Работа рук и ног в процессе движения по вертикальной лестнице инвалидов в протезе нижних конечностей Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

э

Работа рук и ног в процессе движения по вертикальной лестнице инвалидов в протезе нижних конечностей

Ли Юйгань, Ма Хаоцзэ, Чен Ден, Ща Юи Уханьский институт физического воспитания, г. Ухань, Китай

Аннотации:

Показано влияние условий подъема и спуска на лестнице инвалидов. В исследовании приняли участие 12 инвалидов с протезами нижних конечностей правой или левой ноги. Целью работы являлось определить особые условия работы инвалидов в процессе адаптации к усложненным условиям их жизнедеятельности. В основе такого подхода лежит изучение биомеханических характеристик движений инвалидов в специальных условиях. Для этого в стандартных условиях на специальной лестнице определили особенности работы нижних и верхних конечностей. Показано, что здоровые люди и инвалиды в специальных протезах взбираются на лестницу под разными углами. Исследованы факторы, которые влияют на эффективность движения инвалидов по лестнице. К ним относят угол наклона, компенсаторное усилие рук и способность поддерживать равновесие во время движения. Приведенные исследования являются содержательной основой для решения проблемы улучшения движения инвалидов в усложненных условиях.

Ключевые слова:

протез, стопа, подъем, лестница, биомеханика, функциональный, тренинг.

Ли Юйгань, Ма Хаоцзэ, Чен Ден, Ща Юи. Робота рук і ніг в процесі руху по вертикальних сходах інвалідів у протезі нижніх кінцівок. Показано вплив умов підйому і спуску на сходах інвалідів. У дослідженні взяли участь 12 інвалідів з протезами нижніх кінцівок правої чи лівої ноги. Метою роботи було визначити особливі умови роботи інвалідів в процесі адаптації до ускладнених умов їх життєдіяльності. В основі такого підходу лежить вивчення біомеханічних характеристик рухів інвалідів у спеціальних умовах. Для цього в стандартних умовах на спеціальній драбині визначили особливості роботи нижніх і верхніх кінцівок. Досліджено чинники, які впливають на ефективність руху інвалідів по сходах. До них відносять кут нахилу, компенсаторне зусилля рук і здатність підтримувати рівновагу під час руху. Наведені дослідження є змістовною основою для рішення проблеми поліпшення руху інвалідів в ускладнених умовах.

протез, стопа, підйом, сходи, біомеханіка, функціональний, тренінг.

Li Yugang, Ma Haozhe, Chen Jian, Xia Yu. Work hands and feet in motion on the vertical ladder into the prosthesis disabled lower limb. The influence of the conditions of ascent and descent on the stairs with disabilities is shown. The study involved 12 persons with lower limb prosthetic right or left foot. The purpose was to determine the specific conditions of disabled people in the process of adaptation to the complicated conditions of their life. Underlying this approach is the study of the biomechanical characteristics the movements of disabled people in special terms. The factors that influence the effectiveness of the disability movement on the stairs is shown. These include slope angle, a compensatory effort of the hands and the ability to maintain balance while moving. These studies are the basis for a meaningful solution to improve the disability movement in the complicated conditions.

prosthetic, feet, climbing, stairs, biomechanics, functional, training.

Введение.

Инвалидами называют группу людей, чьи физиологические функции, анатомическое строение, психологическое и духовное состояние не находятся в норме. Эти люди теряют способность нормальной деятельности в обычном режиме и не могут играть роль в определенной области жизни общества. Особенно это проявляется в усложненных условиях, в большей степени связанных с повышенной сложностью выполнения движений, в том числе при комбинации верхних и нижних конечностей.

Есть мнение, что протезы в определенной степени могут компенсировать различные физические недостатки человека [1]. В процессе анализа было установлено, что самый лучший протез не гарантирует восстановление рационального движения. Различия между биомеханическими параметрами здорового человека и инвалидов возрастает при увеличении сложности движения, при выполнении элементов бега, прыжков, преодолении различных видов подъемов: скалолазание, по лестнице и т.п. [5].

По мнению авторов, определение качественных и количественных характеристик движения в процессе моделирования движения инвалидов в усложненных условиях, позволит обосновать подход к решению проблемы подготовки людей с ограниченными возможностями [3].

Направлением специального анализа был выбран процесс подъема человека по лестнице. Это связано с возможностью стандартизации измерений, а также с тем, что подъем по лестнице является со© Ли Юйгань, Ма Хаоцзэ, Чен Ден, Ща Юи , 2012

циально значимым фактором обеспечения самостоятельности движения человека, во многом влияет на карьерный рост инвалидов [4]. Кроме этого учитывали, что восхождение по лестнице составляет 1-2% зарегистрированных несчастных случаев в повседневной жизни [2].

В статье проанализированы различия здоровых людей и инвалидов, которые носят протез ниже колен при подъеме по лестнице. Оценивались биомеханические параметры движения по лестнице при вытягивании ноги и усилии на перекладине лестницы. На основании анализа будут представлены рекомендации по коррекции движения и снижению качественных различий здоровых людей и инвалидов. Все это делает данное исследование актуальным.

Цель, задачи работы, материал и методы.

Целью работы являлось определить особые условия работы инвалидов в процессе адаптации к усложненным условиям их жизнедеятельности.

Методы и организация исследований. В исследовании приняли участие шесть здоровых людей (контрольная группа) и шесть инвалидов (экспериментальная группа) в возрасте от 20 до 44 лет. Инвалиды носили протезы ниже колен правой или левой ноги. Они имели возможность сгибать ногу в колене. Параметры испытуемых представлены в табл. 1.

В самом начале испытуемые выполнили несколько контрольных подъемов и спусков по лестнице.

Весь процесс работы на лестнице состоял из трех частей. Первая часть - передвижение по лестнице вверх, нахождение на вершине, спуск. Исходное положение, при котором испытуемые начинают движение:

І ПЕДАГОГІКА І та медико"біол°гічні

----- --------------- проблеми фізичного

ПСИХОЛОГІЯ

виховання і спорту

Таблица 1

Параметры испытуемых, принимавших участие в исследовании, n=12

Возраст (количество лет) Длинна тела (см) Масса тела (кг)

32,06±1,29 171,75±5.5 462,66±8,21

Таблица 2

Показатели силы ног и рук при восхождении на лестницу (%)

Группа здоровых людей Угол между сегментами лестницы Группа инвалидов Угол между сегментами лестницы

15° 3 О о 15° 3 О о

сила рук 22,9+1,7* 14,7+1.1* сила рук 46,2+0,9 29,5+1,3

сила давления ступни 116,0+4,1** 136,1+2,0** сила ступни 109,2+3.3 131,1+2,5

Примечание. * - различия показателей давления при углах 15° и 30° статистически достоверны при Р<0,05; ** - Р<0,1

тело статично, одна из ног находится на первой перекладине, одна рука держит четвертую перекладину, вторая пятую. Подъем выполняется на комфортной скорости, шаг за шагом. В конце подъема испытуемые фиксируют восьмую перекладину двумя руками, ноги находятся на четвертой и остаются в таком статическом положении одну секунду. После этого начинается спуск в обратном порядке. В экспериментальной части исследований испытуемые поднимались два раза. Первый раз подъем проводился на лестнице с углом между двумя сегментами 15°. Второй раз с углом 30°.

Это было делано с целью определения различий усилий на стопу при различных углах приложения силы. Выбор оптимального усилия позволит выбрать оптимальный угол наклона при движении инвалида вверх по лестнице. В процессе эксперимента использовались лестницы, в соответствии с национальным стандартом Китая (GB / T 17889.1-1999). Лестница представляет собой два сегмента, которые в раскрытом виде представляют собой угол величиной 15° или 30°. Высота лестницы составляла 4 м, длинна перекладины 30 см. Тензометрические датчики были установлены на 6 и 7 перекладине, где проводились измерения, и осуществлялась телеметрическая передача сигнала.

В процессе измерений использовалась следующая аппаратура: RSscan footscan insol (Бельгия) для измерения давления стопы. China HZ - 3 для измерения приложения силы рук. Оба прибора работали с частотой дискретизации 300 Гц/с

Результаты исследований.

При восхождении на лестницу, в которой угол между двумя сегментами составлял 15 ° - сила рук давления составляла 29,8±1,2 N у здоровых людей и 36,12±1,1 N у группы инвалидов (р<0,05). Давление стопы на перекладину в группе здоровых людей составляла 561,0±4,1 N, в группе инвалидов - 557,0± N (р<0,05).

При восхождении на лестницу, которой угол между двумя сегментами составил 30 ° - сила рук составляла 25,41±1,1 N у здоровых людей и 28,72±1,1 N у

инвалидов (р<0,05). Давление ног на перекладину в группе здоровых людей было 586,0±3,9 N инвалидов 574,0±4,0 N (р<0,1).

В статическом вертикальном положении (течение 1 секунды) различия показателей давления стопы были не достоверны. На лестнице, в которой угол между двумя сегментами составлял 15° - сила рук у здоровых людей составляла 15,6±1,4 N 12,9±1,3 N -инвалидов (р<0,1). Сила давления стопы - 278,3± N у здоровых людей; и 278,0± N у группы инвалидов.

В статическом положении на лестнице, в которой угол между двумя сегментами составлял 30° различия показателей были также статистически не достоверны: сила рук составляла 22,3±1,5 N у здоровых людей, 19,8±1,5 N у инвалидов. Сила давления стопы -293,1±6,1 N у здоровых людей; 287,4±5,1 N у группы инвалидов. В группе инвалидов в статическом вертикальном положении отмечено концентрация напряжения в центре стопы.

В процессе движения по лестнице вниз сила рук и давление стопы возрастает в тот момент, когда испытуемые стояли на одной ноге. На лестнице, в которой угол между двумя сегментами составлял 15° -сила рук составляла 24,15±2,0 N у здоровых людей, 32,0±1,9 N - инвалидов (р<0,05). Сила давления -611,0 N у здоровых людей, у инвалидов - 599,5±11,4 N (различия не достоверны). На лестнице, в которой угол между двумя сегментами составлял 30° - сила рук составляла 20,27±1,1 N у здоровых людей, 26,2±1,1 N (р<0,05). Сила давления стопы - 593,0±11,2 N у здоровых людей, 523,0±12,5 N (р<0,01).

Полученные различия показателей группы инвалидов и здоровых людей можно обобщить и интерпретировать на основании соотношения показателей силы рук и давления стопы относительно средних показателей зарегистрированных в статическом положении и при подъеме, в процессе наиболее сложного процесса для инвалидов. Эти данные приведены в таблице 2.

В таблице видно, что при увеличении угла между сегментами лестницы возрастает давление на

140

135 "

с о 1— о 130 -

а н

ф л 125 -

£ 120 -

115 -

110 -

105 -

100 -

э

Угол наклона 15° Угол наклона 30°

Рис. 1. Различия усилия на стопу инвалидов и здоровых людей:

- здоровые люди;

- инвалиды

стопы. При этом различия показателей здоровых людей и инвалидов при разных углах наклона лестницы существенных различий не имеют (Р<0,1). Достоверные различия показателей отмечены при оценке пиковых значений силы рук. В группе инвалидов они достоверно выше, чем у здоровых людей. Чем угол наклона меньше, тем усилие руками становится значительно больше. В наибольшей степени это проявляется при подъеме под углом наклона лестницы 15°.В этот период компенсаторная функция рук проявляется в полной степени.

Значение компенсаторного значения работы рук отчетливо просматривается при сравнении показателей подъема под углом 15° и 30°. На рисунке 1 приведены различия показателей давления на стопу инвалидов и здоровых людей. При различии показателей давления на стопу между инвалидами и здоровыми людьми при ранних углах наклона, достоверных различий показателей при одинаковых углах наклона не зарегистрировано. При этом зарегистрированы достоверные различия (р<0,05) зарегистрированы при сравнении различий усилия рук. Наиболее высокие различия (22,9+1,7 у здоровых людей и 46,2 у инвали-дов)отмечены при подъеме на лестницу с углом 15°).

Приведенные данные свидетельствуют о том, наиболее сложным движением для инвалидов является подъем по лестнице с углов 15°. Это связано с возможностью передачи большего усилия от верхних конечностей у здоровых людей и отсутствием полного чувства передачи усилия у инвалидов. Одновременно отмечена тенденция, при которой у инвалидов отмечена некоторая компенсаторная способность,

выполнять движение за счет использования большего усилия выполненного руками в процессе подъема по лестнице.

Далее проведен анализ, который показал, что компенсаторная работа руками связана с различиями центра приложения усилия во время движения по лестнице, и как следствие с сохранением равновесия. Об этом свидетельствуют данные анализа схемы давления стопы на перекладину лестницы во время подъема.

Центр тяжести ноги во время передвижения с равновесием проецируется на плоскость стопы. Область давления на стопу у здоровых людей акцентирована на наружную боковую поверхность, сзади и частично спереди. Отмечается отчетливая тенденция, при которой отсутствуют различия зоны плоскости давления стопы между правой и левой ногой, т.е. нагрузка распределяется равномерно на правую и левую ногу.

У инвалидов плоскость давления на стопе распределена равномерно по всей плоскости стопы за исключением пальцев. Это свидетельствует, что давление стопы у здоровых людей распределяется оптимально, с учетом возможности оптимизации равновесия при движении по лестнице.

У больных людей отмечены отчетливые различия плоскости давления на стопу со здоровыми людьми и между правой и левой ногой. На правую ногу усилие приходится на всю стопу, когда как на левой ноге распределяется по ее центральной части. Естественным образом различия приложения усилия и как следствие равновесия требуют компенсации работы рук.

Приведенные данные свидетельствуют, что различия эффективности передвижения инвалидов и

І ПЕДАГОГІКА І та медико"біол°гічні

*--“-----------* проблеми фізичного

виховання і спорту ____________________

здоровых людей связаны с различием угла наклона плоскости движения и равновесием тела.

Можно говорить, что если угол наклона больше, то чувство стабильности выше. Гарантией такой стабильности и завершения движения у инвалидов является сила мышц и сохранение равновесия.

Представленные данные свидетельствуют о том, что протезы не могут в полной мере обеспечить компенсацию количественных и качественных характеристик движения. Вместе с тем представленные данные указывают на некоторые причины пониженной эффективности движения и позволяют сформировать направление специального анализа, направленного на поиск дополнительных резервов человека для обеспечения его жизнедеятельности в усложненных условиях. В их основу могут быть положены высокоспециализированные комбинированные

упражнения силового и координационного характера при условии вариации угла наклона лестницы.

Выводы

1. Протезированные конечности обеспечивают возможность движения инвалидов по лестнице. Ли-

митируют движения по лестнице угол наклона, компенсаторное усилие рук и способность поддерживать равновесие во время движения.

2. Наиболее сложным движением для инвалидов является подъем по лестнице с углов 15°. При снижении угла наклона между двумя сегментами лестницы от 30° до 15° возрастает усилие, которое необходимо выполнять руками. Это связано с компенсаторной функцией рук при сохранении баланса.

3. Даны основания для проведения исследований направленных на обоснование подготовки инвалидов с протезированными нижними конечностями. Показано, что они могут быть основаны на комбинации упражнений, стимулирующих комплексные специфические силовые и координационные проявлений в процессе работы в вариативных условиях движения по лестницы. Вариативные условия движения по лестнице могут быть связаны с постепенным уменьшением угла между двумя сегментами лестницы от 30° до 15°.

ПСИХОЛОГІЯ

Литература:

1. Lu L. Special sports research review. Journals of Chengdu sports university. 2005, №2. P. 39-42.

2. Zhuo D. H. Chinese medicine of rehabilitation. BeiJing: Huaxia press. 1990. P. 462-497.

3. Pesonen J. P., Hakkinen K.K. Evaluation of safety margin against slipping in a stragight aluminum ladder. Hazard Prevention. 1988. №24. P. 6-13.

4. Fangxin. Lower prosthesis alignment and the balance of amputees. Chinese magazine of orthopaedic surgery. 2003. № 6 (11). Р. 775776.

5. Zhangren. Gait training for people who wear lower limbs prosthesis. Chinese clinical rehabilitation. 2004. №8(17). P. 3219.

Информация об авторах: Ли Юйган

[email protected] Уханьский институт физического воспитания 461 Люоу, 430079, г. Ухань КНР Ма Хаоцзэ [email protected] Уханьский институт физического воспитания 461 Люоу, 430079, г. Ухань КНР Чен Ден [email protected] Уханьский институт физического воспитания 461 Люоу, 430079, г. Ухань КНР Ща Юи [email protected] Уханьский институт физического воспитания 461 Люоу, 430079, г. Ухань КНР Поступила в редакцию 12.04.2012г.

Рекомендовано к печати: д.н.ФВиС, проф. Дьяченко А.Ю.

References:

1. Lu L. Special sports research review. Journals of Chengdu sports university. 2005, vol.2. pp. 39-42.

2. Zhuo D. H. Chinese medicine of rehabilitation. BeiJing: Huaxia press, 1990, pp. 462-497.

3. Pesonen J. P, Hakkinen K.K. Evaluation of safety margin against slipping in a stragight aluminum ladder. Hazard Prevention, 1988, vol.24, P. 6-13.

4. Fangxin. Lower prosthesis alignment and the balance of amputees.

Chinese magazine of orthopaedic surgery. 2003, vol. 6 (11), pp. 775-776.

5. Zhangren. Gait training for people who wear lower limbs prosthesis.

Chinese clinical rehabilitation. 2004, vol.8(17), pp. 3219.

Information about the authors: Li Yugang

[email protected] Wuhan Institute of Physical Education 461 Luoyu Road, 430079, Wuhan. P. R. China

Ma Haozhe [email protected] Wuhan Institute of Physical Education 461 Luoyu Road, 430079, Wuhan. P. R. China

Chen Jian [email protected] Wuhan Institute of Physical Education 461 Luoyu Road, 430079, Wuhan. P. R. China

Xia Yu [email protected] Wuhan Institute of Physical Education 461 Luoyu Road, 430079, Wuhan. P. R. China

Yugang Li

[email protected] Wuhan Institute of Physical Education 461 Luoyu Road, 430079, Wuhan. P. R. China Came to edition 12.04.2012.