Биомеханические особенности стояния и ходьбы больных сколиозом тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.08 ВАК РФ

министерство социальной защиты населения

российской федерации

центральный научно-исследовательский институт протезирования ii иротезостроепия

На правах рукописи

попова Маргарита Юрьевна

БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СТОЯНИЯ И ХОДЬБЫ БОЛЬНЫХ СКОЛИОЗОМ

Специальность 01.02.08 — биомеханика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учснон степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте травматологии н ортопедии им. Н. Н. Приорова МЗ России (Директор — член-корр., профессор 10. Г. Шапошников) .

Научные руководители:

доктор медицинских наук В. Е. БЕЛЕНЬКИЙ,

доктор технических наук, профессор Б. С. ФАРБЕР

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук А. П. ЕФИМОВ,

доктор физико-математических паук, действительный член АН В. П. ТРЕГУБОВ

Ведущая организация: Московский областной научно-пс-следовательокий клинический институт им. М. Ф. Владимирского. ^

Защита состоится г. в часов

на заседании Специализированного' совета Д 123.02.01 Центрального научно-исследовательского института протезирования п нротозостроенпя по адресу: 127486, Россия, Москва, ул. Ив. Сусанина, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «

Ученый секретарь Специализированного совета Д 123.02.01,

кандидат технических наук к И. Г. НИКИТИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Сколиоз - ояна из наиболее сложных

проблем современной ортопедии. Практический интерес к этой проблеме обусловлен не только распространенностью заболевания, но и трудностями, с которыми сталкиваются врачи при лечении больного. Бот почему разработка теоретических аспектов проблемы сколиоза и вытекающих из них практических решений является актуальной .

В литературе, особенно в диссертационных работах отечественных исследователей 60-80 годов анализируется целый ряд положении, касающихся патогенеза сколиоза (И.А.Мовшович, 1963г.г А.И.Казьмин,1974г.; Е.А.Абальмасова,198 0г.; В.Е.Беленький, 1982г.; Б.М.Ентов,1983г. и др. авторы). Эти положения сформулированы на основании клинико-рентгенолопических данных, изучения дефомации скелета, особенностей вертикальной позы и кинематики ходьбы больных сколиозом. Пристальное внимание исследователей привлекли сведения о том. что в ряду патогенетических факторов, обусловливающих развитие сколиоза на завершающем этапе, биомеханический фактор выступает на передний план.

Значимость сформулированных положении к прогностических посылок о развитии сколиоза весьма иэнны. Но большинство из высказанных положении базировалось на изучении начальных степеней сколиоза, лишь в клинических и морфологических работах содержатся сведения о развитии сколиоза при III и fV степенях болезни. Биомеханических данных, описывающих функциональное состояние опорно-двигательного аппарата у больных с резко выраженной формой сколиоза, в литературе практически нет. Поэтому сегодня вертебрологи при оценке состояния больного сколиозом и при выборе тактики хирургического лечения основываются лишь на клинических данных.

Б качестве объекта исследования нами были выбраны больные с MI, IV степенями диспластического сколиоза. Нам представлялось целесообразным проанализировать с учетом перераспределения масс тела при сколиозе особенности процессов стояния и ходьбы и при этом оценить компенсаторные реакции организма, направленные на сохранение прямостояния и прямохожденин. Важно было также, основываясь на результатах исследования больных сколиозом со спондилодэзом , больных с использованием листргктсрсрсв Казьмина .. инструментария Харрингтона, подоити с биомеханических позиции к оценке современных хирургических методов лечения сколиоза.

ЦЕПЬ РАБОТЫ: Проанализировать условия прямостояния и прямохождения больных с резко выраженным сколиозом для создания биомеханических предпосыл«?^ к их. лечению.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ:

1. Выявить, пользуясь литературными сведениями, факторы, определяющие механогенез сколиоза. <

2. Создать пакет прикладных программ для получения и анализа информации о процессах стояния и ходьбы больных сколиозом.

j. Изучить биомеханические характеристики стояния и ходьбы здоровых людей при асимметричном нагружении позвоночника.

4. Исследовать основные биомеханические характеристики стояния и ходьбы больных с Ii; и XV степенями сколиоза.

5. Разработать биомеханические предпосылки к лечению больных с резко выраженной сколиотическои деформацией позвоночника.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

Разработан и внедрен пакет прикладных программ, позволяющий оценивать функциональное состояние опорно-двигательного аппарата человека.

Впервые получены подографические, гироскопические

материалы, данные о распределении нагрузки на ноги при стоянии и ходьбе у больных сколиозом IIJ-IY степени. Выявлено, что у больных с С- образной формой деформации позвоночника имеется динамическая перегрузка ноги на стороне вершины искривления, у больных с образной формой развития заболевания асимметрии в нагружении ног не наблюдается.

Биомеханические исследования впервые позволили выявить следующие закономерности:

- реакция больного сколиозом (его опорно-двигательного аппарата) на смещение парциальных центров тяжести туловища и ответ здорового человека на асимметричное нагружение позвоночника однотипны.

- компенсаторное перераспределение масс тела у больных сколиозом, ограниченное рамками пЪзвоночника, является более благоприятным прогностическим признаком, чем уравновешивание верхней части туловища за счет массы таза и ног.

- на - конечных этапах развития С-образного сколиоза в процесс компенсации нарушения равновесия вовлекаются таз и ноги. Таким образом, С-обрезный сколиоз следует считать заболеванием всего опорно-двигательного аппарата человека.

Сформул.'-рованы биомеханические предпосылки лечении больных сколиозом. Предложены новые биомеханические приборы для лечения сколиоза. Впервые применено ортопедическое сигнальное устройство длн самокоррекции позвоночника. Разработано новое устройство - ортопедическая трость для разгрузки позвоночника.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

Лля решения вопросов, поставленных в диссертации, был разработан и внедрен пакет прикладных программ "Оценка функционального состояния опорно-двигательного аппарата человека". Б результате создания данного пакета были автоматизированы следующие биомеханические методы исследования: подография, ангулография, гиросропия, миография,метод определения нагрузки на ноги при стоянии, метод определения нагрузки на ноги при ходьбе.

Дано биомеханическое обоснование полученных материалов о процессах стояния и ходьбы у больных с резко выраженной сколиотическои деформацией позвоночника. Оценены компенсаторные реакции организма, направленные на сохранение прямостояния и прямохождения.

Доказано, что у больных III и IV степени сколиоза с С-образной формой деформации позвоночника нарушается функция нижних конечностей. Это проявляется временной асимметриеи и перегрузкой ноги на стороне выпуклости искривления позвоночника при ходьбе. Корригирующие и стабилизирующие хирургические

4 «

вмешательства на межпозвонковых дисках с использованием дистрактора Казьмина, инструментария Харрингтона не устраняют временную асимметрию и перегрузку ноги.

На основании биомеханических данных сделан вывод о целесообразности применения для лечения больных сколиозом III-IV степени ортопедической трости для разгрузки позвоночника. Предложено для практической деятельности ортопедическое сигнальное устройство, способствующее коррекции позвоночника.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАШИТУ.

1. Перераспределение масс тела является одним из ведуиих патогенетических признаков развития сколиоза.

2. Наиболее распространенная С-образная форма сколиоза является заболеванием всего опорно-дзигэтельного аппарата человека.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ПУБЛИКАЦИИ.

Пакет прикладных программ для оценки функционального состояния опосно-двигательного аппарата человека внедрен в лаборатории биомеханики и клинической физиологии цИТО.

Теоретические и практические результаты диссертационной работы использовались для разработки научно-исследовательских тем ЦИТО, связанных с изучением функционального состояния опорно- двигательного аппарата ортопедических и посттрав.мятических больных. По теме диссертации опубликовано три статьи, сделано два доклада, получено положительное ранение о выдаче патента РФ.

Ортопедическое сигнальное устройство апробировано в ПИТО и в Центре реабилитации детей с заболеваниями опорно-двигательного аппарата на базе ыколы-интерната N 25. Ортопедическая трость прошла апробация в ЦИТО. Оба устройства демонстрировались на выставке-ярмарке в Н.Новгороде в 1992 году. Оба изделия получили почетные граммоты.

ОБ'ЕН И СТРУКТУРА РАБОТЫ.

• Диссертации изложена на 160 страницах маыинописи. Состоит из введения, а глав, заключения, выводов и списка литературы, включающего ¿76 источников, в том числе ¿2 работы иностранных авторов. Иллюстрирована 3 9 рисунками, содержит 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Глава 1. Краткие анатомические и биомеханические сведения о позвоночнике здорового человека и больного сколиозом (по данным литературы).

Прнмостояние и прямохохдение человека изменили условия равновесия звеньев тела: единственной опорой для верхней части тела стал позвоночник, что ;отразилось на прочностных и кинематических свойствах его элементов - позвонков и межпозвоночных дисков.

Позвоночник вместе с грудной клеткой образует скелет торса. В передне-задней (сагиттальной) плоскости он имеет в образную форму. Позвоночник включает в себя 7 шейных, 12 грудных, 5 поясничных, 5 крестцовых и 4 копчиковых позвонков. Крестцовый и копчиковые позвонки срослись и образовали крестцовые и

копчиковые кости. Таким образом, позвоночник состоит из подвижной и неподвижной частей. Неподвижная часть, а вернее крестцовая кость входит в состав таза, который опирается на головки бедренных костей.

'Подвижная часть позвоночника - шейный, грудной и поясничный отделы представлены позвонками и хрящевыми образованиями межпозвоночными дисками.

Элементы позвонка - тело, дужка и отростки выполняют разные функции. Тело позвонка - несущая конструкция, дужка играет защитную роль, а отростки выполняют кинематическую функцию. Размеры тела позвонка тесно связаны с величинои его нагрузки: высота, сагиттальный и фронтальные диаметры тел позвонков равномерно возрастают в каудальном направлении (от головы к тазу).

дужка позвонка выполняет в основном защитную функцию, она создает костный футляр для спинного мозга. Отростки делят на остистые, поперечные и суставные. Остистые и поперечные отростки являются рычагами для мышц, окружающих позвоночник. Суставные же отростки представляют собой выступы, ограничивающие перемещение позвонков.

Диск состоит из двух хрящевых пластинок, непосредственно примыкающих к телам позвонков, фиброзного кольца и пулъпозного ядра. Фиброзное кольцо выполняет роль обоймы, удерживающей пуль-позное ядро в центре диска. Межпозвоночный диск, являясь своеобразный суставом, позволяет позвонкам перемещаться относительно друг друга. Главная функция диска заключается в амортизации нагрузок. Его ткани постоянно находятся в состоянии некоторого напряжении. Общая прочность дисков различных отделов позвоночника повышается в каудальном направлении.

Определенную роль в сохранении формы позвоночника играют его связки. Б исходном состоянии связки, соединяющие позвонки, натянуты, а • то значит, что они притормаживают даже самое небольшое взаимное перемещение позвонков. Связки позвоночника пассивные элементы. Напротив, мышцы, окружающие позвоночник, играют активную роль в сохранении равновесия тела. Они представляют собой сложное многослойное образование, которое и поддерживает выпрямленное положение позвоночника, и определяет движение его отдельных сегментов, и создает надежную базу, относительно которой выполняют свою двигательную функцию верхние конечности.

В сложном движении, которое совершает позвоночник при ходьбе, не все его отделы принимают одинаковое участие. Боковые раскачивания позвоночника происходят в основном за счет наклонов поясничных позвонков, передне-задние - преимущественно за счет угловых перемещении грудных позвонков, а ротация - за счет вращения нижнегрудных позвонков. Такое построение движении связано с анатомическими особенностями различных отделов позвоночника и подчинено решению двух основных задач - перемещению тела в пространстве и удержанию его в выпрямленном положении.

Сколиоз - боковое искривление позвоночника. Сколиотическии сегмент позвоночника характеризуется боковой деформацией позвонков и торсией (деформацией позвонков в горизонтальной плоскости). Деформация позвонков при сколиозе - это не принятое в механике изменение их формы под действием внешних сил, а результат их неравномерного роста под действием этих сил.

При прямостоянии все тело и его отдельные звенья находятся

£

в равновесии. 5 норме парциальные массы туловища сосредоточены в срединно-сагиттальной плоскости, впереди позвоночника. В этих условиях равновесие достигается благодаря равномерному напряжению симметричных паравертебральных мышц. Равнодействующая сила на каждом из уровней позвоночника проходит через пульпозное ядро межпозвоночного диска.

У больного сколиозом условия равновесия тела на уровне искривления позвоночника изменены: масса тела сосредоточена в стороне от опорной ос:-; туловиша, ее действие уравновешивается односторонним напряжением паравертебральных мышц. данное взаимодействие сил свойственно сколиозам любой этиологии, т.е. '"исходные позиции", с которых начинается сколиоз, могут быть разные (изменения, происходящие в диске; нарушения взаимоотношения звеньев тела; дисфункция мышц туловища), но картина взаимодеиствия сил на уровне деформации позвоночника одинакова, она характеризуется асимметриеи в распределении масс тела и асимметриеи в работе мышц туловища.

Многие авторы в работах, посвяшенных проблемам развития и лечения сколиоза Г И. А. Мовшович, 1953г.-, л.И.Казьмин. ¡974г.; Е.А.Абальмасова, 15айг.; В. Е.Беленькии, 156 2г. и др.;, подчеркивают следующие особенности стойки больного сколиозом:

- асимметрия контуров горизонтальных сегментов туловиша имеет место на всех уровнях туловиша больного сколиозом;

- центры масс горизонтальных сегментов туловиша располагаются между срединно-сагиттальнои плоскостью и опорной осью туловища,

- линия действия тяжести тела проходит в стороне от искривленного .участка позвоночника и практически совпадает со срединнс-сагиттальнси плоскостью.

Однако, все материалы, в которых рассматривались условия сохранения больным вертикальной позы, были получены преимущественно при обследовании больных с начальными формами сколиоза.Б итоге, считают авторы работ, процесс перераспределения масс ¡три сколиозе завершается в рамках позвоночника, и на обе ноги приходится одинаковая нагрузка.

Роль механических факторов в формировании сколиоза отчетливо осознается ортопедами и неудивительно, что консервативные и хирургические методы лечения основываются на таких принципах как разгрузка позвоночника (корсет с подголовником, инструментарии Харрингтона, ограничение времени нахождения больного в вертикальном и сидячем положении); создание систем, уменьшающих величину искривления позвоночника (расклинивающие корсеты, тренировка специальных групп мышц, дистракторы Казьмина, инструментарии Роднянского); увеличение жесткости деформированной части позвоночника хирургическими средствами (различные виды спондилодеза) и т.д.

"Механический" характер самого заболевания оправдывает и интерес механиков, • математиков и инженеров к проблеме сколиоза. Многие из них описывают свои представления о сколиозе в виде математических и механических моделей.

Б конце 60-х и на протяжении 70-х годов многие авторы предлагали различные модели позвоночника для изучения сколиотическои диформации (Б.И.йелов, 19 74 г.; Р.Рофф, 197 5 Г.; 5.Петров, Ю.Ганин, 197 4г.; А.И.Ефимов, 19 75 г.; Я.Л.Цивьян, 1977 г." . Как правило, целью перечисленных биомеханических,

механических и математических работ был расчет изгибающих и сдвигающих моментов на уровне искривления, а также определение дифференциала дуги искривления и кручения оси позвоночника.

Однако механические и математические модели сколиоза весьма упрощенно отражают взаимодействие целого ряда факторов, которые определяют деформацию позвоночника при этом заболевании. Причины понятны - нет исходных данных, нет понимания того, что при сколиозе является ведущим, а что второстепенным. Тем не менее построение модели - это попытка упорядочить наши общие знания, касаюкиеся патогенеза сколиоза. Результаты клинических исследовании ортопедов носят, как правило, описательным характер. Биомеханические данные в большей мере, чем все другие сведения позволяют представить ситуацию, в которой происходит формирование сколиоза.

Глава 2. Постановка задачи и пути ее решения.

Мы считаем целесообразным выдвинуть и в процессе работы обосновать следующие положения:

- особенности вертикальной позы больного сколиозом определяются оптимальными для организма условиями сохранения равновесия как в области искривления позвоночника, так и для всего тела в целом,

- асимметрично действующая при сколиозе масса тела является тем ведущим фактором, негативное действие которого организм постоянно стремится свести к минимуму.

Практически невозможно получить в эксперименте или при обследовании больного данные о взаимодействии массы тела и мышечных сил на каком-либо уровне позвоночника. Наиболее ценную информацию можно получить при использовании измерительных опорных платформ. Однако при начальных фермах сколиоза опорные реакции ног при стоянии и ходьбе не меняются.

Поэтому в 'качестве объекта исследования нами выбраны процессы стояния и ходьбы больных с резко выраженной деформацией позвоночника. а также кинематические и динамические характеристики стояния и ходьбы больных сколиозом, перенесших различные оперативные вмешательства на позвоночнике.

Глава 3. Биомеханические методы исследования опорно-двигательного аппарата человека, характеристика объекта исследования.

Установка для биомеханических исследований, созданная в лаборатории биомеханики и клинической физиологии ПИТО, предназначена для сбора и обработки биомеханических данных о процессах стояния и ходьбы человека. Установка позволяет регистрировать, обрабатывать и заносить в память компьютера сведения о распределении нагрузки между ногами при стоянии, временной структуре шага (подография), электрической активности мышц (электромиография), угловых параметрах звеньев тела человека (ангулография, гироскопия), величине и характере опорных реакции ног при ходьбе.

Б состав установки ёходит микро-ЭВМ "Лабтам" (Австралия), снабженная АПП, мультиплексорным входом на 6 4 канала, объемом оперативной памяти 8 96 Кбайт, вывод информации осуществляется печатающим устройством и графопостроителем. Дисплей позволяет

о

производить первичную визуальную оценку регистрируемой информации (в виде графиков, схем, числовых значении), обнаруживать артефакты. Бее результаты исследовании, а также сведения об исследуемом заносится в память и хранятся на гибких магнитных дисках.

Характеристика объекта исследования. В основу данной работы были положены результаты исследований процесса стояния и ходьбы, проведенные на 10 здоровых людях и 7 7 больных сколиозом. У всех больных, согласно заключениям ортопедов, был диспластический сколиоз с резко выраженной деформацией позвоночника-. у 2 6 больных была III степень деформации, у 4 9 больных -iY степень. Чаше всего (у 6 8 больных) встречался С-образный тип сколиоза, реже (у 9 больных)-S-образныи. Среди исследуемых было Ь0 лиц женского пола, 3 7 лиц мужского пола, их возраст колебался от 6 до 19 лет.

Глава 4. Описание пакета прикладных программ для исследования опорно-двигательного аппарата больных сколиозом.

Для врачей-ортопедов необходима следующая информация с больном сколиозе: подсграфические, миографические,

гироскопические, ангулографические данные. Задача автоматизации этих методик сводилась к оперативности получения необходимых графиков, выходнцх форм и параметров по данным методикам.

Лаборатория биомеханики и клинической физиологии предложила для оценки опорно-двигательного аппарата больного сколиозом использовать показатели, описывающие степень отличия двух опорных реакций ног. Ходьбе здорового человека свойственен одинаковый характер управления правой и левой ногой (термин "управление" применен в его механической трактовке). йелью ходьбы с точки зрения механики является перемещение в пространстве общего центра масс. Человек управляет своим движением с помощью мышц, создающих в суставах управляющие моменты. Т.к. управляющие моменты и суставах неразрывно связаны с реакциями опоры, можно по спорным реакциям оценить управление. б качестве показателей взяты •.

1. Коэффикиент ритмичности по нагружению-К.

2. Коэффициент асимметрии количества нагружения-А.

A=m1n(Sj,S2)/MAX(S,,S2),

3. Коэффициент асимметрии процесса нагружения-С. Этот коэффициент является коэффициентом корреляции между нормированными по времени кривыми абсолютных величин опорных реакции:

okf,v2*).

Разработанный в лаборатории биомеханики и клинической

физиологии пакет прикладных программ позволил автоматизировать все описанные выше методики для получения и обработки биомеханической информации о пациентах, страдающих заболеваниями опорнодвигательного аппарата, в том числе и о больных сколиозом. Пакет состоит из 1 о программ.

Глава 5. Биомеханическая характеристика процессов стояния и ходьбы здорового человека с асимметрично нагруженным позвоночником.

Прежде чем исследовать больных сколиозом, характерной особенностью которых является неравномерное распределение масс туловища, нам представлялось целесообразным выявить реакцию здорового организма на асимметричное нагружение позвоночника. Для этого мы определяли следующие показатели: нагрузку на каждую ногу при стоянии, а также регистрировали с помощью отвеса, проецировавшегося между пятками, отклонение от срединно-сагиттальной плоскости отметок остистых отростков С. , Т . позвонков и начального участка межьягодичнои складки - Мяг;середина таза). Сначала определяли указанные показатели в естественной вертикальной позе, затем к лямке, расположенной на надплечье ¡на расстоянии 10-12 см от позвоночника), спереди и сзади подвешивали одинаковый груз. Вначале суммарный груз сотавлял 4 кг, затем 8 кг, 12 кг, 16кг. Груз подвешивали сначала с правой, затем с левой стороны. Исследование проводили на 10 здоровых люднх. На некоторых из испытуемых исследования повторяли.

Анализ результатов исследования дает основание сформулировать ряд положений.

При нагружении позвоночника асимметрично расположенным грузом, достигающим 20% от массы тела, ноги испытуемого нагружаются практически одинаково, т.е. также как и у человека при непринужденном стоянии. Это значит, что общий центр масс тела человека и груза проецировался в непосредственной близости' от средней линии спорного контура.

Реакция человека на асимметрично действующий груз у разных людей разная. Одни из испытуемых принимали 5-образную стойку, характеризующуюря смешением таза от отвесной линии в ипсилатеральную сторону, а позвоночника - в контралатеральную сторону. Испытуемых, с описанной только что 5-образной стойкой, было 7 человек. Второй тип стойки мы назвали С-образной стойкой. При этом типе стойки весь позвоночник смещался в ипсилатеральную сторону (в сторону груза), а таз - в контралатеральную сторону. Каждый из испытуемых,независимо от того справа или слева находился груз, однотипно реагировал на его действие. Повторные исследования также выявляли одну и- ту же реакцию на действие груза. Сравнивая обе стойки, можно сказать, что от направлении смешения таза зависит тип стойки, принимаемой человеком.

При исследовании ходьбы эксперимент проводили без груза, затем с грузом 4; 8; 12 и 16 кг. Темп ходьбы был произвольный. Во всех исследованиях регистрировали опорные реакции ног и подограммы. Б некоторых исследованиях дополнительно записывали

х-Ипсилатеральная нога- нога, находящаяся на стороне выпуклости грудной дуги искривления, контролатеральная- находящаяся на противоположной стороне.

электрическую активность мыши туловища и ног, а также распределение давления под стопой, что позволяло находить линию ее нагружения (линия нуль моментов) в период опоры.

Из анализа данных следует, что при асимметричном нагружении позвоночника грузом до 4-6 кг, ноги нагружаются также как и при обычной ходьбе: асимметрия нагружения ног при ходьбе не превышает 4%. Однако, при большем грузе почти у всех испытуемых (у 9 из 10) наступает перегрузка ипсилатеральной ноги.

Регистрация распределения давления под стопой и определение линии ее нагружения позволили установить, что при грузе в 10-16 кг эта линия на ипсилатеральной ноге смещается к внешнему краю стопы. Это значит, что внешняя часть стопы (особенно в области ее переднего отдела) нагружается больше, чем при обычной ходьбе. Электромиографическое обследование показало увеличение электрической активности мышц перегружаемой ноги.

Оценивая ' результаты исследования здоровых людей с асимметрично действующей нагрузкой на позвоночник подчеркнем два положения.

Первое. Человек при действии асимметрично расположенного груза принимает либо S-образную, либо С- образную стоику.

Второе. При действии асимметричной нагрузки, превышающей 10-15ч от массы тела ипсилатеральная нога при ходьбе нагружается в большей степени, чем контралатеральная. Изменяются и условия нагружения ипсилатеральной ноги, возрастает стабилизирующая роль ее мышц.

Глава 6. Показатели, характеризующие стояние и ходьбу больных сколиозом.

В этом разделе работы приводится фактический материал, полученный нами при исследовании процессов стояния и ходьбы больных, которые не подвергались хирургическому лечению ( 1-ан серия исследований), и больнных сколиозом, подвергшихся оперативному лечению (2-ая серия исследовании).

1-ую серию исследований проводили на 10 вольных (с III степенью сколиоза было 6 больных, с IV - 4 больных). У всех них была С-образная форма сколиоза.

При стоянии у большинства из них (у 7 из 10) обе ноги нагружались также как и у здоровых людей. У двух больных ипсилатеральная нога заметно перегружалась, у одного больного перегружалась контралатеральная нога.

Подографические данные показывают, что у 6 из 10 больных коэффициент ритмичности ходьбы заметно снижен (уменьшено время опоры на ипсилатеральную ногу).

Результаты исследования опорных реакций ног указывают на то, что у всех больных при ходьбе имеет место перегрузка ипсилатеральной ноги.

При анализе механограмм движений позвоночника и таза было выявлено, что только у 2 исследуемых характер указанных кривых и амлитуда движении были такими же как у здоровых людей. У боль-шенства больных исчезли, характерные для нормы, противофазные движения таза и верхнегрудного отдела позвоночника.

Материалы исследования процессов стояния и ходьбы у больных сколиозом, подвергшихся оперативному лечению (2-ая серия исследований), были получены у 6 7 пациентов с III и IV степенями

диспластического сколиоза. Б зависимости от метода оперативного вмешательства все они были разделены на 4 группы: больные с задним спондилодезом (17 человек), больные с задним спондилодезом и одним дистрактором Казьмина (7 человек), больные с задним спондилодезом и двумя дистракторами Казьмина (2 J человека), больные, которым были установлены конструкции ХаринГ-тона (20 человек).

Результаты исследования: при стоянии 3 6 больных распределяют нагрузку на ноги равномерно, 2 7 больных перегружают ипсилатеральную ногу, всего 4 человека - контралатеральную. Особенно четко перегрузка ипсилатеральнои ноги при стоянии прослеживается у больных с задним спондилодезом и у больных с задним спондилодезом, дополненным двумя дистракторами Казьмина.

При ходьбе половина больных (29 человек), хромает. Боль-иенство из них (25 человек) шадят по времени ипсилатеральную ногу (длительность опоры на эту ногу сокращена, а ее переносное время увеличено). Эта закономерность особенно четко выражена у больных с задним спондилодезом и у больных с задним спондилодезом и одним дистрактором Казьмина. Всего 4 человека шадят контралатеральную ногу (все больные относится к разным группам).

У больных всех групп динамическая нагрузка на ипсилатеральную ногу увеличена по сравнению с нормой и в среднем составляет 5 7%. от массы тела. Исключение составляют й человек, относящихся к разным группам. Бее эти больные имели Q-образную форму деформации позвоночника, у всех них динамическая нагрузка на ноги находится в пределах нормы.

Для ходьбы больных всех этих групп характерно синфазное перемещение таза и позвоночника. При этом движения таза как бы "подчиняются" движениям грудного отдела позвоночника. Амплитуды угловых перем иении этих звеньев тела не одинаковы. Не смотря на артродезирование участка позвоночника и его фиксацию дистракторами к тазу в позвоночнике во всех трех плоскостях совершаются при ходьбе движения, равные в среднем «-а .

Сравнение результатов обеих серии исследовании дает основание утверждать, что при стоянии многие больные стоят как здоровые люди (нагрузка на на одну ногу составляет 50 + 6%). При ходьбе у больных сколиозом имеет место асимметрия движения ног, у больных с С- образной формой заболевания наблюдается динамическая перегрузка ипсилатеральнои ноги. При ходьбе для всех больных характерно синфазное перемещение таза и позвоночника. Различные методы хирургического вмешательства, используемые сегодня в ортопедической практике, не устраняют асимметрию в распределении масс тела, характерную для больного сколиозом III и IV степени заболевания. Основные биомеханические параметры,описывающие процессы стояния и ходьбы у неоперирован-ных и оперированных больных, одинаковы.

Глава7. Асимметричное расположение масс тела- определяющий фактор развития сколиоза.

б данной главе проанализированы биомеханические данные, характеризующие в целом прямохождение и прямостояние человека. Б качестве биомеханических показателей были приняты следующие характеристики: распределение нагрузки на ноги при стоянии,

! г

нагрузка ног при ходьбе, коэффициент ритмичности и темп ходьбы. По всем этим характеристикам все больные были разбиты по двум группам: больные с нормальными биомеханическими показателями и больные с измененными биомеханическими показателями. В свою очередь каждая из этих групп была представлена С- и в-образными сколиозами (табл.1).

Из таблицы следует, что стойка больных с резко выраженным С-образным сколиозом характеризовалась как равномерным так и неравномерным распределением нагрузки на ноги. Напротив, у больных с 5-образным сколиозом наблюдалось только равномерное распределение нагрузки на ноги.

Таблица 1.

Распределение больных с различными формами сколиоза в зависимости от биомеханических показателей.

Количество больных

с нормальными показателями с измененными показателями

С -обр.искр. й-обр.искр.С- -обр.искр, в-об.искр.

Нагрузка на ноги при стоянии (нор-ма-50±5%) 36 9 32 -

Нагрузке на ноги при ходьбе (нор-ма-Б0±2*} - 9 68

Коэффициент ритмичности ходьбы (норма-0,96±0,01) 36 7 32 2

Темп ходьбы (средний темп - 90-100 шаг/ мин.) 5 5 63 4

При ходьбе все больные с С-образным сколиозом перегружают ипсилатеральную ногу, причем половина из них сокращает время опоры на эту ногу. Б то же время все больные с 5-образным сколиозом нагружают свои ноги при ходьбе одинаково.

При определении выраженности заболевания сколиозом, имея ввиду не только степень искривления позвоночника, а в целом вовлечение в процесс болезни всего опорно-двигательного аппарата человека, следует использовать такие биомеханичские показатели, как распределение нагрузки на ноги, нагрузка ног при ходьбе, коэффициент ритмичности и темп ходьбы.

Анализ полученных данных привел нас к заключению, что существуют два варианта компенсации нарушенного при сколиозе равновесия.

Первый вариант компенсации. При стоянии больного почти все

основные характеристики вертикальной позы остаются такими же как у здоровых людей. Общий центр тяжести проецируется на среднюю линию плоиади опоры. Вертикаль,проходяшая через эту линию, совпадает с межъягодичнои складкой и распологается между пятками. Асимметрично расположены лишь грудной и поясничный отделы позвоночника: они оказываются по разные стороны от указанной вертикали. Сместившаяся в результате формирования первичного искривления масса грудной части тела полностью уравновешена . Б качестве противовеса выступает масса поясничнои части туловища, которая смещается в противоположную сторону за счет формирования вторичного искривления. Процесс

перераспределения масс ограничивается рамками позвоночника. Такой сколиоз называют компенсированным.

Второй вариант компенсации. При стоянии больного основной показатель вертикальной гюзы - положение проекции общего центра масс тела на опорной площади - остается неизмененным. Однако вертикаль, проецируемая на среднюю линию опорной площади, делит все туловище на две несимметричные части. Весь грудной участок позвоночника, а нередко и центр головы располагаются по одну сторону вертикали (на ипсилатеральнои стороне ), а поясничный отдел позвоночника и межънгодичная складка - по другую (на конт-ралатеральной стороне). При такой позе и таз, и тазобедренные суставы нагружаются неравномерно. В то же время на уровне стоп ноги испытывают одинаковую нагрузку - на это указывает локализация проекции общего центра масс. Таким образом в отличие от первого варианта компенсации,в данном случае в качестве балансира выступает не масса поясничного сегмента тела, а масса таза и ног.

На основе анализа условии сохранения равновесия тела можно делать прогностические заключения о течении заболевания, Так, у некоторых больных с !)I и IV степенями сколиоза проекция ооиего центра масс тела локализуется в той же области,что и у здоровых людей. В эту группу входят больные и с комбинированным, и с грудным сколиозом. У других больных с теми же III и IV степенями сколиоза отмечается смешение проекции общего центра масс тела в ипсилатеральную сторону,а это значит, что ноги больного нагружаются неодинаково. Эту группу составляют исключительно больные с грудным сколиозом. Компенсация по второму варианту с вовлечением в процесс всех звеньев тела может переити в конечном итоге в декомпенсированную позу (вертикальная поза больного сколиозом с перегрузкой ипсилатеральнои ноги более чем на 10Я(). из клинических признаков декомпенсированнои позы отметим значительную девиацию туловища и заметное отклонение головы, сопровождающееся вторичным искривлением шейного отдела позвоночника.

Проведенный анализ дает основание для двух выводов. Первый вывод: перераспределение масс тела, наблюдаемое при сколиозе, -суть приспособительный процесс, направленный на сохранение вертикального положения тела.

Второй вывод: компенсаторное перераспределение масс при сколиозе, захватывающее лишь область позвоночника,

прогностически нвляетсн более благоприятным вариантом, чем уравновешивание тела, главным образом за счет массы таза и ног.

Глава 6. Некоторые биомеханические аспекты лечения больных

-. А

сколиозом.

На заключительном этапе работы было сделано два важных для практики заключения.

Первое, важно в начале заболевания сколиозом научить Сольного поддерживать правильную, с точки зрения врача, вертикальную позу.

Для этой цели было создано портативное сигнальное устройство, позволяющее контролировать заданное взаимоположение частей туловища при стоянии, сидении и ходьбе человека. Прибор портативен и может использоваться в течение всего дня. Он состоит из датчика, вмонтированного в эластичные подтяжки (на стороне спины), и электронного блока со звуковым сигнализатором, располагаемого в кармане одежды. В зависимости от характера деформации позвоночника датчик размешают либо вдоль задней средней линии туловища (в грудной или поясной области), либо сбоку, вдоль средней подмышечной линии.

При нарушении заданного взаимоположения частей туловища возникает мелодичным звуковой сигнал, исчезающий при возвращении пациента в исходную позу. Предусмотрена задержка появления сигнала, поэтому кратковременные изменения позы (при бытовых и рабочих движениях) не вызывают срабатывания сигнализатора.

Изготовленные образцы устройства прошли апробацию. Ее проводили в ПИТО и в Центре реабилитации детей с заболеваниями опорно-двигательного аппарата на базе школы-интерната м ¿5. Все отобранные для исследования пациенты имели начальные формы (1 и у. степени) грудного и грудопоясничного сколиоза. Устройство позволило врачам отслеживать динамику восстановительного лечения, например, эффективность лечебной гимнастики. Апробация устройства прошла успешно и показала целесообразность применения его в ортопедической практике,

Второе. Необходима разгрузка ипеилатеральной ноги, наблюдаемая при ходьбе больных сколиозом >11 и 1У степени. Для этого была разработана и создана трость, которая состоит из рукоятки и двух телескопически связанных трубок, позволяющих осуществлять регулировку длины трости. Она содержит электронное устройство, сигнализирующее об опорной нагрузке, приложенной пациентом к трости.

Электронное устройство состоит из датчика опорной нагрузки, электронного блока, динамика и аккумуляторной батареи. В верхней части трости имеется отверстие для доступа к лимбам потенциометров, с помощью которых устанавливаются нижняя и верхняя границы допустимого диапазона нагрузки.

Исследования ходьбы больных сколиозом с тростью позволили сделать ряд заключении. При одновременной опоре на ипсилатеральную ногу и на трость, находящуюся на той же стороне, уменьшается нагрузка на ногу, нормализуется распределение давления по стопе при ее перекате. То же самое заключение было сделано при одновременной опоре на ипсилатеральную ногу и на трость, находящуюся на контралатеральнои стороне. И в том, и в другом случае электрическая активность отводящих и приводящих мышц бедра в момент опоры ипсилатеральнои ноги снижается.

Использование трости значительно облегчает условия сохранения вертикального положения тела при ходьбе больного сколиозом. Ее применение следует рассматривать

( о

как профилактику дальнейших осложнений, которыми сопровождается прогрессирование сколиоза.

Трость с индикатором нагрузки может найти широкое применеие при лечении посттравматических и ортопедических больных особенно в реабилитационном периоде, когда необходим постоянный контроль за нагружением ног.

ВЫВОДЫ.

1 . Разработанный пакет прикладных программ позволяет автоматизировать получение биомеханических показателей стояния и ходьбы человека,а также оценивать функциональное состояние его опорно-двигательного аппарата.

2. Реакция больного сколиозом (его опорно-двигательного аппарата) на смещение парциальных центров масс туловища и ответ здорового человека на асимметричное нагружение позвоночника однотипны.

3. У большинства больных с UI-lV степенью сколиоза при С-образной форме деформации позвоночника стояние характеризуется перегрузкой ноги на стороне выпуклости искривления, при 5-образной деформации позвоночника ноги больного нагружаются равномерно.

4. Ходьба больных с III-TY степенью сколиоза при С- образной форме деформаций позвоночника характеризуется асимметричным нагружением ног. У больных с 5- образной формой сколиоза при любой степени заболевания ноги при ходьбе нагружаются равномерно.

5. Компенсаторное перераспределение масс, захватывающее лишь область позвоночника, является более благоприятным прогностическим признаком, чем уравновешивание тела за счет массы таза и ног.

6. Среди принципов лечения сколиоза одним из основных должен быть принцип сохранения больным рациональной (с точки зрения врача) вертикальной позы. Поэтому для лечения больных с начальными степениями сколиоза целесооюразно применять ортопедическое сигнальное устройство для самокоррекции позвоночника.

7. Для создания более благоприятных условии сохранения вертикального положения тела при ходьбе больным с резко выраженной С-образной деформацией позвоночника целесообразно применять ортопедическую трость с индикатором нагрузки.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Беленький В.Е., Попова М.Ю. Корректор осанки. //' Тезисы докладов 1 Всероссийской конференции- ярмарки Биомеханика на защите жизни и здоровья человека.- Н. Новгород, 19S2.- с.23.

2. Беленький В.Е., Попова М.Ю. Устройство для контроля за правильной осанкой. // Тезисы 3 Международной научно-практическои конференции Традиционные и нетрадиционные методы оздоровления детей.- Дубна, 1994.- с.36.

3. Беленький В.Е., Попова М.Ю. Компенсированная и декомпен-сированная вертикальная поза больного сколиозом. //' Бестник травматологии и ортопедии им. H.H. Приорова.- М., 1994,- N 1.-с. 47-5 1 .

Материалы диссертации доложены на:

1 . Всероссийской конференции-ярмарки Биомеханика на защите жизни и здоровья человекам—Нижний-Новгород, ноябрь 1 992г. /'/ Корректор осанки.

2. 3 Международной научно-практической конференции Традиционные и нетрадиционные методы оздоровления детей. г. Дубна, июль 1994г. // Устройство для контроля за правильной осанкой.