CC BY
147
УДК 612.76:611.986:617.586-007.17./24-073 © Б.Ш. Минасов, С.П. Гутов, А.Р. Билялов, 2011
Б.Ш. Минасов2, С.П. Гутов1, А.Р. Билялов2 ОЦЕНКА СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ В НОРМЕ И ПРИ ДЕГЕНЕРАТИВНОДЕСТРУКТИВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ СТОП
1 Центральная городская больница г. Ноябрьск, Ямало-ненецкий автономный округ 2ГОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет Росздрава», г. Уфа
Оценить биомеханические особенности стояния и ходьбы у больных с деструктивно-дистрофическими заболеваниями стоп. Проанализировано 235 больных (329 стоп). На основании данных обследования оценивалась глубина поражения стоп, определялась тактика и эффективность проведенного оперативного лечения.
Анализ результатов исследования показал значительные изменения в биомеханике стояния и при ходьбе. Анализ последовательности переката через стопу показал значительные изменения при распластанности переднего отдела стопы в сочетании с вальгусной деформацией первого пальца по сравнению с нормой. Анализ результатов стабилограмм показал, что у пациентов независимо от степени деформации стоп не наблюдается достоверных отклонений от нормальных показателей.
Рассмотрен патогенез возникновения распластанности переднего отдела стопы и вальгусной деформации первого пальца стопы.
Ключевые слова: распластанность стопы, вальгусная деформация первого пальца стопы, hallux valgus, анализ походки, постурология.
B.Sh. Minasov, S.P. Gutov, A.R. Bilyalov EVALUATION OF STATIC AND DYNAMIC BIOMECHANICAL PARAMETERS OF THE LOWER EXTREMITIES IN NORMAL AND DEGENERATIVE-DESTRUCTIVE DISORDERS OF THE FEET
The purpose of the trial was to evaluate the biomechanical characteristics of standing and walking in patients with degenerative-dystrophic diseases of the feet. We examined 235 patients (329 feet). Based on examination data, the foot lesion depth was evaluated; the tactics and effectiveness of the administered surgical treatment were determined.
An analysis of the study results revealed significant changes in the biomechanics of standing and walking. Sequence analysis of rolling through the foot demonstrated significant changes in the flatness of the forefoot combined with a valgus deformity of the thumb compared to the norm. A review of stabilographic results showed the patients to have no significant deviation from normal values, regardless of the foot deformation degree.
Forefoot flatness and first toe valgus deformity pathogenesis was considered.
Key words: flatness of the foot, valgus deformity of the first toe, hallux valgus, gait analysis, posturology.
Главной адаптационной реакцией жи- В клинической практике мы исследуем
вой материи является движение. Стопа обес- свойства устойчивости тела человека, кото-
печивает функции передвижения человека на рые отражают нарушения равновесия. С точки
двух ногах, постуральную поддержку и ста- зрения механики на состояние равновесия те-
бильность [13]. Особая роль стопы состоит в ла человека влияют его вес и сила реакции
том, что, находясь в контакте с землей, она опоры, но при таком механистическом подхо-
играет двойную роль: эффектора и датчика де нельзя описать состояние устойчивого ди-
[2]. Стереотипы жизни современного челове- намического равновесия в замкнутых кинема-
ка обусловили эволюцию реакций проприоре- тических системах, к которым относится че-
цепции на одном из важнейших сегментов ловек.
скелета - стопе. Реализация этих реакций Для объективной оценки влияния де-
обеспечивает адаптацию к опорной поверхно- формаций стоп на стояние и ходьбу необхо-
сти, восприятие нагрузки всего тела, создание димы клинический анализ движений и посту-
опоры, устойчивое передвижение. При всей рологическое обследование. На сегодняшний
своей анатомической сложности стопа пред- день наиболее информативными методами
ставляет собой форму эволюционных преоб- клинического анализа движений являются
разований в процессе филогенеза как морфо- стабилометрия, гониометрия, подография и
логический компромисс между динамической функциональная миография [1]. Изучение
и статической нагрузками, прилагаемыми к биомеханики нижних конечностей в норме и
ней [7]. Тонкий механизм адаптации к удар- при деструктивно-дистрофических поражени-
ным нагрузкам индивидуален для любого ях представляется весьма перспективным.
субъекта (походка) и является наиболее уяз- Цели исследования. Оценить биомеха-
вимым при системных деструктивно- нические особенности стояния и ходьбы у
дистрофических поражениях нижних конеч- больных с деструктивно-дистрофическими
ностей. заболеваниями стоп.
Материал и методы
Клинико-статистический анализ проводился на базе клиники травматологии и ортопедии с куром ИПО БГМУ за период с 1989 по 2009 год, проанализировано 235 больных (329 стоп).
Оценка анатомического и функционального состояний стоп проводилась с использованием лучевых методов обследования, плантографии, стабилометрии, гониометрии, подографии и функциональной миографии.
На основании полученных данных оценивалась глубина поражения стоп, определялись тактика и эффективность проведенного оперативного лечения.
Результаты и обсуждение
Объективными критериями оценки функционального состояния опорной и рессорной функций стоп являются данные подо-графии. Использование этого метода позволяет определить нарушение нагрузки стопы даже в тех случаях, когда анатомические изменения клинически еще не определяются [10]. Анализ результатов исследования показал, что при распластанности переднего отдела стопы наблюдается снижение заднего толчка, связанного со снижением толчковой функции стопы и выведением из опоры I пальца стопы. Снижение нагрузки на I палец изменяет нагрузку на головку I или 11-111 плюсневых костей (рис.1). На рисунке отчетливо видно смещение нагрузки с головок первых плюсневых костей на головки II и III плюсневых костей.
00 03 05 08 |'| 14 16 1» 22 25 27 30 33 Э6 38 4.1 44 47 40 63 55 57 60с
Рис.1. Подограммы и графики интегральной нагрузки под стопами пациентки 54 лет. Диагноз: распластанность переднего отдела стоп с вальгусной деформацией первого пальца справа III степени, слева II степени.
При декомпенсированных формах рас-пластанности переднего отдела стопы снижение ее толчковой функции связано с появлением выраженных метатарзалгий, о чем можно судить по разнице в величине заднего
толчка сравнительно в двух нижних конечностях и нарушении плавности графиков интегральной нагрузки. Также определяются снижение амплитуды графиков интегральной нагрузки и увеличение длительности двухопорного периода шага по сравнению с длительностью одноопорного периода.
При II степени данной патологии, сопровождающейся болевым синдромом, эти нарушения могут быть более выраженными, чем при III степени, когда происходит фиксирование деформации.
Анализ траектории центра давления выявил закономерности смещения траектории центра давления в зависимости от степени деформации стопы. Это проявляется в неустойчивости при перекате через стопу, что связано с нарушением балансировочной функции в результате метатарзалгий («возвратный» характер траектории в области переднего отдела стопы).
При вальгусном отклонении I пальца стопы П-Ш степени снижается его опорная функция, что значительно изменяет толчковую функцию стопы. На графике траектории центра давления это выражается уменьшением длины траектории за счет ее переднего отдела, а также асимметрией между конечностями (рис. 2).
Рис. 2. Подограммы и графики интегральной нагрузки под стопами пациентки 62 лет. Диагноз: распластанность передних отделов стоп с вальгусной деформацией I пальца слева III степени, справа II степени.
Анализ последовательности переката через стопу показал значительные изменения при распластанности переднего отдела стопы в сочетании с вальгусной деформацией I пальца по сравнению с нормой.
У 57 больных мы наблюдали увеличение продолжительности фазы опоры на головки плюсневых костей. Наряду с этим мы наблюдали феномен повторной опоры на головки П-У плюсневых костей, что, наряду с изменениями траектории центра давления под стопами, свидетельствует о стремлении вывести болезненные участки стопы из нагрузки.
При компенсированных формах распла-станности переднего отдела стопы в сочетании с вальгусной деформацией I пальца давление под головкой 11-1У плюсневых костей равно давлению под I пальцем стопы или может незначительно его превышать. При суб-компенсированнх формах распластанности наблюдается значительное снижение давления под I пальцем стопы, увеличивается разница давления под головками I и П-У плюсневых костей, траектория центра давления смещается кзади. Декомпенсированная форма распластанности может проявляться значительным снижением или увеличением нагрузки на I палец, в результате чего возникает патологическая перегрузка головок П-!У плюсневых костей за счет увеличения длительности опоры и давления на эти зоны от 1,5 до 2 раз. У всех пациентов наблюдались нарушение плавности траектории центра давления
под стопами и снижение ее длины, уменьшение заднего толчка конечности и увеличение переднего толчка контрлатеральной конечности, а также увеличение продолжительности двухопорного периода шага.
Проведение стабилометрических измерений позволяет оценить положение проекции центра тяжести тела на опору, среднюю позицию и малые движения вокруг него [2], благодаря чему мы можем оценить устойчивость тела в пространстве. Анализ результатов стабилограмм показал, что у пациентов независимо от степени деформации стоп не наблюдается достоверных отклонений от нормальных показателей [5]. Возможно, это связано с закономерным завершением процессов компенсации неустойчивости тела в пространстве еще до клинических проявлений дегенеративно-деструктивных заболеваний
стоп (рис. 3).
Вес=48 Рост=164 Нижние конечности=0 Клинич.база=26 Длина стопы=23 Лодыжка-носок—18 Площ.опоры-598
-109
у' [ Xі ук ...
5и \ і . - С-И у
\
Рис. 3. Стабилограмма пациентки 58 лет. Диагноз: распластанность переднего отдела обеих стоп П-Ш степени с вальгусной деформацией первого пальца, стадия декомпенсации.
Проведенные комплексные биомеханические, электрофизиологичесие и морфологические исследования позволили нам выявить особенности и закономерности развития деформации стоп при их дегенеративнодеструктивных поражениях.
Каждый элемент стопы имеет определенную степень подвижности относительно друг друга, что позволяет стопе выполнять свои основные функции - перераспределение веса тела на опору, амортизация и адаптация к неровностям плоскости опоры. Эволюционно стопа приобрела сводчатую форму, биомеханически более оправданную, тонко реагирующую на изменение давления на каждую точку опоры и создающую целый ряд активных и пассивных направленных усилий для поддержания позы и реализации кинематического баланса [3]. Свод стопы состоит из 4 арок - внутренняя арка (I плюсневая, I внут-
ренняя клиновидная, ладьевидная, таранная и пяточная кости); наружняя арка (V плюсневая, кубовидная, пяточная кости); передняя арка (головки I - V плюсневых костей), поперечная арка (клиновидные и кубовидная кости) [7].
Вес тела через голеностопный сустав передается на задний отдел стопы и далее через блоковидную поверхность таранных костей передается на три точки опоры - пяточный бугор, головки I и V плюсневой костей. Адаптация стопы к особенностям плоскости опоры является результатом уравновешивания сил по трем сторонам треугольника (снизу - подошвенный свод, по передне-верхней стороне - сгибатели голеностопного сустава и разгибатели пальцев стопы, по задней стороне - разгибатели голеностопного сустава и сгибатели пальцев стопы).
Все суставы заднего отдела стопы представляют собой неразрывный единый суставной комплекс задней части предплюсны, который участвует в изменении ориентации и глубины сводов стопы. По образному представлению A.I. Kapandji суставную модель заднего отдела предплюсны можно рассматривать как механический «кардан». В заднем отделе предплюсны суставной комплекс представлен «гетерокинетическим» универсальным сочленением [7]. Оси этого сочленения находятся под углом друг к другу, и с учетом анатомического строения костей заднего отдела стопы движения могут быть только инверсионными и эверзионными.
Межклиновидные суставы позволяют производить небольшие вертикальные движения, изменяющие глубину поперечного свода стопы. Клиновидные кости стопы формируют «паз», в котором располагается основание II плюсневой кости, являющееся «коньком» подошвенных сводов. При сгибании стопы происходит увеличение глубины переднего свода, при разгибании стопы, наоборот, происходит уплощение свода стопы. Изменение конфигурации переднего свода стопы происходит за счет движений в предплюсно-плюсневых суставах.
Проведенная кинезиологическая поверхностная электромиография мышц голени показала функциональную недостаточность m. tibialis posterior и m. peroneus longus. В результате этого происходят опущение всего свода стопы и распластывание передней арки с последующей варизацией стопы. Впервые это было описано в работах Жильцова А.Н. (1978). Под нагрузкой происходит уплощение внутренней и поперечной арок, удерживаемых длинной малоберцовой мышцей. Подошвенная поверхность стопы полностью касается плоскости опоры [4]. В то же время пяточная кость пронирует по отношению к ее длинной оси и стремится «лечь» на внутреннюю поверхность. Эта сложная многоосевая деформация стопы смещает центр нагрузки медиально. Дуга свода уплощается в результате компенсирования пронации заднего отдела стопы отведением - супинацией переднего отдела.
Морфологические исследования тканей области I плюснефалангового сустава выявили функциональную недостаточность, являющуюся результатом дегенеративно-
дистрофических изменений m. abductor hallucis, которая крепится к большеберцовой сесамовидной кости и основанию основной фаланги I пальца (рис. 4).
Рис. 4. Прорастание гиалинового хряща в костные перегородки губчатой кости. Окраска гематоксилином и эозином, микрофото. Ок. 10, об. 40.
Основными точками приложения сил мышц, воздействующих на первый луч стопы, являются «гамачок» сесамовидных костей, капсула I плюсне-фалангового сустава и основание основной фаланги первого пальца стопы. Группа мышц-антагонистов (m. adductor hallucis caput obliquum et transversum) прикрепляется сухожильными растяжениями к медиальной поверхности основания основной фаланги первого пальца стопы, латеральной сесамовидной кости и вплетается в «гамак» сесамовидных костей. В результате мышечного дисбаланса под воздействием этих мышц происходят медиальное смещение гамака се-самовидных костей и внутренняя ротация плюсневой кости и первого пальца. В результате смещения «гамака» происходит изменение направления силового вектора мышцы m. flexor hallucis longus, сухожилие которой располагается между сесамовидными костями. Длинные и короткие сгибатели и разгибатели первого пальца стопы действуют на первый луч по его оси и играют роль «тетивы лука», увеличивая степень деформации.
Деформация первого плюснефалангово-го сустава в соответствии с законом Wolff и Davis вызывает функциональную перестройку костной ткани с образованием гипертрофического остеофита на головке I плюсневой кости [11].
Даже на ранних стадиях дегенеративнодеструктивных заболеваний стоп отмечаются выраженные изменения на клеточном, органном и системном уровнях. Распластанность переднего отдела стопы - генетически детерминированное состояние, характеризующееся дефектами волокнистых структур и основного вещества соединительной ткани, приводящее к расстройству гомеостаза в виде различных морфофункциональных нарушений локомоторных органов с прогредиентным течением.
Заключение зиологическая электромиография, позволяют
Статическая и динамическая недоста- выявить нарушения на клеточном, органном,
точность ног, сопряженная с распластанно- системном и организменном уровнях.
стью переднего отдела стоп, отражает биоме- 2. Силовой баланс на системном уровне пря-
ханический порог движений на тканевом, ор- мо отражает степень адаптации индивидуума
ганном и системном уровнях, имеющих зако- к внешней среде. В связи с этим статическая и
номерную инволютивную зависимость. Кли- динамическая недостаточность стоп не что
ническая манифестация в онтофилогенезе и иное, как изменение силового баланса на сис-
спектр осложнений (невриты, бурситы, ги- темном уровне. Лечебные подходы к коррек-
перкератозы, телеангиоэктазии и т.д.), отра- ции переднего отдела стопы важно строить на
жающих клиническую манифестацию, приво- основе доктрин, отвечающих единой концеп-
дят к локомоторным дисфункциям, нару- ции силового баланса.
шающим адаптационные возможности в рам- 3. Хирургическая коррекция должна обеспе-
ках стереотипов индивида. чить оптимизацию силового баланса на ор-
Выводы ганном и системном уровнях и энергетически
1. Эволюционная вертикализация человека выгодные условия двигательных реакций на
привела к усложнению спектра двигательных основе сохранения физиологических меха-
реакций на уровне нижних конечностей и ба- низмов. Таким образом, коррекция деформа-
ланса силовых векторов при ходьбе и пере- ции переднего отдела стопы на основе миоте-
мещении в пространстве, что сделало стопу нопластической реконструкции обеспечивает
мишенью при различных пороках движения. наиболее выгодные условия для реализации
Существующие методы оценки статической и генетически детерминированной программы
динамической функций нижних конечностей, движений конкретного человека.
такие как подография, стабилометрия, кине-
Сведения об авторах статьи:
Минасов Булат Шамильевич - д.м.н., профессор, заведующий кафедрой травматологии и ортопедии с курсом ИПО БГМУ. 450106, г. Уфа, ул. Батырская 39/2. Больница скорой медицинской помощи.
Гутов Сергей Петрович - к.м.н., заведующий отделением травматологии Центральной городской больницы г. Ноябрьск, Ямало-ненецкий автономный округ.
Билялов Азат Ринатович - к.м.н., ассистент кафедры травматологии и ортопедии с курсом ИПО БГМУ, 450106, г. Уфа, ул. Батырская 39/2. Больница скорой медицинской помощи. E-mail: [email protected].
ЛИТЕРАТУРА
1. Батышева, Т.Т. Современные технологии диагностики и реабилитации в неврологии и ортопедии / Т.Т. Батышева, Д.В. Скворцов, А.И. Труханов.-М.:Медика, 2005.-256с.
2. Гаже, П.-М. Постурология. Регуляция и нарушение равновесия тела человека / П.М. Гаже, Б. Вебер,-СПб.: Издательский дом СПбМАПО, 2008.-316с.
3. Ерецкая, М.Ф. Оперативное лечение переломов пяточной кости//Тезисы докладов итоговой научной сессии, посвященной 15-летию Казанского института травматологии и ортопедии.- Казань, 1960.-С.65-66.
4. Жильцов, А.Н. О поперечном своде стопы и hallux valgus //Ортопед. травматол.—1978.—N. 11.—С.54-57.
5. Зуев, С.Л. Нормативные стабилометрические данные для «американской» установки стоп обследуемого // Матер. VII Всерос. конф. по биомеханике / С.Л. Зуев, Д.В. Скворцов,-Н.Новгород, 24-28 мая 2004-Н.Новгород, 2004.-Т.2.-С.63-64.
6. Истомина, И.С. Оперативное лечение поперечного плоскостопия Hallux valgus / И.С. Истомина, В.И. Кузьмин, А.Н. Левин // Вестник травматол. и ортопед. им. Н.Н. Приорова. — 2000. — № 1. — С. 55-60.
7. Капанджи, А.И. Нижняя конечность. Функциональная анатомия / А.И. Капанджи, М.:Эксмо, Т.2.-2010.-352с.
8. Карданов, А.А. Оперативное лечение деформаций первого луча стопы: история и современные аспекты / А.А. Карданов, Л.Г. Макинян, М.П. Лукин.-М.:Медпрактика-М, 2008.-104с.
9. Скворцов, Д.В. Клинический анализ движений. Стабилометрия/Д.В. Скворцов.-М.: Издательство МБН, 2005.192с.
10. Скворцов, Д.В. Диагностика двигательной патологии инструментальными методами: анализ походки, стабило-метрия/Д.В. Скворцов.-М.: Издательство МБН.-640с.
11. Харклесс, Л.Б. Секреты голеностопного сустава и стопы. Foot and Ankle Secrets / Л.Б. Харклесс, К.-М. Фелдер-Джонсон, К.-М.: Бином, 2007.- 320 с.
12. Breslauer, C. Effect of proximal articular set anglecorrecting osteotomies on the hallucal sesamoid apparatus: a cadaveric and radiographic investigation/ C. Breslauer, M. Cohen // J. Foot Ankle Surg. -2001.- Vol. 40, N 6.- P. 366-373.
13. Cornu, J.Y., Garby, T., Meneses, J., Bonnans., Cardot, J.C. Proprietes visco-elastiques du pied: exploration et implication posturale. Pied, equilibre et mouvement, Villeneuve Ph.& Weber B., Masson, Paris.-2003.
