Математичне моделювання двохопорного стояння в умовах обмеження рухів у кульшовому суглобі

Abstract

Актуальність. Остеоартроз кульшового суглоба (ОА) є одним із найбільш поширених та інвалідизуючих станів, що вражають людей похилого віку. Коксартроз супроводжується порушенням амортизаційних властивостей хряща, його потоншенням і руйнацією, появою больового синдрому, порушенням рухових функцій внаслідок зменшення сили м’язів і розвитку стійких згинально-привідних контрактур, які змінюють вроджені рухові програми, а при тривалому перебігу дегенеративного захворювання призводять до формування патологічних звичок.

Мета роботи: визначити необхідну силу м’язів нижньої кінцівки в умовах обмеження рухів у кульшовому суглобі для підтримки вертикальної пози при двохопорному стоянні.

Матеріали та методи. Моделювання роботи м’язів нижніх кінцівок в умовах обмеження рухів у кульшовому суглобі проводили в програмі OpenSim 4.0. В основу покладена модель ToyLandingModel, яка має об’єкти контактної геометрії для фіксування моделі на площі опори. Було створено 4 моделі:

Норма (без обмеження рухливості суглобів).

Модель 2 — привідна установка 5°.

Модель 3 — привідна установка 7°, згинальна установка 10°.

Модель 4 — привідна установка 10°, згинальна 20°, вкорочення стегнової кістки 2 см.

Результати. Було визначено, що при незначних привідних контрактурах кульшового суглоба робота м’язів нижньої кінцівки при двохопорному стоянні змінюється мало. При згинально-привідних контрактурах спостерігаються зміни практично в усіх м’язах нижньої кінцівки. Є деякі особливості в роботі м’язів в умовах контрактур. Усі м’язи навколо стегна зменшують необхідну силу для підтримки рівноваги, а м’язи гомілки, навпаки, збільшують необхідну силу в декілька разів.

Наприклад, m. medial gastrocnemius при згинально-привідній контрактурі з вкороченням кінцівки розвиває компенсаторну силу в 10 разів більше (200 Н), ніж у нормі (20 Н), і хоча ресурси м’яза становлять 1500 Н, для підтримки вертикальної пози це дуже затратно. Аналогічно потребують збільшення сили m. tibialis posterior (збільшення втричі), але м’яз-антагоніст m. tibialis anterior, навпаки, зменшує силу скорочення в середньому на 100 Н.

Висновки. За даними проведеного моделювання двохопорного стояння з обмеженням рухів у кульшовому суглобі було доведено, що збільшення обмеження рухів змінює характер скорочення м’язів усієї нижньої кінцівки та таза. Аналіз отриманих результатів показав, що обмеження рухів зменшує необхідну силу стабілізації м’язів навколокульшового суглоба і збільшує необхідну силу скорочення м’язів гомілки. Тобто спостерігається порушення балансу м’язів.