Журнал «Травма» Том 13, №1, 2012

Повреждения голеностопного сустава относятся к наиболее частым травмам, составляя, по данным отечественных и зарубежных авторов, от 10,2 до 26,1 % всех повреждений опорно-двигательного аппарата [2, 8]. В имеющейся литературе основное внимание уделяется вопросам диагностики, лечения и реабилитации больных с этой патологией [1, 2, 5–7]. В меньшей степени затронуты вопросы профилактики этого вида повреждений, при том что причины и механизм повреждений голеностопного сустава изучены достаточно полно [5, 8]. Среди причин, приводящих к его повреждениям, выделяют угол вальгусного отклонения оси большеберцовой кости и вальгированное положение пяточной кости [4], которые в определенных условиях способствуют чрезмерным нагрузкам на голеностопный сустав и его повреждениям. К таким условиям можно отнести модель и состояние носимой обуви, в частности высоту каблука. В доступных нам работах мы не нашли сведений о влиянии высоты каблука носимой обуви на нагрузку, испытываемую костно-связочным аппаратом голеностопного сустава.

Цель исследования — изучить влияние высоты каблука на величину силовых нагрузок, воздействующих на костно-связочный аппарат голеностопного сустава.

Методы исследования

Для достижения поставленной цели была использована доработанная нами математическая модель голеностопного сустава, предложенная В.И. Евсеевым [3, 4].

В основу математической модели голеностопного сустава положено влияние увеличения угла пронации стопы на степень повреждения голеностопного сустава. В норме этот угол может достигать 7–10°, он ограничен лодыжечной вилкой и связочным аппаратом, стабилизирующими голеностопный сустав [4]. В.И. Евсеевым [3] предложены формулы для расчета сил, действующих на наружную (1) и внутреннюю (2) лодыжку, а также на дельтовидную связку (3), т.е., как подчеркивает сам автор, универсальные уравнения биомеханики голеностопного сустава, позволяющие получить количественное значение сил, действующих на сустав:

                                                          (1)

                                                (2)

                                                                    (3)

                                                         (4)

где А — угол наружной лодыжки, образуемый с продольной осью вращения голени, В — угол внутренней лодыжки, D — угол, образуемый дельтовидной связкой и голенью в целом, a и b — длины наружной и внутренней лодыжки соответственно, h — высота рычага пронации стопы (в данном случае высота пяточной кости), Р — вес тела, 2L — ширина блока таранной кости, g — значение угла пронации.

Предложенные формулы позволяют проследить за изменениями нагрузки в голеностопном суставе сразу по трем показателям, однако они не учитывают особенности носимой обуви и, в частности, влияние высоты каблука. В доработанной нами модели для учета этих особенностей значения необходимых характеристик использовались не в виде усредненных значений, а в виде матриц с определенным шагом от минимального значения к максимальному. При добавлении в математическую модель значения высоты (h) каблука мы исходили из того, что если в каждой из предложенных В.И. Евсеевым формул (1) и (3) заменить Fb на соответствующее выражение (2), то станет очевидным, что в каждом из трех уравнений, определяющих нагрузки на лодыжки и дельтовидную связку, есть общий множитель — синус угла пронации, вес тела и высота (P•h•sing). Если остальную часть выражений представить в виде коэффициентов, то можно довольно просто изменять значения веса тела и высоты. Таким образом, в формулы можно ввести высоту каблука.

Все расчеты проводились с помощью программы MathLab [9]. Начальные значения, занесенные в программу MathLab, имеют следующий вид:

a = [1,8; 1,9; 2; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4];

b = [1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8];

A = [91; 92; 93; 94; 95; 96; 97];

B = [109; 110; 111; 112; 113; 114; 115];

g = [4; 5; 6; 7; 8; 9; 10];

D = 45.

Все дальнейшие расчеты выполнялись согласно формулам (1–3) при весе тела, равном 70 килограммов, а также при условии, что сустав находился в своем естественном положении, т.е. без обуви. Затем расчеты выполнялись еще раз при тех же условиях, но уже при наличии обуви с каблуком заданной высоты. Максимальное значение высоты каблука при расчетах составило 8 сантиметров.

Результаты исследования  и их обсуждение

В естественном положении голеностопного сустава при минимальных длинах лодыжек (1,8 и 1,2 см для наружной и внутренней соответственно), а также при минимально возможных суставных углах (А, В, g) значения нагрузок на наружную и внутреннюю лодыжки, а также на дельтовидную связку составили: 14,27, 8,5 и 10,3 кг соответственно. При наличии в модели каблука высотой 8 см, при тех же минимальных размерах лодыжек и суставных углов, нагрузка распределится следующим образом: 28,17 кг для наружной, 17,06 кг для внутренней лодыжки и 20,52 кг для дельтовидной связки. Полученные результаты представлены графически (рис. 1–3). На каждом графике пунктирной линией обозначена модель, в которую включен каблук высотой 8 см; пунк­тирной линией с квадратиками обозначена модель, в которую включен каблук высотой 4 см; сплошной линией обозначена модель при естественном положении голеностопного сустава (босая нога).

Таким образом, доработанная нами математическая модель позволяет рассчитать нагрузку на лодыжки и дельтовидную связку как в естественных условиях, так и при использовании модельной обуви с высоким каблуком. Программа направлена не только на получение этих данных, но и на наглядную демонстрацию влияния такого фактора, как качество обуви, на увеличение вероятности повреждений в области голеностопного сустава.

При наличии каблука высотой 8 см нагрузка на костно-связочный аппарат голеностопного сустава возрастает почти в два раза. Постоянное ношение обуви с высокими каблуками может служить причиной формирования артрозных изменений в суставе, а значительное увеличение суммарного силового эффекта травмирующей силы на голеностопный сустав — приводить к повреждению его элементов.

Выводы

1. Доработанная математическая модель голеностопного сустава позволяет рассчитать нагрузки на лодыжки и дельтовидную связку с учетом антропометрических данных отдельного человека, а также позволяет оценить влияние высоты каблука как на отдельные элементы, так и на голеностопный сустав в целом.

2. При наличии каблука высотой 8 см нагрузка на костно-связочный аппарат голеностопного сустава возрастает почти в два раза.

3. Постоянное ношение обуви с высокими каблуками может послужить причиной формирования артрозных изменений в суставе, а значительное увеличение суммарного силового эффекта травмирующей силы на голеностопный сустав — приводить к повреждению его элементов.