Биомеханика опорной функции голеностопного сустава при варусной установке стопы

Встречаются варианты анатомического строения голеностопного сустава, когда ось стопы совпадает с осью голени (у = 0), и варианты варусной установки, когда ось стопы отклоняется от оси голени внутрь на супинационный угол V = 0 —> 20°.

Варусная установка стопы предрасполагает к супинационным повреждениям голеностопного сустава (повреждениям латерального связочного комплекса, переломам лодыжек).

Рассмотрим биомеханические особенности опорной функции голеностопного сустава при варусной установке оси стопы на угол V.

При статической нагрузке голеностопного сустава и стопы с варусной установкой (V = 0 —> 20°), следует различать две фазы:

  • 1 фаза - опорная - вес тела передается в основном по сагиттальной плоскости стопы;
  • 2 фаза - супинационная - вектор силы веса тела из сагиттальной плоскости передается во фронтальную плоскость.
Распределение силы веса тела Р на составляющие в опорной фазе нагрузки стопы

Рис.34. Распределение силы веса тела Р на составляющие в опорной фазе нагрузки стопы.

В опорной фазе, когда ось стопы совпадает с осью голени (V = 0), имеем две составляющие силы веса тела Р: Pj и Р2, направленные в сагиттальной плоскости (рис.34). Сила Р] направлена по пяточной оси к задней точке опоры стопы под углом ?, сила Р2 - по плюсневым осям к передним точкам опоры стопы под углом р. Силу Р2 можно представить в виде двух составляющих Р'2 = Рп2, направленных к точкам опоры переднего плеча рычага стопы, которыми являются головки 1 и 5 плюсневых костей.

Сила, действующая в опорной фазе по пяточной оси равна:

Р] = Р' sinp/sin(?+p).

Силы, действующие в опорной фазе по плюсневым осям, равны:

Р,2 = Р,,2 — Р' sin?'2cos(p(?+/?)*

Следовательно, в опорной фазе статической нагрузки, когда ось стопы совпадает с осью голени (V = 0), всегда действуют 3 основные силы в Зх точках опоры: Р], Р'2 = Рп2

Во 2-й фазе статической нагрузки голеностопного сустава и стопы при варусной установке (V > 0), вследствие супинации пяточной кости и образования между осью голени и осью стопы супинационного угла V, распределение веса тела Р на составляющие изменяется (рис.35).

Биомеханическая схема изменения статической нагрузки стопы и голеностопного сустава в супинационную фазу

Рис.35. Биомеханическая схема изменения статической нагрузки стопы и голеностопного сустава в супинационную фазу.

Во фронтальной плоскости вес тела Р распределяется на две составляющие: Р' = PcosF - составляющая сагиттальной плоскости стопы, Р" = Р sinF- составляющая оси супинации. Причем сила Р" направлена в сторону наружной лодыжки и возрастает с увеличением угла супинации V, а сила Р' направлена вдоль сагиттальной плоскости на инверсию и распределяется в основном по наружному краю стопы (рис.36).

Распределение статической нагрузки голеностопного сустава и стопы в супинационную фазу

Рис.36. Распределение статической нагрузки голеностопного сустава и стопы в супинационную фазу.

Исходя из этих данных, на переднее плечо рычага стопы будет приложена сила Р2, определяемая: Рг= Pr' sin? / sin(?+/?) или Р2= Р ' sin? cosy / sin(?+/?).

На заднее плечо рычага стопы приложена сила Pj, определяемая формулой: Р] = Р' sinp/sin(?+/7), или Pj = Р sinfi cosy / sin(?+fi).

Сила Р" направлена перпендикулярно сагиттальной плоскости стопы, а следовательно, и любому направлению силы, лежащему в этой плоскости и проходящему через sinus tarsi. То есть сила Р" перпендикулярна силе Р2, а силы Р", Р2, Р'2, Рп2 лежат в одной передней опорной плоскости стопы, перпендикулярной сагиттальной плоскости (рис.37).

Распределение составляющих веса тела Р в передней опорной плоскости стопы в супинационную фазу нагрузки

Рис.37. Распределение составляющих веса тела Р в передней опорной плоскости стопы в супинационную фазу нагрузки

В этом случае, с изменением угла супинации V, будет изменяться нагрузка переднего отдела стопы. Силу Р", действующую в направлении наружной лодыжки и лежащую в передней опорной плоскости АОВ, представим в виде суммы сил, действующих по плюсневым осям, которые обозначим Р"з и Р"4. По теореме синусов имеем: P7sin2cp = P'Vsin(90°- (p) = Р3/ costp= P4I cos(p; откуда получаем: Р"3 = Р"4 = Р4/ 2sincp = Psin(p / 2sin(p.

Силы Р'2 и Р''4 действуют по оси 1 плюсневой и противоположно направлены, поэтому их результирующая Р4 равна их разности:

Силы Р"2 и Р"3 действуют по оси 5 плюсневой кости в одном направлении, поэтому их результирующая Р3 равна их сумме:

Таким образом, с увеличением супинационного угла V сила Р3, действующая в области головки 5 плюсневой кости на инверсию стопы, увеличивается, а сила Р 4, направленная к головке 1 плюсневой кости, уменьшается.

Следовательно, в супинационной фазе статической нагрузки стопы и голеностопного сустава действуют силы: Pi, Р3 > Р4 и Р". Причем сила Р3 увеличивается на величину Р"3, а сила Р4 убывает на величину Р"4, вплоть до нуля. При Р4 = 0, супинационный угол V определяется параметрами голеностопного сустава и стопы: /.?,/. р, .Z V. В этом случае стопа имеет две основные наружные точки опоры: Си А, в которых приложены две силы Р/ и Р3 4 0).

Неравномерное нагружение передних точек опоры стопы 3 > Р4) приводит к возникновению инверсионного вращающего момента, который значительно изменяет биомеханику голеностопного сустава и стопы (рис.38). Голеностопный сустав находится в невыгодном с биомеханической точки зрения положении, так как испытывает нагрузку всего веса тела Р, который, как вектор силы, распределен в соответствии с его биомеханическими параметрами по костным осям на усиление варусной деформации и угла супинации V.

При рассмотрении составляющих веса тела в сагиттальной, фронтальной и передней опорной плоскостях (рис.38) видно, что главной силой, определяющей усиленную супинацию стопы, является сила Р", направленная в сторону наружной лодыжки по межлодыжечной линии и возрастающая с увеличением угла супинации V.

Следовательно, стабильность голеностопного сустава во фронтальной плоскости при избыточной супинации - инверсии стопы (V > 0), обеспечивается силой активных стабилизирующих элементов

(мышц) и прочностью пассивных стабилизирующих элементов (лодыжек, латерального связочного комплекса и межберцового синдесмоза). Но в некоторых случаях защитное напряжение мышц из фактора компенсации превращается в фактор усиления травмирующей силы. Поэтому следующие разделы будут посвящены изучению биомеханики мышц, приводящих в движение стопу и прочности связок голеностопного сустава.

Распределение веса тела Р на составляющие в супинационную фазу статической нагрузки голеностопного сустава и стопы

Рис.38. Распределение веса тела Р на составляющие в супинационную фазу статической нагрузки голеностопного сустава и стопы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >