Автореферат и диссертация по медицине (14.00.22) на тему:Клинико-биомеханический анализ патологической походки посредством аппаратно-программного комплекса

МИНИСТЕРСТВО ТРУДА И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РФ

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ И ПРОТЕЗОСТРОЕНИЯ

' '' На правах рукописи

С * * А ~ и ¡..-.л

СКВОРЦОВ Дмитрий Владимирович

КЛИНИКО-БИОМЕХАНИЧЕСКИИ АНАЛИЗ ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ ПОХОДКИ ПОСРЕДСТВОМ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА

Специальность 14.00.22 - ортопедия и травматология

ДОКЛАД

на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по совокупности работ

Москва 1997

Работа выполнена кафедре травматологии-ортопедии и военно-полоевой хирургии, в отраслевой научно-исследовательской лаборатории реабилитации (заведующий кафедрой, научный руководитель лаборатории - заслуженный деятель науки РСФС, доктор медицинских наук, профессор ВИ ФтпкииЧ Ивановской государственной медицинской академии (ректор - член корр. АМН РФ, доктор медицинских наук, профессор Е.М. Бурцев), в травматологических отделениях Ивановского областного госпиталя для инвалидов Отечественной войны (начальник Е.Б. Васильев), отдел восстановительного лечения детей с детским церебральным параличом НИИ Педиатрии РАМН (руководитель профессор КА. Семенова), гродской клинической психоневрологической больницы №18 г. Москвы (главный врач K.M.H. Е.Г. Сологубов) и научно-медицинской фирмы "МБН" г. Москва (директор A.B. Пироженко).

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ

Академик Российской академии медико-технических наук, заслуженный деятель науки РФ, доктор медицинских наук, профессор, завбедующий отделом биомеханики и управления движениями A.C. Витензон

Академик Евроазиатской Академии наук, доктор медицинских наук, профессор, руководитель отдела детского церебрального паралича НИИ педиатрии РАМН, КА. Семенова

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ доктор медицинских наук, профессор ПЛ. Фищенко. кандидат медицинских наук AJVL Журавлев,

ВЕДУЩЕЕ УЧРЕЖДЕНИЕ: Российский государственный медицинский университет.

Защита диссертации состоится " ес'у-с^-^я. 1997 г.

в I часов на заседании специализированного ученого совета при Центральном научно-исследовательском институте протезирования и протезостроения, 127486, Москва, ул. Ивана Сусанина д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. ДОКЛАД РАЗОСЛАН ¿ъъ*/.^, 1997

Ученый секретарь

диссертационного совета, —.._____

кандидат медицинских наук / / И.А. Богданович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Диагностика и функциональный контроль расстройств опорно-двигательного аппарата являются актуальной проблемой в целом ряде медицинских дисциплин: травматологии, ортопедии, протезировании и неврологии. Наиболее применимым методом исследования двигательной функции сегодня остается исследование походки (Б.С. Фарбер, A.C. Витензон, И.Ш. Морейнис 1995; Журавлев A.M. с соавт., 1986; M.W. Whittle 1991; J. Perry 1992). Однако, несмотря на очевидную потребность в специальном оборудовании для регистрации и обработки данных функционального исследования двигательной функции на основе анализа походки, этот вопрос остается нерешенным до настоящего времени. Научный аспект применения различных методов регистрации параметров походки ограничен задачами исследования. В силу этого остается актуальным научно-методическое обоснование комплекса методик исследования походки для клинического применения. Это справедливо не только с точки зрения отсутствия такого оборудования, но и с точки зрения методического, системного подхода. Таким образом, для клинического анализа данных обследования походки ортопедо-травматологических больных необходимо решение вопроса концептуального подхода в контексте диагностики функциональной патологии опорно-двигательного аппарата - патологии - походки.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования является методическое обоснование и создание комплекса аппарату" ры для клинического исследования походки, разработка концепции анализа патологической походки и ее апробация на результатах исследования ходьбы различных групп ортопедо-травматологических больных.

Поставленная цель определила задачи исследования:

1. На основе теоретических исследований и практического опыта дать научное обоснование оптимального набора и состава методов исследования ходьбы и реализовать их в аппаратно-программный комплекс для клинического анализа патологической походки.

2. Получить количественные биомеханические характеристики ходьбы в норме на разработанном аппаратно-программном комплексе и провести сравнительный анализ с литературными данными.

3. Разработать концепцию анализа патологической походки на основе исследования ее биомеханических характеристик. Определить неспецифические и специфические реакции опорно-

двигательного аппарата, содержащиеся в нарушениях походки.

4. Апробировать концепцию анализа патологической походки на больных следующих групп: с последствиями переломов нижней конечности и в процессе их реабилитации, с остеохондрозом поясничного отдела позвоночника в разной степени, у больных ДЦП до и после оперативного лечения.

Материал и методы исследования. Настоящее исследование основано на обследовании 40 здоровых взрослых человек в качестве нормы на аппаратуре разных предшествующих моделей и 10 человек, обследованных с помощью разработанного аппаратно-программного комплекса.

Исследование походки проведены у 65 пациентов с последствиями закрытых внутрисуставных односторонних переломов пяточной кости в отдаленные сроки после травмы на базе кафедры травматологии-ортопедии и военно-полевой хирургии Ивановской государственной медицинской академии (г. Иваново) и Областного госпиталя инвалидов Отечественной войны в период 1985-86 и 198788 гг. Больным проводилось оперативное лечение с помощью аппарата внеочагового, чрескостного остеосинтеза, а также приставки к. аппарату для репонирования переломов со смещением наружной суставной фасетки пяточной кости (A.C. СССР №1273090 от 1.08.86.). Отдаленные исходы изучены в сроки от одного до двух лет после травмы. Использован гониометр для регистрации движений в голеностопном и подтаранном суставах (A.C. СССР №1489722 от 1.03.89.).

Исследование динамики восстановления походки проведено у 7 больных в периоде реабилитации после закрытых переломов костей голени в средней трети на базе Областного госпиталя инвалидов Отечественной войны и кафедры травматологии-ортопедии и ВПХ Ивановской Государственной медицинской академии (г. Иваново) в период 1987-88 гг. Первое исследование проводилось в начале наступания пациентом на больную ногу. Проведено 14 исследований при наблюдении больных в интервале от одного до двух месяцев.

Исследование походки больных с поясничным остеохондрозом в различных стадиях обострения проведено у 49 пациентов на базе отраслевой научно-исследователькой лаборатории реабилитации Ивановской Государственной медицинской академии (г. Иваново) в период 1989-91 гг.

Исследование больных детским церебральным параличом включает опыт обследования 28 больных (всего 41 исследование) с пато-

логией различной степени тяжести, проведенного на базе городской клинической больницы №18 (г. Москва) в период 1995-96 гг.

В работе использованы методы исследования оригинального исполнения: подография двух- и четырехконтактная на металлической дорожке с металлическими контактами на обуви и дорожке из электропроводной резины с контактами на обуви из этого же материала, а также металлическими, гониометрия одно- и двухкомпо-нентная с гониометрами на основе потенциометрических датчиков и на основе оптоэлектронных датчиков (одно- и трехкомпонентная), ихпометрия импрегнационная и электронная (путем измерения разности потенциалов электрического поля, поданного на дорожку из электропроводной резины), регистрация реакций опоры на динамометрической платформе ПД-ЗА и цифровой шестикомпонент-ной платформе оригинального исполнения, поверхностная электромиография с помощью электромиографа MG-440 и специализированного 4-х канального электромиографа оригинальной конструкции. Так же использовались динамометрическая платформа ПДЗ-А и электромиограф MG-440 (Medicor).

Регистрация данных производилась чернильно-пишущими или тепловыми самописцами типа Н338-4П, ЭЛКАР-4, двухкоординат-ным самописцем ЛКД4-003 с последующим ручным вводом и обработкой на ЭВМ типа IBM-PC/AT или прямым вводом в компьютер. Исследование параметров походки проводилось при произвольном среднем темпе ходьбы обследуемого.

. Научная новизна работы. В данной работе впервые:

1. Дано обоснование оптимального комплекта и состава методик для клинического исследования походки в ортопедо-травматологической практике.

2. Предложен функционально единый набор методик, реализованный в конкретный промышленный аппаратно-программный комплекс.

3. Доказана корректность получаемых на аппаратно-программном комплексе показателей походки.

4. Разработана концепция анализа патологической походки на основе исследования ее биомеханических характеристик.

5. Выявлены характерные симптомы патологии походки у больных в отдаленные сроки после закрытых односторонних внутрисуставных переломов пяточной кости, в восстановительном периоде после закрытых переломов костей голени и при поясничном остеохондрозе.

Практическая ценность работы. В результате выполненной работы:

• Разработан, изготовлен и внедрен в клиническую практику промышленный аппаратно-программный комплекс для анализа патологической походки, включающий методы ее исследования по временным, пространственным, кинематическим, динамическим параметрам и поверхностной ЭМГ.

• Предложена система клинической интерпретации получаемых при исследовании походки пациента биомеханических данных.

• Проведена апробация концепции клинического анализа патологической походки на разнородном клиническом материале.

• Обнаружены типичные симптомы патологии походки у больных после закрытых односторонних внутрисуставных переломов пяточной кости, у больных с закрытыми переломами костей голени в начальном периоде нагрузки на больную ногу и у больных с поясничным остеохондрозом различной степени тяжести.

Реализация результатов исследования. Разработанный аппаратно-программный комплекс клинического анализа походки и концепция анализа патологии походки внедрены в практику работы 18-й городской клинической больницы г. Москвы, Центрального НИИ протезирования и протезостроения г. Москвы, Социально-реабилитационного центра г. Астрахани.

Основные положения диссертации, выдвигаемые на защиту.

1. Правомерность практико-теоретического обоснования методов исследования походки и их конкретной реализации для использования в клинических целях.

2. Корректность исследования походки на разработанном аппаратно-программном комплексе.

3. Правомерность предложенной концепции анализа патологической походки, а именно: определение неспецифических компенсаторных реакций, механизмов компенсации, уровней компенсации, специфической патологии.

4. Возможность применения разработанной концепции анализа походки для: определения патологии походки, динамического контроля проводимого восстановительного лечения, оценки отдаленных функциональных результатов лечения.

Публикация и обсуждение результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 19 работ (из них 3 за рубежом) и одна

монография. Монография содержит 344 страницы собственного текста, 70 таблиц (из них 54 собственных), 214 иллюстраций (из них 158 собственных), библиография - 329 названий, из них 226 зарубежных. Сделано 16 научных докладов, в том числе на двух международных конференциях в Айове (США) 1993 и в Ватерлоо (Канада) 1995 г. Результаты работы защищены двумя авторскими свидетельствами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА КОМПЛЕКСА МЕТОДИК ДЛЯ КЛИНИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПОХОДКИ

В соответствии с существующими в литературе данными (B.C. Фарбер, A.C. Витензон, И.Ш. Морейнис 1995; В.И. Филатов 1980; Я.Л. Славуцкий 1982; Х.А. Яисон 1975; М.Я. Чирсков 1952; J. Perry 1992; М. Whittle 1991; D. Winter 1992; Chao E.Y., Hoffman R.R. 1978) для разработки единого аппаратно-программного комплекса анализа походки были отобраны методы исследований, позволяющие регистрировать и изучать следующую группу параметров: временные, пространственные, кинематические, динамические и поверхностную ЭМГ. Сочетание всех вышеназванных групп методов позволяет получить полную картину движения.

Подография. Из известных видов регистрации временных характеристик шага мы остановились на четырехконтактной подографии для зон пятки, головки первой и пятой плюсневых костей и носка, стопы. Эта комбинация позволяет исследовать перекат стопы как в сагиттальной, так и во фронтальной плоскости при минимальном количестве датчиков. Дорожка выполнена из листа электропроводной резины.

Ихпометрия - Известные устройства для регистрации пространственных характеристик шага имеют существенные ограничения методического или технического порядка. Нами предложен следующий способ измерения: на дорожку из электропроводной резины подается напряжение питания постоянным током по длине дорожки или ее ширине. Для измерения длины шага регистрируется разность потенциалов между контактами впереди стоящей и позади стоящей ноги. Разность потенциалов пропорциональна длине шага. Аналогично происходит измерение ширины шага, но напряжение подается по ширине дорожки. Измерение угла разворота стопы происходит в период одиночной опоры по разности потенциалов между носочным и пяточным контактом той же самой стопы (питание по ширине дорожки). Электронным способом все три измерения совмещены за счет переключений питания дорожки.

Гониометрия Из известных конструкций гониометров определенными преимуществами обладает трехкомпонентный гониометр, разработанный в США (Chao E.Y. 1980), а именно: получением полной пространственной картины движений в суставе и сопоставимостью полученных результатов с современными видеосистемами регистрации движений. Конструкция этого гониометра была нами выбрана в качестве прототипа. Однако, потенциометри-ческие датчики имеют ограничения - необходимость применения аналого-цифрового преобразователя и калибровки датчика. Поэтому на современной технологической базе был разработан цифровой датчик угловых перемещений. Цифровые датчики не нуждаются в калибровке, позволяют проводить измерения от любого заданного положения, которое принимается за "0", имеют прямой ввод в компьютер и высокую точность.

Регистрация реакций опоры производится при помощи динамометрической платформы. Ввиду неудовлетворительных качеств отечественной динамометрической платформы ПД-ЗА, снятия ее с производства и отсутствия отечественного изготовителя данного типа оборудования нами разработана оригинальная динамометрическая платформа. Поскольку известные промышленные зарубежные динамометрические платформы аналогового типа имеют недостатки (необходимость ввода калибровочного сигнала, аналого-цифрового преобразования, дрейф "нуля"), была разработана конструкция динамометрической платформы с первично цифровым сигналом. Особенностью разработанной платформы являются: высокая точность измерения, низкое взаимовлияние по направлениям (менее 0.5%) и цифровой выход.

Электромиография. Выпускаемые типовые отечественные и зарубежные электромиографы не приспособлены для регистрации ЭМГ во время ходьбы пациента. Специальные конструкции требуют особого совмещения (аппаратного и программного). В отличие от известных конструкций нами был предложен и разработан другой путь решения - полная обработка первичного сигнала (усиление и оцифровка) непосредственно на пациенте в портативном носимом блоке и передача обработанных данных по тонкому кабелю. Разработанный электромиограф является компонентом аппаратно-программного комплекса. Другая особенность - прибор настраивается автоматически и не требует предварительной установки режимов.

Все методы были объединены функционально в единый аппаратно-программный комплекс (разработка комплекса проведена совместно с научно-медицинской фирмой "МБН" г. Москва). Программное обеспечение "КЛИНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОХОДКИ" реализовано

в современной операционной среде и позволяет про-

водить исследование с накоплением и отбраковкой информации по всем методам, содержит внутреннюю базу данных, имеет функцию автоматического формирования отчета исследования. Отчет представляет собой графические и цифровые усредненные данные по пациенту в сравнении с нормой. Представление итоговых данных приведено к единому, используемому в мире стандарту.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯ НОРМАЛЬНОЙ ПОХОДКИ

Для исследования корректности применения предложенного аппаратно-программного комплекса клинического анализа походки проведено исследование 10 здоровых испытуемых, из них 9 мужчин и одна женщина. Возрастные рамки составили 28-33 лет. Для сравнения приведены данные, полученные в ЦНИШ1П при исследовании 26 здоровых мужчин в возрасте 20-45 лет, и данные других опубликованных исследований. Сравнение временных характеристик цикла шага представлено ниже см. таблицу 1.

Таблица 1.

Сравнение временных характеристик шага. Время цикла шага дано в секундах, остальные показатели в % от времени цикла шага.

Данные Цикл шага Переносмое время Двухсто рное время

М±ств с. М±сгв % М±су в %

БИОМЕХАНИКА 1,3±0,1 36,3±3,2 13,8±3,1

ЦНИИПП 1995 1,05±0,06 38,4±2,0 11,5±2,0

Ефимов А.П. 1980 1,2±0,2 36,9±0,5 14,0±0,7

Fogel G.R. et all 1982 1,1 37,1 12,1

Winter D.A. 1992 1Д2 39 16

Как видно из таблицы 1, данные, полученные на аппаратно-программном комплексе "МБН-БИОМЕХАНИКА", и данные других исследователей согласуются. Отличия наших данных лишь в несколько меньшем среднем произвольном темпе ходьбы испытуемых. Сравнение средних амплитудно-фазовых показателей гонио-грамм тазобедренного, коленного и голеностопного суставов ходьбы

обследованных с данными, опубликованными в литературе, приведено в таблице 2.

Таблица 2.

Сравнительная таблица движений в суставах (амплитуда в градусах)

Данные Тазобедренный Коленный Голеностопный

сгиб. разгиб. 1е сгиб. 2е сгиб. подошв, сгиб. тылъи. сгиб.

БИОМЕХАНИКА ЦНИИПП 1995 Ефимов А.П. 1980 Rozin R. et all 1971 Winter D.A. 1992 30.7 11,1 28.8 11,6 22-25 12-15 45 21 11 13,4 58,0 22,7 70,8 20 60 15 57,5 21 65 14,8 7,4 12,3 12,2 20 10 19 13 19 10

Как видно из таблицы 2, данные имеют только несущественные количественные различия, но сохраняют качественную однородность. Отличия, но нашему мнению, связаны с меньшим средним произвольным темпом ходьбы обследованных и разной применяемой аппаратурой. Это подтверждается сравнением амплитуды сгибания коленного сустава при переносе конечности (58,0±6,0) с аналогичной амплитудой по данным лаборатории ЦНИИПП (70,8±8,0). Значения среднеквадратических отклонений в обоих исследованиях близки по величине, несмотря на то, что количество обследованных отличается в 2,6 раза. Это также подтверждает, что данные, получаемые с помощью комплекса "БИОМЕХАНИКА", согласуются с имеющимися.

КОНЦЕПЦИЯ АНАЛИЗА ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ ПОХОДКИ

Ходьба должна подчиняться двум основным требованиям: осуществлять возможность самостоятельного передвижения в выбранном направлении и обеспечивать при этом расход минимального количества энергии. Другое требование - скорость передвижения должна соответствовать или максимально приближаться к имеющейся задаче. Наличие патологического функционирования сустава, сегмента или всей конечности приводит к включению компенсаторных механизмов, которые позволяют оптимизировать соотношение скорость-энергия. В зависимости от глубины патологии компенсаторные механизмы могут включать различные уровни. Если расположить их в порядке возрастания по количеству включений сегментов тела, то получится следующая последовательность: уровень ипсилатеральной конечности, уровень межконечностного взаимодействия, уровень таза и поясничного отдела позвоночника, уро-

вень туловища и верхних конечностей, уровень средств дополнительной опоры, уровень способа локомоции, отличного от ходьбы.

Собственно компенсаторные реакции можно подразделить на специфические (для данного вида патологии) и неспецифические, являющиеся общей реакцией па патологию как опорно-двигательного аппарата, так и других систем организма. В то же время, как в отечественной, так и в зарубежной литературе при анализе данных не уделяется соответствующего внимания дифференцировке общих, неспецифических и специфических симптомов. В контексте диагностики и дифференциальной диагностики различной двигательной патологии данный вопрос приобретает особое значение. Поэтому сделана попытка выделить неспецифические симптомы и их динамику изменения.

НЕСПЕЦИФИЧЕСКАЯ СИМПТОМАТИКА

Неспецифическая симптоматика характеризует способность обследуемого совершать самостоятельные передвижения в пространстве. Ниже даны неспецифические изменения параметров походки при патологии.

Скорость ходьбы - имеет только одну степень свободы как индикатор патологического процесса - снижение.

Частота шага - имеет две степени свободы реагирования на патологию - снижение и увеличение. Увеличение частоты шага выбирается как механизм компенсации при фатально короткой длине шага.

Длипа шага - может реагировать на патологию только в сторону снижения, более короткого шага.

Ширина шага - типичная реакция - увеличение, что дает повышение устойчивости. Ширина шага может и уменьшаться, что указывает на патологию либо тазобедренного сустава, либо приводящих мышц бедра.

Угол разворота стопы. В норме оси сгибания-разгибания коленного и голеностопного суставов ротированы кнаружи. Поэтому необходимы адаптивные движения приведения-отведения и ротационные. Отработка их происходит в проксимальной части системы нога-туловище (тазобедренный сустав) и ее дистальной части -системе нога-опора (таранно-пяточный и Шопаров суставы). При патологии этих суставов нижняя конечность стремиться занять положение, при котором поврежденный сустав работает преимущественно сохранной амплитудой в сагиттальной плоскости. При патологии таранно-пяточного сустава нога ротируется вовнутрь, и просходит фронтализация оси движений голеностопного сустава. В

этом положении движения таранно-пяточного сустава минимальны. Возможен и обратный вариант.

Время цикла шага - наиболее распространенная реакция на патологию - увеличение времени цикла шага.

Период опоры и переноса - обычный тип реагирования со стороны внутренней временной структуры цикла шага - увеличение периода опоры и уменьшение периода переноса.

Период двойной и одиночной опоры - типичная реакция - увеличение периода двойной опоры и уменьшение периода одиночной опоры.

Движения сгибания-разгибания в суставах - наиболее типичная реакция со стороны кинематики суставов - тотальное уменьшение амплитуд.

Вертикальная составляющая реакции опоры - общая реакция на патологию - уменьшение амплитуд первого и второго максимумов и увеличение амплитуды минимума.

Продольная составляющая реакции опоры - общая закономерность - уменьшение амплитуд переднего и заднего толчка.

Перечисленные выше симптомы (за исключением изменения угла разворота стопы) есть симптомокомплекс замедления ходьбы, поскольку типичная реакция на патологию состоит в уменьшении скорости ходьбы.

УРОВНИ КОМПЕНСАЦИИ

Уровень ипсилатеральной конечности. Первой к изменившимся условиям ходьбы начинает адаптироваться пораженная конечность. При потере данной конечностью опорной функции она принимает среднефизиологическое или вынужденное положение. При сохранении опорной и двигательной функции начинается процесс развития компенсаторных механизмов. Компенсация с помощью перестройки движений в суставах возможна, если между двумя сегментами на уровне поражения имеется более одной степени свободы движения. Остающиеся интактными степени свободы могут использоваться для компенсации. Типичный пример компенсации этого вида был обнаружен нами при исследовании походки пациентов с отдаленными последствиями переломов пяточной кости. Патология движений во фронтальной плоскости на уровне голеностопного сустава (подтаранный и Шопаров суставы) компенсируется непосредственно на этом уровне поворотом стопы вовнутрь, что приводит к фронтализации оси движений голеностопного сустава и производит функциональную иммобилизацию в поврежденном

подтаранном суставе. Уменьшение угла разворота больной конечности по сравнению со здоровой получено у 48,6% обследованных. Данное отличие достоверно в группе хороших исходов - больная сторона 7,8 и здоровая 10,2 градусов (р<0,05).

В компенсаторный процесс могут вовлекаться все суставы пораженной конечности. Одна из типичных реакций - снижение общей амплитуды движений в суставах больной конечности по сравнению с нормой и здоровой конечностью, см. таблицу 3.

Таблица 3.

Средние амплитуды движений в суставах нижней конечности и ошибка средней в группе больных с закрытыми перепомами костей голени (в градусах).

Сустав Сторона

Больная Здоровая Норма

Тазобедренный 24,5±1,5 35,2±1,4 39

Коленный 38,8+4,7 51,3±0,89 60

Голеностопный 16,6±3,98 14,5±2,15 20

На данной группе больных видно, что перестройка движений происходит как в суставе ниже уровня патологии (голеностопный), так и выше ее (коленный и тазобедренный). Кроме общего уменьшения амплитуды движений суставов больной стороны могут иметь место и другие механизмы. Так, в группе больных с закрытыми переломами костей голени тазобедренный сустав на больной стороне имеет значительную (до 15 градусов) амплитуду разгибания тазобедренного сустава в конце периода переноса, с помощью которой осуществляется постановка ноги на опору. В норме амплитуда этого разгибания колеблется в пределах 3-5 градусов. Увеличенная амплитуда разгибания тазобедренного сустава в конце периода переноса возвращается к своему нормальному значению при проведении последующей реабилитации.

Уровень межконечностпого взаимодействия. При невозможности компенсации повышения энергетических затрат на относительно малом уровне только с использованием функциональных возможностей конечности стороны поражения происходит вовлечение здоровой контралатеральной конечности, что позволяет сохранить желаемую скорость передвижения при допустимом расходе энергии. Мы выделяем следующие механизмы компенсации данного уровня: общие и механизмы компенсации относительно короткой или длинной конечности. К общим механизмам относятся:

Перераспределение функций - здоровая конечность выполняет преимущественно функцию опоры, а больная - преимущественно

функцию переноса. Наличие данного механизма отмечено нами в группе больных с последствиями переломов пяточной кости для больных с удовлетворительными и плохими исходами (р<0,001) и (р<0,05), соответственно, и с закрытыми переломами костей голени (р<0,05), см. таблицу 4. Во всех случаях здоровая конечность имеет существенно больший период опоры, чем больная.

Таблица 4.

Средние значения периода опоры в % цикла шага (М) и ошибки средней (т) в группах больных с последствиями перепомов пяточной кости (удовлетворительные и плохие исходы) и с переломами костей голени.

Больная Здоровая

Группа конечность конечность Норма

М±т М±т М±т

Пяточная кость

• удовлетворительные 62,9 ±0,4 65,7 ±0,4

. плохие 63,6 ±0,9 66,9 ±1,4 63,6 ±0,2

Голень 65,6 ±2,5 77,8 ±1,9

Следствием действия этого механизма является перераспределение кинематики между конечностями. Суставы здоровой конечности имеют амплитуды движений в сагиттальной плоскости больше, чем в больной. Это особенно выражено для тазобедренного сустава, как определяющего длину шага. Так, в группах больных с отдаленными результатами переломов пяточной кости длина шага больной стороны больше длины шага здоровой, см. таблицу 5 (это достоверно только для удовлетворительных исходов (р<0,005)).

Таблица 5.

Средние значения длины шага и ошибки средней в группах больных с последствиями переломов пяточной кости.

Группа исходов

Длина шага в см.

Больная Здровая Норма

Хорошие 61,5±1,0 59,0±0,1

Удовлетворительные 59,9±1,4 55,5±1,6 71,2±1,5

Плохие 56,8±2,7 53,8±3,5

В группе больных с закрытыми переломами костей голени средняя амплитуда движений тазобедренного сустава на больной стороне меньше этого показателя для здоровой на 11 градусов, см. таблицу 3. То же отмечено и в группе больных ДЦП, где имелась существенная асимметрия функции между конечностями (68% обследо-

ванных), 30,6±2,0 Для менее активной стороны и 42,9±1,45 для более активной.

Функциональное копирование - здоровая конечность копирует функцию больной с целью уменьшения функциональной асимметрии. Подтверждение данного эффекта получено нами: в следующих группах больных.

В группе отдаленных результатов закрытых односторонних переломов пяточной кости статистически достоверно по сравнению с нормой увеличено время переката через пятку как для больной, так и для здоровой стороны у больных с хорошим исходом (р<0,05), удовлетворительным (р<0,001) и плохим только для здоровой стороны (р<0,05). Имеется двустороннее увеличение времени опоры на всю стопу у больных с хорошим исходом (р<0,001) и (р<0,02) для здоровой и больной стороны, соответственно.

Наиболее характерно проявление этого механизма у больных с поясничным остеохондрозом. Проведено исследование походки с помощью динамометрической платформы у 49 больных в возрасте 25-52 лет (39 средний), 32 мужчины и 17 женщин. Из них с острой формой 5, подострой 29, реконвалесцентной 8 и закончивших лечение с хорошим клиническим результатом, достигнута ремиссия 7. Несмотря на то, что пациенты имели симптоматику поражения только с одной стороны, сравнение результатов измерения реакций опоры при ходьбе для больной и интактной конечности показывают близкие результаты во всех группах, см. таблицу 6.

Таблица 6.

Средние значения экстремумов реакций опоры. Где и первый и второй максимумы вертикальной составляющей, а 22 минимум между ними, У^ и У 2 первый и второй экстремумы продольной составляющей.

Группа Больная сторона (в % веса тела) Здоровая сторона (в % веса тела)

г1 22 г3 VI г2 г3

ОСТРАЯ 94 84 103 6 10 97 84 107 7 13

ПОДОСТРАЯ 103 77 103 9 15 106 77 103 И 15

РЕКОНВАЛЕСЦЕНТНАЯ 115 76 101 14 16 115 72 104 14 16

РЕМИССИЯ 111 75 115 13 19 113 68 116 15 18

НОРМА 113 78 113 18 19 113 78 113 18 19

Как видно из таблицы 6, показатели интактной конечности аналогичны показателям больной. При этом все характеристики обладают значительной симметрией, что демонстрируется во всех четырех группах. Отличия их не обнаруживаются статистически (р>0,05). Особенность ходьбы больных этой группы - выключение движений в пораженном поясничном отделе позвоночника, поэтому функционально нижние конечности не могут быть существенно асимметричны. Функциональная асимметрия привела бы к асимметричным нагрузкам конечностей, сотрясениям и движениям таза, а, следовательно, и поясничного отдела позвоночника. Характерно значительное снижение амплитуд как вертикальной, так и продольной составляющей реакции опоры, что особенно выражено для переднего толчка. Такое уменьшение величины реакции опоры снижает ударную нагрузку на опорно-двигательный аппарат при переносе веса тела на впереди стоящую ногу и, следовательно, на пораженный поясничный отдел позвоночника.

Обеспечение оптимума - изменение функции здоровой конечности дает возможность больной двигаться в режиме, максимально приближенном к нормальному. Данный механизм мы обнаружили в группах больных с отдаленными результатами переломов пяточной кости и закрытыми переломами костей голени.

Как видно из таблицы 4, соотношение периодов опоры и переноса на стороне больной конечности соответствует норме, в то время как на здоровой стороне существенно отличается от нее.

Анализ гониограмм движений в суставах больной и здоровой ноги у больных с закрытыми переломами костей голени обнаружил, что движения больной стороны имеют меньшие отличия от нормы, чем здоровой. Количественные отличия сводятся лишь к уменьшению амплитуды движений в суставах, см таблицу 3, и уменьшению величины второго подошвенного сгибания голеностопного сустава на больной стороне, что, очевидно, связано с длительной иммобилизацией и последующей недостаточностью трехглавой мышцы голени. Качественные различия показывают существенное изменение функции суставов здоровой стороны, см. таблицу 7. Формируется сгибательная установка коленного сустава, и установка голеностопного в тыльном сгибании (т.е. полусогнутая конечность), движение переразгибания в коленном и дополнительные движения в голеностопном суставе.

Механизмы компенсации относительного укорочения (сгибание суставов) или удлинения нижней конечности (разгибание суставов) известны в литературе. Остается добавить, что в ряде случаев, для компенсации могут использоваться преимущественно движения

таза во фронтальной плоскости. Таким образом, имеется вовлечение вышележащего уровня.

Таблица 7.

Симптомы изменения функции суставов нижней конечности при ходьбе у больных с закрытыми переломами костей голени.

Сустав Больная сторона Здоровая сторона

Тазобедренный без особенностей увеличение амплитуд сгибания в начале и конце цикла шага,

Коленный • дополнительная . сгибательная ус-

волна в периоде тановка,

опоры, • замещение сгиба-

• увеличенная ам- ния разгибанием

плитуда первого в начале цикла

сгибания, шага,

• уменьшенная ам- • увеличение ам-

плитуда второго плитуды второго

сгибания сгибания

Голеностопный отсутствие или сниже- • дополнительные

ние второго подошвен- волны в середине

ного сгибания периода опоры, # установка в тыльном сгибании,

Уровень таза и поясничного отдела позвоночника. При невозможности эффективно компенсировать функциональную асимметрию между правой и левой ногой на уровне межконечностного взаимодействия в процесс компенсации, снижения функциональной асимметрии включается туловище и верхние конечности. Первыми в этой кинематической цепи оказываются таз и поясничный отдел позвоночника. Содружественное действие их позволяет погасить значительную функциональную асимметрию. Таз выполняет роль балансира-компенсатора между нижними конечностями и верхней частью туловища, а поясничный отдел позвоночника восполняет колебания последнего. Включение компенсаторных движений данного уровня наблюдалось нами у больных с закрытыми переломами костей голени и ДЦП. У больных первой группы при опоре на больную конечность имел место наклон таза в эту лее сторону, если пациент не использовал средства дополнительной опоры. Это механизм компенсации недостаточности средней и малой ягодичных мышц на больной стороне, которая является след-

ствием длительного отсутствия физиологической нагрузки на конечность. Больные с ДЦП характеризуются на этом уровне различными типами движений, на которые оказывают влияние приводящие контрактуры тазобедренных суставов или относительно длинная конечность в периоде переноса за счет снижения амплитуды сгибания коленного. У 10 больных выражена асимметрия движений таза, отражающаяся в гониограммах отведения-приведения в тазобедренных суставах. У 6 человек, использующих средства дополнительной опоры, данные движения были незначительны вследствие выключения действия данного уровня. Другим примером выключения влияния этого уровня является группа больных с поясничным остеохондрозом, где используются механизмы компенсации на нижележащих уровнях.

Уровень туловища и верхних конечностей. На этом уровне осуществляется терминальная балансировка тела во время ходьбы. После вовлечения в процесс балансировочных движений туловища и верхних конечностей оказываются исчерпаны ресурсы практически всей кинематической цепи. Движения туловища и верхних конечностей для дополнительной балансировки тела использовались всеми больными группы с закрытыми переломами костей голени в начале нагрузки на больную конечность при попытке ходить без средств дополнительной опоры, а также группы больных с ДЦП, использующих средства дополнительной опоры в обычной жизни, но сохраняющих возможность ходьбы без них, при ходьбе без средств дополнительной опоры (21 пациент).

Уровень средств дополнительной опоры. Невозможность эффективной компенсации патологической локомоции на предшествующем уровне, а также необходимость динамической разгрузки больной конечности оставляет только один путь для самостоятельной ходьбы - использование средств дополнительной опоры. Из обследованных нами пациентов они - самый тяжелый контингент. Среди отдаленных последствий переломов пяточной кости - это больные с плохим результатом лечения. Необходимость использования трости в этой группе связана с наличием болевого синдрома при нагрузке на больную конечность в связи с развитием в поврежденном под-таранном суставе деформирующего остеоартроза. В группе остеохондроза поясничного отдела позвоночника - больные с острой формой. Применение средств дополнительной опоры необходимо для разгрузки позвоночника ввиду болевого синдрома. Из обследованных детей с ДЦП шестеро не могли передвигаться без средств дополнительной опоры, из оставшихся половина предпочитали в обычной жизни использовать трости или другие приспособления. Группа больных с закрытыми переломами костей голени обследовалась с начала наступания на больную конечность, что заведомо

связано с использованием средств дополнительной опоры. При этом больные использовали трость не только для разгрузки больной конечности (среднее усилие прикладываемое к трости 37,9% веса тела), но и для создания дополнительною толчка, т. к. максимум усилия на трость приходился на конец опоры - начало переноса больной конечности.

Уровень локомоции, отличной от ходьбы. При невозможности или неэффективности сохранения самостоятельного передвижения путем ходьбы остается только переход к принципиально иному виду локомоции, к примеру, брахиации или передвижению с помощью механических средств. Среди обследованных нами больных таких наблюдений не отмечено. Это связано с тем, что для исследования патологической походки отбирались пациенты, которые имели возможность ходить самостоятельно или с применением средств дополнительной опоры.

Взаимодействие уровней. Как правило, в результате исследования пациента можно обнаружить, что включаются сразу несколько уровней компенсации. Поэтому возможны два основных варианта: изолированное включение одного уровня и комбинированное включение двух и более уровней. Очевидно, что чем выше лежит привлекаемый уровень компенсации, тем больше затраты организма и меньше остающиеся функциональные резервы.

Последовательность анализа патологической походки пациента. На основе вышеизложенной концепции можно предложить следующую последовательность анализа патологической походки: оценка основной стойки (наличие начальных установок суставов, таза, туловища, средств дополнительной опоры). Собственно анализ походки: оценка уровней, включенных в компенсаторный процесс, наличие типичных компенсаторных механизмов, наличие неспецифической симптоматики, специфическая симптоматика.

Конечный этап оставляет исследователю только патогномоничные для данной патологии симптомы.

ВЫВОДЫ

1. Разработанный аппаратно-программный комплекс позволяет получить подробную картину ходьбы пациента. Возможности комплекса расширены с помощью разработанного метода регистрации пространственных характеристик шага. Интегрирование методик позволило автоматизировать процесс получения протокола исследования.

2. Исследование на аппаратно-программном комплексе ходьбы здоровых испытуемых показало, что получаемые на нем па-

раметры походки корректны, так как согласуются с имеющимися в литературе.

3. Предложена концепция функционального анализа патологической походки, которая включает определение включенных в компенсаторный процесс уровней компенсации, механизмов компенсации: общих компенсаторных реакций, механизмов компенсации на уровне межконечностного взаимодействия, механизмов компенсации при относительном изменении длины конечности, изменения взаиморасположения осей движения суставов, оценки параметров походки относительно нормы.

4. Анализ данных обследования групп пациентов с последствиями переломов костей нижних конечностей, поясничным остеохондрозом и ДЦП с помощью предложенной концепции показал, что данный подход позволяет проводить эффективное дифференцирование неспецифической двигательной симптоматики от специфической.

5. Обнаружено, что в отдаленные сроки после закрытых внутрисуставных переломов пяточной кости происходит уменьшение угла разворота стопы с целью снижения амплитуды движений в поврежденном подтаранном суставе, у больных с закрытыми переломами костей голени в период начала ходьбы с опорой на больную ногу значительно уменьшена амплитуда второго подошвенного сгибания голеностопного сустава на больной стороне, больные с поясничным остеохондрозом характеризуются однотипным изменением реакций опоры при ходьбе с уменьшением активности переднего толчка.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРАКТИКУ

Разработанный аппаратно-программный комплекс анализа движений и концепция анализа данных внедрена в работу 18-й городской клинической больнице г. Москвы, Центрального НИИ протезирования и протезостроения, г. Москва, Социально-реабилитационного центра г. Астрахани. Опубликована монография - "Клинический анализ движений, анализ походки". Монография содержит 344 страницы собственного текста, 70 таблиц (из них 54 собственных), 214 иллюстраций (из них 158 собственных), библиография - 329 названий, из них 226 зарубежных.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ I. МОНОГРАФИЯ

Клинический анализ движений: Анализ походки. - Москва, НМФ "МБН", 1996 г. 344с.

И. ПРОЧИЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Объективизация оценки исходов лечения больных с переломами пяточной кости с помощью биомеханических методов исследования. - "Тезисы докладов научной конференции молодых ученых ИГМИ им. А.С.Бубнова". Иваново, 1987, с. 69. (соавт. И.В. Фишкин)

2. Некоторые особенности функционирования голеностопного и подтаранного суставов в норме и лиц с последствиями внутрисуставных переломов пяточной кости. - "Реабилитация больных с травмами и заболеваниями опорно-двигательного аппарата". Сб. научн. трудов, книга 2. Иваново, 1989, с. 45-51. (соавт. В.И. Фишкин, И.В. Фишкин).

3. О работе лаборатории биомеханики. - Ортопед. Травм, и про-тезир. 1989, № 8, с. 74.

4. Биомеханические методы исследования в оценке эффективности мануальной терапии при поясничном остеохондрозе. -"Формирование здоровья текстильщицы". Сб. научн. трудов, Иваново, 1991, с. 104-107. (соавт. A.A. Быков).

5. Новое устройство для измерения пространственных и временных характеристик шага. - Биомеханика на защите жизни и здоровья человека. 1 Всероссийская конференция-ярмарка. Тезисы докладов, том 2, с. 106. Нижний Новгород 1992. (соавт.

H.A. Закурин).

6. Программно-аппаратный комплекс анализа походки "БИООРТ" - Биомеханика на защите жизни и здоровья человека. 1 Всероссийская конференция-ярмарка. Тезисы докладов, том 2, с. 104-105. Нижний Новгород 1992. (соавт. H.A. Закурин).

7. Клинико-биомеханические параллели поясничного остеохондроза. - Биомеханика на защите жизни и здоровья человека. 1 Всероссийская конференция-ярмарка. Тезисы докладов, том

I, с. 214-215. Нижний Новгород 1992. (соавт. В.Н. Ларина, A.A. Быков, А.Н. Новосельский).

8. Анализ походки. Проблемы и перспективы. - Биомеханика на защите жизни и здоровья человека. 1 Всероссийская конференция-ярмарка. Тезисы докладов, том 1, с. 212-213. Нижний Новгород 1992.

9. Clinical and biomechanical correlations in patient's with low back pain using forceplate. - Conference Proceedings, American Society of Biomechanics 17th Annual Meeting October 21-23, 1993, Iowa City, Iowa, p. 159-160. (in collaboration with V.N. Larina).

10.Gait Analysis of Patients one year after calcaneal fractures. -Conference Proceedings, American Society of Biomechanics 17 th Annual Meeting October 21-23, 1993, Iowa City, Iowa, p. 159160. (in collaboration with I.V. Fishkin).

11.Биомеханика локомоций и клиника при поясничном остеохондрозе. - Материалы 1-й международный научный конгресс -"Традиционая медицина и питание, теоретические и практические аспекты". Москва, 1994, с. 110-111. (соавт. В.Н. Ларина, А.А. Быков).

12.Возможности биомеханических методов исследования для контроля эффективности мануальной терапии при поясничном остеохондрозе. - Материалы 1-й международный научный конгресс - "Традиционая медицина и питание, теоретические и практические аспекты". Москва, 1994, с. 119. (соавт. А.А. Быков).

13.Клинический анализ движений: настоящее и будущее. - Тезисы докладов П-й Всероссийской конференции по биомеханике. Том 1, с. 172-173, Н.Новгород, 1994.

14.Стабилометрия человека. История, методология и стандартизация. - Медицинские информационные системы. Межведомственный тематический научный сборник. Таганрог: ТГРТУ,

1995, с.132-135.

15.Клинический анализ движений - новые возможности. - Медицинские информационные системы. Межведомственный тематический научный сборник. Таганрог: ТГРТУ, 1995, с.129-132.

16.Gait and Posture in patients with low back pain compare with clinical form. - Gait & Posture. 1995, v.3, N.2, p.85. (in collaboration with V.N. Larina).

17.Новая сфера функциональной диагностики - диагностика патологии движения. - Новые диагностические технологии. Организация службы функциональной диагностики. Москва, МОНИКИ, 1996, с. 150.

18.Использование методов регистрации биомеханических параметров походки в технологическом процессе протезирования нижних конечностей. - Тезисы докладов III-й Всероссийской конференции по биомеханике. Том 2, с. 166-168, Н.Новгород,

1996. (соавт. С.Е.Соболев, Н.Г.Никитин, И.Б.Лисица).

Ю.Новые возможности в отечественной клинической биомеханике. - Тезисы докладов III-й Всероссийской конференции по биомеханике. Том 2, с. 162-163, Н.Новгород, 1996. (соавт. Д.Н.Свирида, Т.С.Некрасова, И.Г.Алексеев).

ИЗОБРЕТЕНИЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Устройство для измерения угловых перемещений голеностопного и подтаранного суставов во время ходьбы: - A.C. СССР №1489722 от 1.03.89. Соавт. Фишкин В.И., и Фишкин И.В.

2. Приставка к компрессионно-дистракционному аппарату: -A.C. СССР №1273090 от 1.08.86. Соавт. Фишкин И.В.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ОБСУЖДЕНЫ И ДОЛОЖЕНЫ НА:

1. Научная конференция молодых ученых ИГМИ им. А.С.Бубнова". Иваново, 1987.

2. Ивановское областное научное общество ортопедов-травматологов 154-е заседание 1989.

3. Всероссийская конференция-ярмарка: "Биомеханика на защите жизни и здоровья человека". Нижний Новгород 1992.

4. Conference American Society of Biomechanics, 17th Annual Meeting October 21-23, Iowa City, Iowa, USA, 1993.

5. 1-й международный научный конгресс - "Традиционая медицина и питание, теоретические и практические аспекты". Москва, 1994.

6. П-я Всероссийская конференция по биомеханике. Н.Новгород, 1994.

7. North American Clinical Gait Laboratory Conference, Waterloo, Canada, June 1-3, 1995.

8. Новые диагностические технологии. Организация службы функциональной диагностики. 1-я республиканская научно-практическая конференция по функциональной диагностике. Москва, МОНИКИ, 1996.

9. Медицинский совет департамента здравоохранения г. Москвы, 1996.

Ю.Ш-я Всероссийская конференция по биомеханике. Н.Новгород, 1996.

11.Новое в диагностике и лечении детских церебральных параличей. Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием, Москва, институт педиатрии РАМН, 1996.