Биомеханические методы оценки функционального состояния пациентов при эндопротезировании тазобедренных суставов
14.01.19
С помощью программно-аппаратного комплекса «F-scan» американской компании Tekscan Inc. проведено сравнение количественных характеристик походки и распределения нагрузок на отделы стоп у различных групп больных до операции и после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. Через 10–15 дней после операции более высокие биомеханические показатели получены в группе пациентов с двумя тотальными эндопротезами, чем в группе с одним эндопротезом, что говорит о целесообразности оперативного лечения второго пораженного тазобедренного сустава в ранние сроки после протезирования первого.
Ключевые слова: подография, компьютерный анализ, эндопротезирование тазобедренного сустава.
Введение.
Дегенеративно-дистрофические заболевания тазобедренного сустава занимают ведущее место среди аналогичных поражений других суставов. Их характеризуют прогрессирующее течение, выраженный болевой синдром, резкое нарушение функции конечности, являющиеся наиболее частой причиной снижения трудоспособности и инвалидизации больных ортопедического профиля [1, 2, 3, 4, 5]. Чаще всего страдает самый крупный сустав – тазобедренный [6, 7]. Тяжесть дегенеративно-дистрофических заболеваний тазобедренных суставов обусловлена и тем, что у 50–80% больных поражены оба сустава. Преимущественно страдают лица от 20 до 50 лет, которые составляют более 80% больных социально активных возрастных групп. Эти изменения усиливают болевой синдром, ограничивают подвижность в соответствующих звеньях опорно-двигательной системы и вторично влияют на ухудшение биомеханики ходьбы и стояния [8, 9, 10, 11, 12, 13]. Степень нарушения ходьбы зависит не только от выраженности патологических изменений в более страдающем тазобедренном суставе, но и от состояния контрлатеральной конечности. Изменения биомеханических параметров ходьбы по мере прогрессирования коксартроза соответствуют динамике клинической оценки, при этом величина нагрузки на больную ногу снижается и становится неравномерной [14].
Цель исследования – количественная оценка характеристик походки и распределения нагрузок на отделы стоп у больных коксартрозом до и после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава.
Методы исследования
Для выработки правильной тактики лечения больных с дегенеративно-дистрофической патологией тазобедренного сустава и объективизации его эффективности необходима количественная оценка функционального состояния опорнодвигательной системы. Наиболее объективные показатели дает подография. Подография (греч. pus, podos стопа, нога + grapho писать, изображать) – метод регистрации длительности отдельных периодов шага: длительность фаз цикла – периодов опоры, переноса, двойной и одиночной опоры. Для выполнения подографии необходимы дорожка с металлическим покрытием и обувь, снабженная металлическими пластинами – электрическими контактами. Обычно используют две пластины: пяточную и носочную. Авторы используют различные устройства для подографии с применением контактных дорожек [15, 16, 17]. Современные приборы, предназначенные для регистрации временных характеристик шага, как правило, используют контактные технологии, полупроводниковые резисторы с большой площадью, стельки с сенсорными зонами толщиной 4 мм, которые можно вкладывать в обувь. В последнее время были разработаны компьютеризированные комплексы «МБНБИОМЕХАНИКА» (Россия), «F-scan» (США) и другие [18, 19, 20, 21, 22, 23], позволяющие быстро зарегистрировать и обработать большое количество параметров, характеризующих качество ходьбы. Эти методики комплексно оценивают особенности походки больных с патологией тазобедренного сустава. Для изучения пространственно-временных характеристик походки пациентов мы использовали подографию. Толчковые функции нижних конечностей оценивались при помощи программно-аппаратного комплекса «F-scan» американской компании Tekscan Inc., регистрирующего изменения давления, производимого больным при ходьбе на стельки, снабженные барорецепторами (рис. 1). Сенсорные стельки являются уникальной разработкой американской компании Tekscan Inc. При толщине всего в 0,15 мм они позволяют регистрировать приходящееся на них усилие с высокой точностью и частотой. Величина отдельного сенсора в стельке всего 5×5 мм, стельки легко режутся ножницами для придания им формы в соответствии со стопой обследуемого (рис. 2).
Рис. 1 Сенсорная стелька | Рис.2 Внешний вид исследования (из информационных материалов). |
Методика обследования
Изучение ходьбы без дополнительной опоры осуществляется следующим образом: обследуемый надевает обувь с сенсорными стельками, проходит 8–10 метров обычной походкой, соблюдая одинаковый темп. Информация о давлении различных участков стопы на стельки во время ходьбы обрабатывается с помощью компьютера по специальному алгоритму. Вычисляются периоды опоры и переноса каждой конечности, коэффициент ритмичности ходьбы (рис. 3).
Рис. 3 Распределение давления стоп на опорную поверхность при ходьбе. Графическое изо- бражение циклов шага. | Рис. 4 Исследование опорных функций различных отделов стоп. |
Для исследования опорных функций различных отделов стопы обследуемый без обуви встает на стельки в стандартной ортоградной позе (рис. 4). На дисплей транслируется наглядная графическая картина взаимодействия стопы с опорной поверхностью. Оценивается распределение производимого давления на ее различные отделы в процентах и перемещение горизонтальной проекции общего центра масс (рис. 5).
Рис. 5 Распределение давления стоп на опорную поверхность при стоянии.
При оценке опороспособности нижних конечностей обследуемый встает в удобной позе, с опорой каждой ноги на отдельные весы: ноги на ширине плеч, ступни развернуты под углом 30°, руки по швам, голова расположена прямо, взгляд направлен горизонтально (стандартная ортоградная поза). Нагружение на каждую ногу региструется с помощью весов в килограммах.
Показатели ходьбы и опорности стоп в норме.
В различных источниках литературы приводятся показатели опороспособности конечностей в норме, процентного распределения нагрузки на различные отделы стоп, расположения горизонтальной проекции центра масс [24, 25, 26], объема движения отделов позвоночника [27, 28]. Однако эти данные очень вариабельны. Поэтому для дальнейшей работы нами проведено самостоятельное изучение вышеуказанных показателей в норме с использованием стандартных методик [29]. Нами были обследованы 29 клинически здоровых человек (15 мужчин, 14 женщин), в том числе 22 сотрудника Нижегородского НИИ травматологии и ортопедии и 7 студентов Нижегородской медицинской академии. Границы возраста обследованных составили от 19 до 49 лет. Распределение нагрузки на различные отделы стоп изучалось при помощи программно-аппаратного комплекса «F-scan» (США). Пациент в стандартной ортоградной позе без обуви встает на сенсорные стельки. Производится регистрация распределения давления на различные отделы стоп во время стояния. В наших исследованиях эти параметры составили: на передний отдел – 39,6±3,1%, на задний – 60,4±3,1% от давления на всю стопу. Кроме того, изучалось расположение в норме горизонтальной проекции общего центра масс. В наших исследованиях этот параметр составил 20–80 мм кпереди от линии голеностопных суставов. Информация о давлении различных участков стопы на стельки во время ходьбы обрабатывалась с помощью компьютера по специальному алгоритму. Вычислялись периоды опоры и переноса каждой конечности, коэффициент ритмичности ходьбы (таблица 1). Как видно из таблицы, наши результаты в группе здоровых лиц в возрасте от 19 до 49 лет близки к опубликованным; зависимости этих показателей от пола и возраста мы не выявили. Результаты обработаны общепринятыми методами вариационной статистики для относительных величин с вычислением средней ошибки с помощью пакета прикладных программ Microsoft Excel. Основные результаты. Нами обследованы 49 человек с посттравматическим деформирующим артрозом тазобедренных суставов III степени (мужчин – 27, женщин – 22), которым впоследствии было выполнено эндопротезирование тазобедренного сустава.
Применялись тотальные эндопротезы тазобедренных суставов «Biomet», «Mathys», «Zimmer». Из всех больных 18 обследованы в послеоперационном периоде после одностороннего эндопротезирования тазобедренного сустава и 8 – после двустороннего эндопротезирования.
Таблица 1. Распределение нагрузки на нижние конечности, пространственно-временные характеристики ходьбы в норме
До операции все пациенты пользовались дополнительными средствами опоры (93% – трость, 7% – костыли). При стоянии нагрузка на «больную» конечность (от общего веса) составило 16,62±7,52%. При этом горизонтальная проекция центра масс «больной» конечности во всех случаях была смещена к середине или к переднему отделу стопы. Коэффициент ритмичности ходьбы был 0,58±0,02, период опоры «больной» ноги составлял 50±2,1%, период переноса – 50±1,6% (от цикла шага). Исследования после операции осуществлялись с использованием больными двух костылей. Среди больных, которым выполнено эндопротезирование, менее выраженные положительные функциональные результаты получены у больных с двусторонним коксартрозом II–III, III–III стадий, которым тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава выполнено только с одной стороны. Коэффициент ритмичности ходьбы стал 0,76±0,06, период опоры оперированной ноги составлял 55±4,1%, период переноса – 45±2,4% (от цикла шага). Нагружение оперированной конечности при стоянии возросло до 30,2±6,7% (р < 0,01). Горизонтальная проекция центра масс оперированной конечности во всех случаях была в области пятки или несколько смещена к середине стопы. Более выраженные (по сравнению с предыдущей группой) положительные функциональные результаты получены у больных с двусторонним коксартрозом или асептическим некрозом головки бедренной кости III стадии, которым было выполнено тотальное эндопротезирование второго тазобедренного сустава. Коэффициент ритмичности ходьбы стал 0,81±0,13, период опоры оперированной ноги составил 58±2,1%, период переноса – 42±1,8% (от цикла шага).
Значительно увеличилась возможность нагружения оперированной конечности – с 16,62±7,52% до 32,2±3,7% (р < 0,01), что составило 40,0±2,3% от общего веса. Горизонтальная проекция центра масс оперированной конечности во всех случаях была в области пятки. Динамика изменения этих показателей представлена в таблице 2.
Таблица 2. Рfспределение нагрузки на нижние конечности, пространственно-временные харктеристики ходьбы на 10-15-й день после эндопротезирования тазобедренного сустава
Обсуждение
Эндопротезирование больных с заболеваниями тазобедренного сустава является эффективным методом лечения, который в 96,4% наблюдений обеспечивал положительный результат. Сравнивая результаты эндопротезирования разных групп, можно отметить, что они не равнозначны. При двустороннем коксартрозе эндопротезирование одного тазобедренного сустава несомненно улучшает функциональные возможности больного: возрастает опорность (р < 0,046), нормализуется распределение нагрузок по отделам стопы оперированной конечности (снижение на передний отдел, р < 0,032, увеличение на задний, р < 0,029). Временные показатели цикла шага незначительно отличаются от таковых до операции, имеется тенденция возрастания коэффициента ритмичности ходьбы (р < 0,094). Однако вторая конечность (неоперированная) остается «больной». В данном случае вырабатывается новый сложный двигательный стереотип, и поэтому в целом функциональные результаты оперативного вмешательства выражены недостаточно. Через 10–15 дней после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава наиболее высокие биомеханические показатели получены в группе с двумя тотальными эндопротезами: существенно возрастает коэффициент опорности при стоянии (р < 0,0001), временные показатели цикла шага значительно отличаются от таковых до операции – нормализуются показатели опоры (р < 0,017) и переноса (р < 0,009), возрастает коэффициент максимальной силы толчка (р < 0,005) оперированной конечности, что говорит о целесообразности оперативного лечения второго пораженного тазобедренного сустава в ранние сроки после протезирования первого.
Литература
- Ежов Ю.И. Реконструктивно-восстановительные операции при дегенеративно-дистрофических заболеваниях тазобедренного сустава: авто
- реф. дис. ... д-ра мед. наук. М. 1989. 30 с.
- Мителева З.М. Клинико-биомеханическое обоснование хирургической профилактики и лечения диспластического коксартроза: автореф. дис. ... д-ра мед. наук. Киев. 1990. 40 с.
- Хирургическое лечение дегенеративно-дистрофических поражений тазобедренного сустава. //Н.В.Корнилов, А.В.Войтович, В.М.Машков и др. СПб.: «ЛИТО Синтез». 1997. С. 33–61.
- Куликовский Б.Т., Лиев А.А. Роль мышц тазового пояса и нижних конечностей в генезе коксартроза. //Биомеханика и новые концепции физкультурного образования и системы спортивной подготовки. Нальчик. 1999. С. 156–158.
- Cho K.J., Rah U.W. Study of the lumbar curvature with various factors of pelvis inclination. Change of radiographic lumbar curvature according to hip joint flexion. //Yonsei-Med. J. 1995. № 2. P. 153–1160.
- Дрейер А.Л. Деформирующий артроз тазобедренного сустава: автореф. дис. ... д-ра мед. наук. Л. 1971. 40 с.
- Гурьев В.Н. Двусторонний коксартроз и его оперативное лечение. Таллин: Валгус. 1975. 276 с.
- Глазырин Д.И., Мякотина Л.И. Комплексное биомеханическое исследование функционального состояния позвоночника в статике и ходьбе. //Тр. первой обл. конф. по изобретательству и рационализации в травматологии и ортопедии. Свердловск. 1973. С. 67–68.
- Дзяк А. Крестцовые боли. М.: Медицина. 1981. С. 48–71.
- Гершевич В.И. Клинико-функциональные критерии нарушения статикодинамической функции больных коксартрозом в оценке их трудоспособности: автореф. дис. ... канд. мед. наук. Л. 1989. 24 с.
- Polster J. Biomechanics of the hip joint. //Radiologe. 1990. V. 30. № 3. P. 135–140.
- Paguet N., Malouin F., Richards Cl. Hip-spine movement interaction and muscle activation patterns curing sagittal trunk movements in low back pain patients. //Spine. 1994. V. 19. № 5. P. 596–603.
- Correlation of spinal with the severity of chronic lower back pain / Kang S.W., Lee W.N., Moon J.H., Chun S.I. //Yonsei-Med.-J. 1995. V. 36. № 1. P. 37–44.
- Мицкевич В.А., Жиляев А.А. Оценка функции ходьбы у больных коксартрозом до и после операции эндопротезирования тазобедренного сустава. //VI Съезд травматологов и ортопедов России: тез. докл. Н. Новгород. 1997. 843 с.
- Янсон Х.А. Биомеханика нижней конечности человека. Рига: Зинатне. 1975. 365 с.
- Витензон А.С. Исследование биомеханических и нейрофизиологических закономерностей нормальной и патологической ходьбы человека: автореф. дис. … д-ра мед. наук. М. 1982. 35 с.
- Мителева З.М., Павленко С.И. Стабилографические исследования больных поясничным остеохондрозом с выраженным болевым синдромом. //IX съезд травматологов-ортопедов Украины: тез. докл. Запорожье. 1983. С. 123–124.
- Аграновский С.Г., Мурашко С.К. Ортопедический компьютерный комплекс с тактильными стельками на основе «электронной кожи». // Биомеханика на защите жизни и здоровья человека: I всерос. конф.-ярмарка: тез. докл. Н.Новгород. 1992. Т. 2. С. 5–6.
- Quantitative gait evaluation of hip diseases using principal component analysis./ Yamamoto S., Suto Y., Kawamura H. et al. //J. Biomech. 1983. V. 16. № 9. P. 717–726.
- Winter D.A. Biomechanics and motor control of human movement. Chichster; Toronto; Singapure: John Wiley & Sons. Inc. N.Y. 1990. 277 p.
- Podoloff R.M., Benjamin M. A pressure mapping system for gait analysis. // Sensor. May. 1991. 201 p.
- A preliminary analysis of the feited-foam dressing for the management of diabetic foot ulcerations using F-scan technologi /Guirini J., Barry D., Chrzan J. et al. //Proceedings of the III. Emed user mecting. Flagstaff. AZ. 1992. P. 119–127.
- Young C.R. The F-scan system of foot pressure analysis. //Clin. in Pediatr. Med. Surg. 1993. V. 10. № 3. P. 142–151 .
- Гурфинкель В.С., Коц Я.М., Шик М.Л. Регуляция позы человека. М.: Наука. 1965. 256 с.
- Скворцов Д.В. Клинический анализ движений. Анализ походки. М.: МБН. 1996. 344 с.
- Скворцов Д.В. Клинический анализ движений. Стабилометрия. М.: МБН. 2000. 190 с.
- Гамбурцев В.А. Гониометрия человеческого тела. М.: Медицина. 1973. 200 с.
- Маркс В.О. Ортопедическая диагностика: (руководство-справочник). Минск: Наука и техника. 1978. 510 с. 29. Рукина Н.Н. Биомеханические аспекты функционального состояния позвоночника у больных с дегенеративно-дистрофическими заболеваниями тазобедренного сустава: автореф. дис. …канд.мед.наук. М. 2002. 22 с.
-
14.01.21Универсальное программное обеспечение для обработки и анализа данных с динамометрических платформ
Быстрая и точная оценка динамометрических показателей с помощью универсального программного обеспечения
Полная версия статьи -
14.01.19Современный метод биомеханической оценки рациональности изготовления приемных гильз протезов нижних конечностей
Предлагается методика оценки приемных гильз нижних конечностей с использованием динамографических конечностей.
Полная версия статьи