Биомеханика стопы.
Период 1970-1980-х г. в отличие от настоящего времени, характеризовался значительным интересом к проблемам ортопедической биомеханики. Так еще в 1975 г. X. А. Янсоном опубликован фундаментальный труд «Биомеханика нижней конечности человека», который и по сей день не утратил своей актуальности. Большое внимание уделялось раньше изучению биомеханики движения. Исследования, как правило, проводились для обоснования остеотомии, остеосинтеза и изучения некоторых проблем эндопротезирования, в том числе до и после эндопротезнрования тазобедренного сустава.
Биомеханика - одна из самых старых ветвей биологии. У ее истоков стояли такие величайшие мыслители прошлого, как Леонардо да Винчи, Аристотель, Гален. В своих естественно - научных трудах «Части движения и перемещение животных» Аристотель заложил основу того, что в дальнейшем, спустя много лет, назовут биомеханикой.
Клиническая биомеханика является составной частью медицинских наук: ортопедии, травматологии, протезирования, реабилитологии, лечебной физкультуры, педиатрии, физиологии и многих других. Клиническая биомеханика - научное направление, в котором с позиций механики и общей теории управления с помощью специализированных методов исследования изучается двигательная активность человека в норме и патологии.
Клиническая биомеханика является одним из разделов медицинской биомеханики. Еще в 1929 г. Н.А Бернштейн в статье «Клинические пути современной биомеханики - наметили основные задачи и перспективы биомеханических исследований, в клиники показав их значимость для понимания вопросов патогенеза различных нарушений опорно-двигательного аппарата. В этом случае биомеханика остается в рамках научных исследований, которые без сомнения, вносят значительный вклад в развитие ортопедических знаний.
В нашем понимании, клиническая биомеханика должна включаться в сам процесс диагностики, выбора метода лечения и оценки полученных результатов, являясь обязательным методом обследования в повседневной клинической практике ортопедических отделений, воплощая в жизнь крылатое высказывание М.И. Опенка «Биомеханика - философия ортопедического мышления».
С целью анализа динамики стоп произведем анализ анатомических частей стопы с биомеханической точки зрения.
Стопа состоит из трех частей: предплюсна, плюсна и пальцев (рис.2).
Предплюсна, состоящая из семи костей, представляет заднюю часть стопы. В состав входят: таранная кость, пяточная кость, ладьевидная кость, три клиновидные кости, кубовидная кость.
Плюсна состоит из пяти изогнутых трубчатых костей – предплюсневых костей.
Пальцевая часть состоит их фаланг по 2 на большой палец и 3 на остальные.
Рис.2. Отделы стопы
Выделяют следующие функции стопы:
1.Опорная;
2.Аккомадационная (приспособление к неровной поверхности);
3.Рессорная (компенсация механической нагрузки);
4.Толчковая.
Биомеханика стопы всегда рассматривается с точки зрения ее опорной и рессорной функции. Стопа состоит из большого количества костей, которые образуют два свода: продольный и поперечный. Продольный свод стопы стягивается сухожилиями и мышцами, которые приподнимают внутреннюю сторону стопы. Продольная дуга имеет наружный и внутренний своды, а также срединную "грузовую" пластину. Срединная "грузовая" пластина включает пяточную, кубовидную. II и III клиновидные кости с соответствующими плюсневыми костями, которые обеспечивают основную рессорную функцию стопы и уменьшают сотрясение тела во время движения. Это придает походке уверенность и мягкость [35].
Поперечный свод стопы выполняет преимущественно опорную функцию, что в сочетании с функцией продольного свода стопы обусловливает полноценность работы всей стопы. Поперечная дуга проходит через клиновидные, кубовидную кости и головки плюсневых костей с вершиной на II и III плюсневых костях. Поперечное плоскостопие возникает тогда, когда стопа опирается на головки всех плюсневых костей, а не на первую и пятую, как в норме. При этом нарушается нормальное распределение давления массы человеческого тела на стопу, в результате возникают ее различные деформации. Стопа функционирует нормально как единый анатомо - физиологический комплекс тогда, когда нагрузка, действующая на нее, полностью уравновешивается крепкими связками и мышцами. Деформации чаще всего появляются вследствие ослабления, переутомления или перегрузки мышц и связок стопы и голени, которые обусловливают нормальный свод стопы. При деформации свода стопы постепенно утрачивается рессорная функция и амортизационная роль свода, и внутренние органы подвергаются резким толчкам при различных движениях. Снижению продольного или поперечного сводов стопы предшествуют изменения со стороны связочно - мышечного аппарата стопы, обусловленных функциональной недостаточностью. В организме происходят изменения, в результате которых рессорную функцию стопы начинает выполнять позвоночник, что приводит к изменению его формы [36]
В центре биомеханической концепции стоит положение о сводчатой структуре стопы. По Kiene R.H., Johnson K.A. нагрузка на стопу распределяется следующим образом: через тело таранной кости на пяточный бугор, ладьевидную и клиновидные кости на головки I-III плюсневых костей, образуя внутреннюю продольную дугу, через пяточную и кубовидную кости на головки IV-V плюсневых костей, образуя наружную продольную дугу. Таким образом, стопа не имеет в норме поперечного свода на уровне головок плюсневых костей. Это было подтверждено анатомическими исследованиями. [47]
Morton D.J. [51] различает две продольные оси стопы. Ось проходящая через середину пятки и промежуток между I и II плюсневыми костями – это ось силы, т. е. ось, по которой передаются основные нагрузки при ходьбе. Ось, проходящая через середину пятки и промежуток между II и III плюсневыми костями – ось равновесия или баланса, в которой происходят движения стопы при стоянии.
С точки зрения биомеханики особое положение в строении и функционировании человеческого организма занимает опорно - двигательный аппарат (ОДА). Особые биомеханические функции в ОДА выполняют стопы. Наиболее характерно это проявляется при движении. Наиболее нагружены стопы в фазах контакта (100% нагрузки воспринимается пяткой) и отталкивания (100% нагрузки несет передний свод стопы) (Pedotti). Многие авторы (Перепёлкин А.И., 2009; Root, M.L., 1977; Helal В., 1990) придерживаются мнения о том, что хроническая перегрузка стоп является одним из ведущих факторов развития недостаточности сводов. Структуры, поддерживающие свод стопы делятся на костные, связочные и мышечные. Hicks J.H. [46,52], делает вывод о наибольшей роли связок и подошвенной фасции. Подошвенная фасция является ведущим механизмом поддержания свода, она прогрессивно увеличивает модуль эластичности при увеличении нагрузки. Среди различных деформаций нижних конечностей наиболее часто встречается сочетанное плоскостопие, характеризующееся уплощением продольного и поперечного сводов стопы с поворотом вокруг продольной оси и ее отведением [1, 48, 54].