CC BY
47
УДК 531/534: [57+61]
Российский Журнал
www.biomech.ru
ВЛИЯНИЕ РАЗНОВЫСОКОСТИ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ НА БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ХОДЬБЫ
В.А. Щуров, К.И. Новиков, С.О. Мурадисинов
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. акад. Г.А. Илизарова» Минздравсоцразвития РФ, Россия, 640014, Курган, ул. Марии Ульяновой, 6, e-mail: shchurovland@mail.ru
Аннотация. С целью исследования влияния разновысокости ног на биомеханические параметры ходьбы с помощью аппаратно-программного комплекса «Диаслед-Скан» обследованы группы больных с отставанием в росте одной конечности на 1-12 см до лечения (65 человек) и после уравнивания длины конечностей. Обнаружено, что у больных с отставанием в росте конечности с возрастом при ходьбе увеличивается нагрузка на стопу пораженной конечности, относительно больше повышается нагрузка на передний отдел стопы и сила заднего толчка, уменьшается площадь траектории центра давления. После уравнивания длины конечностей нормализуются временные параметры локомоций, улучшаются рессорная и балансировочная функции пораженной конечности.
Ключевые слова: биомеханика ходьбы, нарушение роста.
Введение
При оценке локомоций у больных с врожденным отставанием в росте одной из нижних конечностей выявляется ряд особенностей, связанных со снижением сократительной способности мышц на стороне поражения, с компенсацией разновысокости ног за счет перекоса таза, тенденции к эквинусной установке стопы (смещение длины покоя мышц в направлении подошвенной флексии, когда верхняя поверхность стопы перемещается дальше от кости голени) [6]. С возрастом и увеличением массы тела поддержание у больных таких параметров ходьбы, как сохранение синергии, минимального отклонения движения центра масс от равномерного и прямолинейного, сведение к минимуму энерготрат за счет параметрической оптимизации конфигурации ходьбы [1], продолжает оставаться трудноразрешимой задачей. Для анализа таких параметров требуется применение дополнительного инструментального исследования. Кроме того, существует алгоритм стабилизации ходьбы за счет квазипериодичности, оптимальной длины и частоты шага [7]. У больных собственная частота колебаний отстающей в росте конечности выше, чем контралатеральной, поэтому при ходьбе работа мышечных сил не в состоянии подстроиться к собственной частоте колебаний обеих нижних конечностей, становится менее экономичной [2-4].
© Щуров В.А., Новиков К.И., Мурадисинов С.О., 2011
Щуров Владимир Алексеевич, д.м.н., проф., главный научный сотрудник отдела физиологии, Курган Новиков Константин Игоревич, д.м.н., в.н.с., зав. ортопедо-травматологическим отделом № 13, Курган Мурадисинов Сергей Османович, к.м.н., научный сотрудник ортопедо-травматологического отдела № 13, Курган
09806267
Появившиеся в последние годы компьютеризированные комплексы позволяют не только выявлять патологические отклонения в двигательных актах, но и оценивать качество и структуру движений. К таким диагностическим установкам относится, в частности, система «Диаслед-Скан», созданная в г. Санкт-Петербурге.
Установлено, что у здоровых людей переносный период шага составляет в среднем 0,36 с, опорный период - 0,64 с, двуопорный - 0,135 с. Длительность опоры на каждую стопу равняется 24-29% от продолжительности шага [5]. При этом период переноса конечности над опорой составляет 31-41%, период переката через стопу -45-51% длительности шага [4].
Целью настоящего исследования было определение влияния разновысокости ног на биомеханические параметры ходьбы, влияния на компенсаторные процессы возрастной адаптации и оперативного уравнивания длины конечностей по методу Илизарова.
Материал и методы исследования
Обследована группа детей, подростков и взрослых больных в возрасте от 5 до 27 лет с врожденным отставанием в росте одной из нижних конечностей на 1-12 см в периоды: до лечения (65 человек), фиксации после оперативного удлинения голени по Илизарову (10 человек) и в отдаленные сроки после лечения (16 человек). В качестве контрольной обследована группа здоровых добровольцев 18-20 лет (14 человек).
Оценка статических и динамических параметров ходьбы производилась с помощью комплекса «Диаслед-Скан», содержащего системный блок, коммутатор и электронные стельки различных размеров. Обследуемые надевали специальную обувь с вложенными электронными стельками. Первое исследование выполнялось в позе «стоя». Далее регистрация параметров повторялась при ходьбе в привычном темпе. Проходимая дистанция составляла 10 метров.
Рассчитывалось давление на различные точки стопы при стоянии и при ходьбе. Во время ходьбы определялись длительность периода переката через стопу, периода переноса конечности над опорой, двуопорный период шага, время достижения пика переднего и заднего толчков, демпферного провала. Относительно массы тела определялась величина пиков переднего и заднего толчков, демпферного провала (в %). Оценивалась максимальная нагрузка (кг/см2) на различные отделы стопы, продольные и поперечные девиации шага.
Результаты исследования и их обсуждение
У больных до лечения скорость локомоций была снижена. При ходьбе в произвольном темпе длительность периода шага оказалась продолжительнее, чем у здоровых взрослых людей, в среднем на 8%. Соотношение длительности переноса конечности над опорой и переката через стопу в норме составило 64%, у больных на интактной конечности - 53%, на пораженной - 70%. Увеличение длительности опоры на интактную конечность на 11% создавало картину асимметрии или хромоты. Относительная слабость мышц голени пораженной конечности у больных вынуждала их с осторожностью осуществлять передний и задний толчки, которые снижены по сравнению с нормой на 38 и 29%. Среднее значение максимальной нагрузки на отделы стопы у больных при стоянии снижено на 20%, при ходьбе - на 33%.
Следует заметить, что временные параметры нагрузки на больную и интактную конечности существенно не различались, поскольку ритм движений здоровой конечности «подстраивался» под ритм движений пораженной. Что касается силовых параметров локомоции, то они изменялись с возрастом по мере увеличения длины и массы тела больных (таблица).
Некоторые показатели опорной функции стопы пораженной конечности у больных разного возраста (М±т)
Средний возраст, лет n Сила толчка, % Г лавный минимум нагрузки, % Нагрузка, кг/см2 Площадь траектории центра давления
переднего заднего статичес- кая динамичес- кая
5 5 17,0±6,0 14,8±3,8 9,2±2,9 0,61±0,14 0,65±0,03 26,0±12,7
9 8 26,8± 11,8 31,3±8,1 16,7±7,1 0,63±0,08 0,91±0,17 12,8±3,7
13 18 21,7±5,0 32,0±5,8 17,4±5,1 0,74±0,07 1,17±0,12 10,7±3,1
18 11 32,0±7,8 33,9±6.3 19,7±6,5 0,81±0,10 1,28±0,14 8,1±4,0
23 23 33,5±6,4 44,2±6,7 25,8±6,8 0,83±0,09 1,35±0,11 8,2±1,8
% прироста 97% 199% 180% 36% 108% -68%
Коэффициент коррелляции 0,746 0,905 0,963 0,932 0,946 -0,816
ОПятка ПСвод А Плюсна О Пальцы
Возраст, лет
Рис. 1. Возрастная динамика распределения нагрузки на отделы стопы при ходьбе
При этом с возрастом, увеличением длины конечностей и силы мышц у больных увеличивалась скорость ходьбы, относительно больше возрастала сила заднего толчка (рис. 1), высота демпферного провала, колебания центра массы тела становились менее выраженными, уменьшилась площадь девиации траектории центра давления на опорную поверхность (рис. 2).
При оценке статической и динамической нагрузки на стопу выявлено, что с увеличением разности в длине нижних конечностей эти показатели неуклонно снижались (рис. 3).
В процессе лечения больных временные параметры ходьбы увеличивались (рис. 4). После окончания лечения они приближались к значениям, характерным для здоровых людей. В ближайшие и отдаленные сроки после снятия аппарата Илизарова силовые характеристики локомоции (сила переднего и заднего толчка) оставались сниженными (рис. 5). Они возрастали на протяжении первых лет после окончания лечения, приближаясь к значениям, характерным для больных до начала лечения, но не достигали уровня обследуемых контрольной группы.
сЗ
Рн
н
X
и
я
35
30
ч 25 й>
I 5 20
Ё -СЗ К
& 5
ё «
3 03
14 о
4 С
15
10
5
0
Возраст, лет
Рис. 2. Возрастная динамика площади траектории центра давления
Рис. 3. Статическая и динамическая нагрузка на стопу пораженной конечности при разном по величине укорочении нижней конечности
Рис. 4. Длительность периодов переката через стопу и переноса пораженной конечности
в процессе лечения больных
се
Ч
и
н
3
о
о
св
сЗ
«
т
ч
О
Н
ев
Ч
К
и
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
□ Передний □ Задний
Рис. 5.
К
К
л
о
и
1)
се
Рн чО
Н о4
Здоровые До лечения Период Отдаленные
фиксации сроки Сила переднего и заднего толчка пораженной конечности в процессе лечения больных
►в
н
о
о
X
я
к
£
к
&
т
фиксации сроки Рис. 6. Вариативность траектории центра давления по длине и ширине стопы
Рис. 7. Подограмма больной 11 лет до удлинения левой голени
Рис. 8. Подограмма больной 12 лет после удлинения левой голени
Рис. 9. Подограмма здорового подростка
Показатели вариативности траектории центра давления по длине и ширине шага, отражающие рессорную и балансировочную функции стопы, в процессе фиксации удлиняемой конечности снижались и становились выше исходных значений после окончания лечения больных (рис. 6).
Следовательно, в процессе уравнивания длины конечностей происходит центрация зоны перекреста проекции центра давления на опорную поверхность при ходьбе, увеличение вариативности нагрузки на пораженную конечность как по длине, так и по ширине стопы (рис. 7, 8, 9), что отражает улучшение рессорной и балансировочной функций стопы.
Временные параметры интактной конечности у больных также снижены, поскольку интактная конечность вынуждена подстраиваться при ходьбе под ритм и структуру движений пораженной. До лечения больных максимальная статическая и динамическая нагрузка на опорную поверхность интактной стопы была относительно больше на 8 и 7%, а в отдаленные сроки после лечения, соответственно, на 16 и 12% и равнялась 0,81±0,06 и 1,33±0,10 (кг/см2).
Выводы
1. У больных с отставанием в росте конечности увеличены временные параметры ходьбы. Чем больше величина укорочения, тем меньше нагрузка на пораженную конечность как при стоянии, так и при ходьбе.
2. После уравнивания длины конечностей наблюдается восстановление временных параметров шага, силы переднего и заднего толчка на оперированной стороне, нормализация показателей рессорной и балансировочной функций стопы.
Список литературы
1. Белецкий В.В., Кирсанова Т.С., Чудинов П.С. Управление ходьбой и динамика двуногих систем // Биомеханика. - Рига, 1975. - С. 627-631.
2. Бернштейн Н.А. Исследование по биомеханике локомоций. - М.-Л.: ВИЭМ, 1935. - 244 с.
3. Витензон А.С., Петрушанская К.А., Скворцов Д.В. Руководство по применению метода искусственной коррекции ходьбы и ритмических движений посредством программируемой электростимуляции мышц. - М.: МБН, 2005. - 312 с.
4. Витензон А.С. Закономерности нормальной и патологической ходьбы человека. - М.: Зеркало-М, 1998. - 271 с.
5. Филатов В.И. Клиническая биомеханика. - М.: Медицина, 1980. - 200 с.
6. Щуров В.А. Опороспособность конечностей и функции суставов при удлинении бедра и голени // Врожденное укорочение нижних конечностей у детей / под ред. А.В. Попкова. Глава 5. - Челябинск, 2011. - С. 235-250.
7. Inman V.T., Ralston H.J., Todd F. Human walking. - Baltimore: Williams&Willkins, 1981. - 154 p.
EFFECT OF UNEVEN LEGS ON BIOMECHANICAL PARAMETERS OF WALKING
V.A. Shchurov, K.I. Novikov, S.O. Muradisinov (Kurgan, Russia)
Groups of patients with 1-12-cm growth retardation of one limb before treatment (65 subjects) and after limb length equalization have been examined in order to study the effect of leg-length discrepancy of the lower limbs on the biomechanical parameters of walking using “Diasled-Scan” hardware-and-software complex. It has been revealed that in patients with limb growth retardation the loading of the foot of the limb involved increases during walking with age, as well as both the loading of forefoot and the force of back push increase relatively more, the area of pressure centre trajectory decreases. After limb length equalization, the temporal parameters of locomotions become normalized, the spring and balancing functions of the limb involved are improved.
Key words: walking biomechanics, impaired growth.
Получено 20 сентября 2011
