Математическое моделирование ходьбы человека при комбинированной контрактуре тазобедренного сустава

Abstract

Введение. Различные варианты остеоартрозов тазобедренного сустава (коксартроз) играют ключевую роль в снижении двигательной активности. Основной жалобой при коксартрозе является боль, характер, интенсивность, продолжительность и локализация которой зависят от стадии дистрофического процесса. Цель работы: провести математическое моделирование для оценки силы мышц нижней конечности, необходимой для осуществления нормального шага, при контрактуре тазобедренного сустава, которая развивается при III стадии коксартроза. Материалы и методы. Моделирование ходьбы проводили в программной системе OpenSim. В качестве базовой модели была взята модель gait2394. В базовой модели была смоделирована комбинированная контрактура тазобедренного сустава путем ограничения движений в разных плоскостях: флексия — 0/20/70°, ротация — 1/0/1°, абдукция — 5/0/15°. Приведены сравнения силы мышц нижних конечностей при ходьбе нормальной модели и модели с контрактурой. Результаты. При ходьбе мышцы выполняют преимущественно сгибательно-разгибательные движения, амплитуда которых не превышает 50–60° при минимальном приведении/отведении. При сложных контрактурах тазобедренного сустава на ходьбу больше влияет недостаточность мышц, отвечающих за сгибание и разгибание нижней конечности. Анализировали работу мышц по зонам их расположения — задняя и передняя поверхность бедра, медиальные мышцы бедра и ягодичные. Мышцы задней поверхности бедра для выполнения нормального шага должны развивать силу на 30 % больше, чем при нормальном функционировании сустава, мышцы передней поверхности бедра работают с превышением силы на 30 %. Увеличивается минимальное усилие мышц от 10 до 15 %, то есть не происходит полной релаксации мышц и они находятся в постоянном напряженном состоянии. Больше напряжены мышцы задней поверхности бедра — Biceps Femoris Short Head (на 53 %) и m. semitendinosus (на 100 %) в момент отрыва пятки и передней поверхности бедра — rectus femoris (83,16 %) при переносе стопы. M. semitendinosus не имеет периода расслабления, то есть минимальное усилие превышает норму на 70 %. Выводы. Контрактура тазобедренного сустава приводит к изменению анатомических соотношений сустава, что приводит к значительному нарушению работы мышц. По данным, полученным при моделировании комбинированной контрактуры тазобедренного сустава, было доказано, что страдают не только мышцы бедра, но и мышцы всей нижней конечности. Больше всего страдают мышцы, отвечающие за сгибание бедра при переносе стопы — это мышцы передней и задней поверхностей бедра, и нарушения в их работе ведут к изменению функционирования мышц вокруг коленного сустава и ниже — вокруг голеностопного сустава и стопы. Укорочение конечности через сгибательную контрактуру ведет к значительному перенапряжению мышц ягодичной группы, ответственных за поддержку равновесия. Таким образом, контрактура тазобедренного сустава влияет на работу мышц всей нижней конечности.