб, МРа 2,72 2,04 4,04
Пщошовна флекЫя -10° Нейтральне положення 0° Тильна флек^я +10°
Ахтлове сухожилля, МРа 3,55 5,64 17,43
Зап'яткова бурса, МРа 2,57 5,45 16,79
Таранна кютка, МРа 2,31 2,31 5,19
П'ятковий горб, МРа 1,37 2,31 5,19
Таблиця 3. Зведена таблиця результат/в розрахунюв НДС моделi ¡з зап'ятковим бурситом у рiзних положеннях гомлковостопного суглоба
о
£ о си ш о
ю а
О
с-
«
И Й
1нтактна модель
Модель iз бурситом
Модель iз синдромом Haglund
а_ = 7,05 МРа
а = 5,65 МРа
а_ = 7,75 МРа
атЯх = 2,04 МРа
атЯх = 2,31 МРа
атЯх = 2,99 МРа
Рисунок 5. Показники напружень за М1зесом на ахтловому сухожилл\ та п'ятковому горб\
при нейтральному положенн1 стопи
1нтактна модель
Модель iз бурситом
Модель iз синдромом Haglund
о
£ с е
И
о
3
ат,х = 4,25 МРа
О Т*»;ЕЧ<
м
а = 2,72 МРа
тах '
атЯх = 3,55 МРа
а = 1,37 МРа
тах '
а_ = 5,87 МРа
а = 2,47 МРа
тах '
Рисунок 6. Показники напружень за М1зесом на ах\лловому сухожилл\ та п'ятковому горб'1 в положены! п'щошовно'Т флексп стопи -10° (переднй поштовх)
1нтактна модель
Модель i3 бурситом
Модель i3 синдромом Haglund
£ с е
«
о
о = 15,82 МРа
о = 17,43 МРа
о = 26,67 МРа
б р
о
1«
и
«
о к т
к
о = 4,02 МРа
max '
о = 5,19 МРа
тах '
о = 8,85 МРа
тах '
Рисунок 7. Показники напружень за Mi3BcaM на ахшловому сухожиллi та п'ятковому rapöi в положеннi тильноi флексп стопи +10° (заднiй поштовх)
Рисунок 8. Динамiка показниюв напружень на ахлловому cухожиллi
Рисунок 9. Динамiка показниюв напружень на п'ятковому rорбi
Таблиця 4. Зведена таблиця результатов розрахунюв НДС моделi ¡з синдромом Haglund у p¡3Hих положеннях гомлковостопного суглоба
Пщошовна флекЫя -10° Нейтральне положення 0° Тильна флекЫя +10°
Ахтлове сухожилля, МРа 5,87 7,75 26,67
Зап'яткова бурса, МРа 2,86 5,21 16,44
Таранна кютка, МРа 2,47 2,99 8,85
П'ятковий горб, МРа 2,47 2,99 8,85
Зростання напружень на ахшловому сухожилл1 (рис. 8) у процеш переходу з нейтрального положення в положення тильно! флекси стопи (заднш поштовх) вказуе на зв'язок травмуючого фактора з розвитком патолопчних зм1н у навколосухожилкових структурах (глибока синов1альна бурса, зб1льшен1 задньоверхш в1дд1ли п'ятково! к1стки — деформащя Hаglund) 1 за-хворюваннями самого АС, шдтверджуючи стресову те-орш розвитку тендинопати в1д пост1йного локального перевантаження. При цьому як синдром Haglund, так 1 ЗБ практично однаково можуть впливати на розвиток супутшх вторинних дегенеративних процешв у сухо-жилл1, що заслуговуе на додаткову увагу.
Зб1льшення показниюв напруженост юсткових структур — таранно! ыстки 1 п'яткового бугра (рис. 9) також свщчить про едн1сть функцюнування вс1х структур заднього в!ддту стопи й неможлив1сть переб1гу па-толог1чного процесу в одних структурах без впливу на 1нш1. У норм1 реактивн1 репаративн1 процеси перебиа-ють як адаптивн1 з нормальними ф1з1олог1чними реакш-ями. При патолопчних змшах вони можуть сягати р1вня пристосувальних процес1в 1з порушенням структури.
Висновки
— У дослщжувант модел1 1з синдромом Haglund напру-ження на АС змшюеться при р1зних положеннях стопи, але пор1вняно з штактною моделлю залишаеться вищим на 10,0 % у нейтральному положенш, на 38,1 1 68,6 % — у положенш пщошовно! 1 тильно! флекси стопи вщповщно;
— значення напружень на АС при переход! з нейтрального положення в положення тильно! флекси стопи на модел! ¡з зап'ятковим бурситом бтьше на 10,2 %, шж на штактнш модел!;
— за результатами ¡мггацшного моделювання з ви-значенням НДС структур заднього в!ддту стопи вияв-
лено причинно-наслщковий зв'язок м!ж патологiчним процесом при зап'ятковому 6ypcHri/^^poMÍ Haglund i розвитком супутшх дегенеративних змш (тендинопатй') внаслщок локального перевантаження АС;
— виявлено неможливiсть iзольованого пошкоджен-ня одше! частини системи без адаптацiйних змш у дру-гiй при порушенш функц!! системи «АС — п'ятковий горб».
Конфлжт ÍHTepecÍB. Автори заявляють про в!дсут-нiсть конфлiкту штерешв i власно! фiнансово! защкав-леност при пiдготовцi дано! статтi.
Список л^ератури
1. Alfredson H, Spang C. Clinical presentation and surgical management of chronic Achilles tendon disorders — A retrospective observation on a set of consecutive patients being operated by the same orthopedic surgeon. Foot Ankle Surg. 2018 Dec. № 24(6). P. 490-494. doi: 10.1016/j.fas.2017.05.011.
2. Haglund P. Beitrag zur Klinik der Achillessehne. Zeitschr. Orthop. Chir. 1928. № 49. Р. 49-58.
3. Irwin T.A. Current Concepts Review: Insertional Achilles Tendinopathy. Foot & Ankle International. 2010. № 31(10). P. 933-939. doi:10.3113/fai.2010.0933.
4. Karjalainen P. T., Soila K, Aronen H.J. et al. MR Imaging of Overuse Injuries of the Achilles Tendon. American Journal of Roentgenology. 2000. № 175(1). Р. 251-260. doi:10.2214/ajr.175.1.1750251
5. Reinherz R.P., Smith B.A., Henning K.E. Understanding the pathologic Haglund's deformity. J. Foot Surg. 1990. № 29. Р. 432-435.
Отримано/Received 17.10.2019 Рецензовано/Revised 08.11.2019 Прийнято до друку/Accepted 20.11.2019 ■
Лазарев И.А.1, ГерасимюкБ.С.2, Мовчан А.С.2, Скибан М.В.1
1ГУ «Институт травматологии и ортопедии НАМН Украины», г. Киев, Украина
2Национальная медицинская академия последипломного образования имени П.Л. Шупика,
г. Киев, Украина
Биомеханический анализ поведения структур заднего отдела стопы в акте ходьбы при запяточном бурсите и синдроме Haglund
Резюме. Актуальность. Все чаще в научных публикациях, и Christoph Spang обнаружили, что в 74 % случаев также от-посвященных изучению тендинопатии ахиллова сухожилия, мечались поверхностный и запяточный бурсит и синдром поднимается проблема сопутствующего запяточного бурсита Haglund. Поэтому, основываясь на предыдущих исследовании синдрома Haglund. В ретроспективном исследовании 176 ях, мы можем говорить о связи между запяточным бурситом, пациентов с инсерционной тендинопатией Hakan Alfredson синдромом Haglund и тендинопатией. Цель исследования:
провести анализ напряженно-деформированного состояния компьютерных имитационных моделей заднего отдела стопы с запяточным бурситом и синдромом Hаglund во время ходьбы. Материалы и методы. Первоначально были выполнены математические расчеты силы икроножной мышцы и ахиллова сухожилия в положении стоя и при ходьбе. Созданы трехмерные имитационные модели заднего отдела стопы: интакт-ная модель, модель бурсита и модель с синдромом Haglund. Каждая конечно-элементная модель состояла в среднем из 332 906 узлов и 191 538 элементов. Параметры напряженно-деформированного состояния анатомических структур заднего отдела стопы были исследованы и проанализированы в различных биомеханических условиях: в нейтральном положении, при подошвенной (-10°) и тыльной флексии (+10°). Для анализа напряженно-деформированного состояния ахиллова сухожилия, пяточной сумки, таранной кости и пятки использовали критерий напряжений по фон Мизесу. Результаты. Напряжение на ахилловом сухожилии в нейтральном положении стопы при моделировании запяточного бурсита на 19,8 % ниже, синдрома Haglund — на 10,0 % выше, чем в интактной модели. Напряжение на пяточном бугре в модели бурсита на 13,2 % выше, синдрома Haglund — на 46,5 % выше, чем в интактной модели. При подошвенной флексии напряжение на ахилловом сухожилии на 16,5 % ниже в модели бурсита и на 38,1 % выше при синдроме Haglund. Напряжение на пяточном бугре в модели запяточного бурсита
ниже на 49,6 %, а в модели с синдромом Haglund — на 9,2 %. При тыльной флексии напряжение на ахилловом сухожилии выше на 10,2 % в модели бурсита и более чем на 68,6 % — в модели с синдромом Haglund. Напряжение на пяточном бугре в модели запяточного бурсита выше на 28,3 %, а в модели с синдромом Haglund — на 120,1 %, чем в интактной модели. Обсуждение. Наименьшее напряжение отмечается при подошвенной флексии. Это связано с пассивной работой икроножной мышцы и увеличением объема углубления, в котором расположена запяточная бурса. Данная структура способствует равномерному распределению сил с передней поверхности ахиллова сухожилия к задневерхнему отделу пяточной кости. Запяточная сумка также снижает давление сухожилия на область контакта задней поверхности пяточной кости при тыльной флексии. Поэтому запяточная сумка играет важную роль в функционировании биомеханической системы «ахиллово сухожилие — пяточная кость». Повышение напряжения в ахилловом сухожилии в патологических моделях указывает на связь между запяточным бурситом, синдромом Haglund и развитием патологических изменений в ахилловом сухожилии. Выводы. Это исследование подтверждает стрессовую теорию развития сопутствующей тендинопатии у пациентов с запяточным бурситом и синдромом Haglund. Ключевые слова: имитационное моделирование; напряженно-деформированное состояние; запяточный бурсит; синдром Haglund; тендинопатия
I.A. Lazarev1, B.S. Herasimyuk2, O.S. Movchan2, M.V. Skiban1
1State Institution "Institute of Traumatology and Orthopedics of NAMS of Ukraine ", Kyiv, Ukraine 2Shupyk National Medical Academy of Postgraduate Education, Kyiv, Ukraine
Biomechanical analysis of the behavior of the rearfoot structures with retrocalcaneal bursitis
and Haglund's syndrome in walking
Abstract. Background. Increasingly, in scientific publications devoted to the study of Achilles tendinopathy, the problem of concomitant retrocalcaneal bursitis and Haglund's syndrome is mentioned. In a retrospective study of 176 patients with insertional tendinopathy, Hakan Alfredson and Christoph Spang found that 74 % of persons also had superficial and retrocalcaneal bursitis and Haglund's syndrome. Therefore, based on previous researches, we can talk about the relationship between retrocalcaneal bursitis, Haglund's syndrome and tendinopathy. The purpose was to carry out the stress-strain analysis of the computer simulation models of the rear-foot with retrocalcaneal bursitis and Haglund's syndrome in walking. Materials and methods. Initially, mathematical calculations of the calf muscle and the Achilles tendon strength in standing and in walking were performed. 3D rearfoot simulation models were created: an intact model, a bursitis model and a model with Haglund's syndrome. Each finite element model consisted of 332,906 nodes and 191,538 elements on average. The parameters of the stress-strain state of the anatomical structures of the rearfoot were investigated and analyzed in different biomechanical conditions: in the neutral position, plantar flexion (—10 ) and the dorsal flexion (+10 ). Von Mises stress criterion was used for the analysis of stress-strain state at the Achilles tendon, calcaneal bursa, talus and heel. Results. Achilles tendon stress value in the neutral foot position is 19.8 % lower in the retrocalcaneal bursitis model and is 10.0 % higher in the Haglund's syndrome model than in the intact model. The heel stress value in the bursitis model is 13.2 % higher, and in the Haglund's syndrome
model is 46.5 % higher than in the intact model. In the plantar flexion, Achilles tendon stress is 16.5 % lower in the bursitis model and is 38.1 % higher in the Haglund's syndrome model. The heel stress in the retrocalcaneal bursitis model is 49.6 % lower and in the Haglund's syndrome model is 9.2 % lower. In the dorsal flexion, Achilles tendon stress is 10.2 % higher in the bursitis model and more than 68.6 % higher in the Haglund's syndrome model. The heel stress in the retrocalcaneal bursitis model is 28.3 % higher and in the Haglund's syndrome model is 120.1 % higher than in the intact model. Discussion. In the plantar flexion position, the stress is lowest. This is due to a passive work of the calf muscle and increasing volume of the recess where the retrocalcaneal bursa is located. This structure evenly distributes forces from the anterior surface of the tendon to the posterosuperior heel. The retrocalcaneal bursa also reduces the tendon pressure on the contact area of the posterior surface of the calcaneus in dorsal flexion. Therefore, the retrocalcaneal bursa plays an important role in the functioning of the biomechanical system "Achilles tendon — calcaneus". The stress increasing in the Achilles tendon in pathological models indicates the relationship between retrocalcaneal bursitis, Haglund's syndrome and the development of pathological changes in the Achilles tendon. Conclusions. This study confirms the stress theory of the development of concomitant tendinopathy in patients with retrocalcaneal bursitis and Haglund's syndrome.
Keywords: computer simulation; stress-strain analysis; retrocalcaneal bursitis; Haglund's syndrome; tendinopathy
