CC BY
63
УДК 617.58 - 089.28 : 612.76
СОВРЕМЕННЫЙ метод биомеханическом оценки
РАЦИОНАЛЬНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРИЕМНЫХ ГИЛЬЗ
протезов нижних конечностей
М.Г. Гусев, A.C. Малыхин , К.К. Щербина
ФГУ «Санкт-Петербургский научно-практический центр медико-социальной экспертизы, протезирования и реабилитации инвалидов им. Г.А. Альбрехта Росздрава», генеральным директор - д.м.н. профессор И.В. Шведовченко Санкт-Петербург
Предлагается методика оценки приемных гильз нижних конечностей с использованием динамографи-ческих исследований, усовершенствованная с учетом зональной резистентности мягких тканей культи к нагрузке. Предложены информативные параметры оценки (пиковое давление, площадь контакта, суммарная нагрузка) и их оптимальный коридор значений, при которых не возникает дискомфорта при пользовании протезами.
The improved technique of an estimation of the lower extremities prosthetic sockets using dinamographic researches are described. Informative parameters of sockets estimation (the peak pressure,the area of contact and the total force) and its optimum corridor of value which doesn’t produce discomfort on application of prostheses are offered.
Введение
Соблюдение принципов функционального протезирования предполагает, в первую очередь, обеспечение рациональной подгонки приемной гильзы протеза как основного связующего звена данной системы [1, 3, 8].
Основными показателями подгонки приемной гильзы являются степень соответствия ее внутреннего объема объемным параметрам культи и отсутствие локальных перегрузок в отдельных областях. Ключевой параметр - это характер распределения давления в приемной гильзе [4]. В настоящее время в технологии протезирования голени и бедра происходит переход от принципа максимальной нагрузки отдельных участков культи, способных ее переносить, к принципу так называемой «гидростатической полноконтактной нагрузки», при которой давление по поверхности культи при ходьбе распределяется примерно однородно [6]. Этот принцип реализуется в протезах голени и бедра с силиконовыми чехлами.
Существуют две принципиально разные методики измерения давления по расположению тен-зометрических датчиков: они располагаются либо в приемной гильзе непосредственно между кожными покровами и стенкой приемной гильзы, либо монтируются в стенку приемной гильзы. Каждая
из методик имеет свои преимущества и недостатки, однако чаще всего применяется внутригиль-зовое расположение сенсоров. По данным литературы, результаты исследований очень вариабельны: усредненное давление на кожные покровы культи колеблется от 220 до 400 г/см2 [5, 7]. В то же время современные исследования показывают, что при ходьбе давление на отдельные области культи голени и бедра может составлять от 800 до 2600 г/см2, а в случае вычленения в тазобедренном суставе в области седалищного бугра доходить до 3000-4000 г / см2 без возникновения дискомфорта [2]. Такой разброс данных можно объяснить разнообразием конструкций исследуемых протезов и схем их построения, различием применяемых методик и условий их проведения, анатомическими и функциональными различиями культей, типом походки и весом инвалида.
С учетом этого нам представляется целесообразным выполнить разделение культи по степени резистентности к нагрузке с выделением следующих зон: с высокой резистентностью, с ограниченной и не резистентных к нагрузке.
Цель исследования - усовершенствование методики оценки распределения давления в приемных гильзах протезов нижних конечностей.
Материал и методы
За период 2004 - 2006 гг. в ФГУ «СПбНЦЭР им. Альбрехта Росздрава» были выполнены тен-зометрические исследования в приемных гильзах протеза у 105 инвалидов с культями нижних конечностей: 47 (45 %) человек с культями голени, 32 (31%) - с культями бедра, 14 (13%) -с двухсторонними ампутациями на различных уровнях, 12 (11%) - с вычленением в тазобедренном суставе. Протезами голени с силиконовыми чехлами различных типов пользовались 23 (23%) пациента. Средний возраст инвалидов составил 37 лет.
Обследования проводились на программно-аппаратном комплексе «F-Scan» (Tekscan Inc., США) с датчиками тонкопленочного типа. Общая площадь покрытия одним сенсором составляла до 15,5 см2, плотность датчиков давления резистивного типа -до 9810 штук. Благодаря малой толщине датчики не влияли на естественное взаимодействие культи с протезом и не создавали дефицита пространства в приемной гильзе. Для лучшего контакта с поверхностью культи датчики разрезались на 5 продольных фрагментов. При анализе исходными данными являлись эпюра и графическая карта распределения давления по сенсору, показатели пикового и суммарного давления, а также данные об изменении площади контакта кожных покровов культи и сенсора.
Размещение измерительных датчиков (отмечены цифрами 1, 2, 3) производилось с учетом расположения нагрузочных зон для каждого вида культи конечности (табл. 1).
На культе голени сенсоры располагались непосредственно на коже и фиксировались скотчем. У пациентов с культями бедра и после вычленения в тазобедренном суставе датчики размещались на стенках приемной гильзы протеза. Регистрация данных на программно-аппаратном комплексе проводилась в два этапа. На первом этапе измерение распределения давления осуществлялось в положении стоя в течение 10 секунд в удобной для испытуемого позе, на втором - при ходьбе в среднем и быстром темпе в течение 10 секунд. Если приемные гильзы нуждались в подгонке, для регистрации полученных изменений обследование проводилось повторно. Показатели болевого порога давления анализировались по субъективным ощущениям испытуемых.
Результаты и обсуждение
Изучение топокарт распределения давления показало, что выраженность давления в пределах зон, одинаковых по резистентности к нагрузке, зависела от длины культи (табл. 2). В случаях коротких культей голени давление на высокорезистентные зоны превышало таковое при
длинных культях в среднем на 200 г/см2. Наиболее низкие показатели рабочего давления (800 ± 200 г/см2) зарегистрированы в случаях длинных и средних культей бедра, что связано со значительными объемными их размерами. Давление в области седалищного бугра при использовании протезов на вычленение в тазобедренном суставе (ВТБС) зависело от типа культи и составляло до 3400г / см2 при тотальном вычленении и до 2900 г / см2 при чрезмерно коротких культях бедра. Показатели давления в зонах с ограниченной резистентностью к нагрузке зависели от типа культи, однако колебались в узком диапазоне от 500 до 700г/см2. В зонах, не способных переносить давление, коридор колебаний показателей еще более сужался - до 300 ± 100 г/см2. При использовании силиконовых чехлов проявлялась их роль как распределенного демпфера в сочетании с эффектом гидростатической полноконтактной нагрузки. Таким образом, показатели давления зон с ограниченной резистентностью к нагрузке и областей, не способных ее переносить, выравнивались, формируя обширную зону рабочего давления с показателями не более 350 ± 100 г/см2.
В результате неправильного формования приемных гильз превышались показатели рабочего давления при ходьбе, что вызывало дискомфорт у инвалидов в виде чувства трения, онемения, покалывания или сдавливания культи. В зонах культей голени с высокой резистентностью к нагрузке болевой порог при ходьбе на 100 метров составил 2100 г/см2 (превышение на 25 %), в зонах с ограниченной резистентностью - 1200 г/см2 (превышение на 100 %), а в областях, неспособных переносить нагрузку, - 600 г/см2 (превышение - 85 %). Болевой порог для культей бедра и после вычленения в тазобедренном суставе в процентном соотношении находился в том же диапазоне (табл. 3).
Выраженность и стабильность площади контакта зависела от фазы шага. В фазе переноса протеза голени и бедра в областях, резистентных к нагрузке, наблюдалось плавное уменьшение контакта в среднем на 40 - 60 % без резких колебаний. Это было связано с естественной кинетикой протеза в фазу переноса и рассматривалось нами как показатель степени фиксации протеза на культе. При плохом качестве подгонки уменьшение зоны контакта достигало больших величин (70 - 100 %), что свидетельствовало о наличии поршневых движений культи в полости приемной гильзы. При использовании гильз бедра с посадкой на седалищный бугор и полукорсетов классического типа в области седалищного бугра в фазе переноса площадь контакта снижалась вплоть до полной потери соприкосновения кожных покровов со стенка-
Таблица 1
Расположение зон давления в зависимости от вида культи
сі
£В 5
Расположение зон давления
Зоны
с высокой резистентностью к нагрузке
с ограниченной резистентностью к нагрузке
не резистентные к нагрузке
Область собственной связки надколенника, переднемедиальная поверхность большеберцовой кости
Надколенник, мыщелки бедренной кости, опил большеберцовой кости, торцевая поверхность культи
Г ребень
большеберцовой кости, опил и головка малоберцовой кости
о
р
де
ш
Мягкие ткани культи бедра в области диафиза, область седалищного бугра
Мягкие ткани культи бедра в области торца культи
Поверхность большого вертела бедренной кости, область костного опила,
мягкие ткани паховой области в проекции восходящей ветви седалищной кости
ед
б
о
Область седалищного бугра, контуры крыла подвздошной кости
Мягкие ткани культи, восходящая ветвь седалищной кости
Передняя ость крыла подвздошной кости
Таблица 2
Зависимость рабочего давления в пределах нагрузочных зон от длины культи
Зоны
Тип культи с высокой резистентностью к нагрузке с ограниченной резистентностью к нагрузке не резистентные к нагрузке
Культи голени
в нижней трети 1400 + 250 г/см2 500 + 200 г/см2 300 + 100 г/см2
в средней трети 1500 + 250 г/см2 600 + 200 г/см2 300 + 100 г/см2
в верхней трети 1600 + 250 г/см2 700 + 200 г/см2 300 + 100 г/см2
Культи бедра
длинная 800 + 200 г/см2 500 + 200 г/см 300 + 100 г/см
короткая 2200 + 200 г/см2 2600 + 200 г/см2 2300 + 100 г/см2
Культя после ВТБС 3400 + 500 г/см2 1000 + 200 г/см2 500 + 200 г/см2
Культя голени с силиконовым чехлом 1500 + 250 г/см2 350 + 200 г/см2 350 + 100 г/см2
Таблица 3
Предельное рабочее давление в области нагрузочных зон в зависимости от типа культи
Зоны
Тип культи с высокой резистентностью к нагрузке с ограниченной резистентностью к нагрузке не резистентные к нагрузке
Культя голени 2100 + 200 г/см2 1200 + 200 г/ см2 600 + 100 г/см2
Культя бедра 1800 + 200 г/см2 1200 + 200 г/см2 600 + 100 г/см2
Культя после ВТБС 4500 + 500 г/см2 1600 + .200 г/см2 600 + 200 г/см2
ми культеприемника. В момент пяточного толчка протезированной конечностью наблюдалось активное увеличение площади контакта за счет более плотной посадки в областях, способных переносить нагрузку. В целом при адекватном построении приемных гильз график изменения площади контакта имел четкую плавную структуру без резких колебаний значений.
В случае нарушения построения переднезадних и боковых размеров гильзы и формовки областей контакта с опороспособными зонами культи наблюдалось деформация графиков площади контакта. При этом регистрировались хаотические изменения плавности их структуры с формированием многочисленных пиков и провалов, свидетельствующих о наличии нестабильности положения культи в фазе опоры и поршнеобразных движений. Раннее возникновение опорного плато отмечалось при вхождении в контакт с дном приемной гильзы торца культи. Показатели пикового давления максимально нарастали в фазе опоры, при этом разброс показателей в пределах одной зоны при отсутствии дискомфорта у инвалидов составлял не более 10 - 20 %. В областях,
частично резистентных к нагрузке, пиковое давление также нарастало в фазе опоры, но при этом составляло не более 30 - 40 % от показателей зон, резистентных к нагрузке. В зонах, неспособных к восприятию давления, оптимальным считали давление, соответствующее значениям, регистрируемым в статике, но при условии, что его изменение во времени минимально.
В зонах, высоко резистентных к нагрузкам, на пике давления в большинстве случаев регистрировались провалы, свидетельствующие об адекватном функционировании культи в приемной гильзе и связанные с перепрофилированием давления в момент переноса контралатеральной конечности. В случаях чрезмерной заужен-ности посадочных областей график пикового давления характеризовался наличием «зубчатой» структуры в фазе переката через протез, что также приводило к дискомфорту. Нарушение формирования переднезадних размеров культепри-емника проявлялось всплесками давления в фазу переноса протеза в результате контакта торца культи с передней стенкой гильзы.
Показатель суммарной нагрузки рассматривался нами как интегральный параметр, указывающий на степень использования протеза в качестве опоры в различные фазы шага. В момент опоры на протез, как правило, определялись максимальные значения суммарной нагрузки в виде одного плавного экстремума с последующим резким снижением нагрузки при переходе в фазу переноса. Появление дополнительных всплесков нагрузки в момент фазы переноса на фоне резкого провала давления после заднего толчка свидетельствовало о патологических поршнеобразных движениях культи.
Таким образом, давление в одинаковых зонах культи зависит от ее длины в переделах сегмента нижней конечности. Более короткие культи имеют меньшую общую площадь кожных покровов, в связи с чем повышается суммарная нагрузка на единицу площади. Обычно при коротких культях голени давление в среднем на 100 - 200 г/см2 больше, чем при более дистальных ампутационных дефектах. Поэтому необходимо наиболее тщательно подгонять приемные гильзы в области резистентных зон для наиболее полной разгрузки проблемных участков.
Важным параметром оценки является равномерность распределения нагрузки в одинаковых зонах культи. Вариабельность показателей давления в пределах одной зоны в пределах 10 - 15 % может считаться допустимой и не требует коррекции. При превышении этих показателей инвалиды ощущают дискомфорт при ходьбе, что приводит к уменьшению продолжительности пользования протезом. У инвалидов с ампутациями нижних конечностей в результате облитерирующих заболеваний и сахарного диабета вариабельность давления должна быть еще меньше. Это связано со снижением кожной чувствительности, а также с резким снижением трофики мягких тканей, уменьшением толщины подкожной жировой клетчатки, повышением пастозности. В этих случаях превышение давления может оказаться критическим и привести к быстрому развитию потертостей и образованию трофических язв. Средним суммарным давлением, при котором инвалидами ощущается дискомфорт, является превышение показателей рабочего давления на 25 - 30 % в зонах, способных переносить нагрузку, и на 85 - 100 % - в зонах с ограниченной резистентностью и зонах, неспособных к восприятию нагрузки.
Для областей с ограниченной резистетностью к нагрузке и не способных к ней наиболее важным фактором состоятельности гильзы является минимальное изменение площади контакта в процессе ходьбы. Выраженное изменение зоны контакта свидетельствует о трении культи и стенок приемной гильзы протеза, что является нега-
тивным фактором. Появление зоны контакта только лишь при ходьбе и отсутствие ее в статике свидетельствует о грубых нарушениях построения полости приемной гильзы.
Площадь контакта характеризует степень участия в опоре изучаемой области культи со стенками приемной гильзы. Благоприятным условием для любой области культи является обширная зона контакта в фазе опоры, что свидетельствует о равномерном распределении давления. Снижение площади контакта указывает на наличие пустот в приемной гильзе и приводит к повышению уровня локальных пиковых нагрузок. Показателем оптимальной подгонки гильзы можно считать плавно ускоряющееся увеличение площади контакта в фазе опоры с возникновением стабильного опорного плато. В процессе переноса должно наблюдаться плавное снижение параметра в среднем на 40 - 60 % от показателей фазы опоры без резких всплесков и провалов. Наличие резких колебаний площади контакта в начальной фазе опоры с возникновением раннего опорного плато часто вызвано вхождением в контакт с гильзой торца культи или ее боковых поверхностей (боковая нестабильность) и указывает на необходимость доработки приемной гильзы. Образование всплесков в момент фазы переноса связано с контактом передней поверхности культи в дистальных областях гильзы из-за нарушения переднезадних размеров культеприемника.
Оптимальным можно считать пиковое давление, максимально нарастающее в зонах, способных переносить нагрузку, при условии достаточной площади контакта в момент формирования экстремума нагрузки в фазе опоры. Разброс показателей в различных областях должен составлять не более 10 - 15 %. Следует считать допустимым нарастание в фазе опоры показателей пикового давления в областях частичной опороспособности, но не более чем на 30 - 40 % от показателей зон, способных переносить нагрузку. Разброс в различных областях должен составлять не более 10%. В областях, не способных переносить нагрузку, оптимальным является константное давление в пределах значений, регистрируемых в статике.
Заключение
Таким образом, предложенная методика дает возможность адекватно оценить соответствие внутреннего объема приемной гильзы объемным параметрам культи, провести сравнительный анализ распределения давления в приемной гильзе с учетом зональной резистентности мягких тканей культи к нагрузке. Это позволяет объективно оценить степень подгонки приемной гильзы про-
тезов и добиться максимально благоприятного результата протезирования. Данная методика может успешно применяться для оценки качества изготовления приемной гильзы, прежде всего, у пациентов со сниженной чувствительностью кожных покровов культи, которые не могут адекватно оценить наличие или отсутствие дискомфорта культи при пользовании протезами.
Литература
1. Питкин, М.Р. Биомеханика построения протезов нижней конечности / М.Р. Питкин. — СПб. : Человек и здоровье», 2006. — 131 с.
2. Предварительный биомеханический анализ удобства вертикального хоккея на протезах. Сравнения скольжения и ходьбы / М.Р. Питкин [и др.] // Вестник гильдии протезистов-ортопедов. — 2003. — № 4. - С. 72-74.
3. Смирнова, Л.М. Способ и измерительно-информационная система для настройки схемы построения
протеза нижней конечности : автореф. дис. ... канд. мед. наук / Смирнова Людмила Михайловна. — СПб., 1995. - 17 с.
4. Arthur, F.T. Review of prosthetic socket biomechanics / F.T. Arthur, Zhang Ming, A. David // J. Rehab. Res. Develop. - 2001. - Vol. 38, N 2. - P. 129-132.
5. Engsberg, J.R. Quantifying interface pressure in below-knee-amputee socket / J.R. Engsberg, M.J.N Springer, J.A. Harder // J. Assoc. Child. Prosth.-Orth. Clin. -
1992. - Vol. 27, N 3. - P. 81-88.
6. Kristinsson, O. The ICEROSS concept: a discussion of a philosophy / O. Kristinsson // Prosth. Orth. Int. -
1993. - Vol. 17, N 1. - P. 49-55.
7. Meier, R.H. Stump-socket fit of below-knee prostheses: comparison of three methods of measurement / R.H. Meier, E.D. Meeks, R.M. Herman // Arch. Phys. Med. Rehabil. - 1973. - Vol. 54. - P. 553-558.
8. Van Velzen, J.M. Usability of gait analysis in the alignment of trans-tibial prostheses: A clinical study / J.M. Van Velzen, H. Houdijk, W. Polomski, C. Van Bennekom // Prosth. Orth. Int. - 2005. - Vol. 29, N
3. - P. 255-267.
