Informative value of indicators of load distribution along the foot in the course of treatment of hip fractures according to Ilizarov

Abstract

The distribution of the load on the anterior and posterior parts of the foot was studied in 20 patients with fresh closed diaphyseal femoral fractures during treatment with the Ilizarov compression-distraction apparatus. The indices of the load distribution along the foot (load on the heel / load on the toe) were studied depending on the examination conditions (in the standing position of the patient, while walking) and the time elapsed from the start of treatment.

Full Text

Исследовано распределение нагрузки на передний и задний отделы стопы у 20 больных со свежими закрытыми диафизарными переломами бедра в процессе лечения компрессионно-дистракционным аппаратом Илизарова. Изучены показатели распределения нагрузки по стопе (нагрузка на пятку/нагрузка на носок) в зависимости от условий обследования (в положении больного стоя, при ходьбе) и срока, прошедшего от начала лечения. Установлено, что показатель распределения нагрузки по стопе при естественной ходьбе больного является информативным критерием степени восстановления опорно-динамической функции травмированной конечности.

Цель настоящей работы заключалась в оценке информативности показателей распределения нагрузки по стопе для суждения о степени восстановления опорнодинамической функции в процессе лечения травм проксимального сегмента нижней конечности.

Обследуемую группу составили 20 больных в возрасте от 16 до 52 лет, находившихся на лечении по поводу свежих закрытых диафизарных переломов бедра. В качестве нормы взяты результаты измерений у 13 здоровых лиц, возраст которых был в тех же пределах.

Величину функциональной нагрузки мы измеряли в удобной ортоградной стойке больного при произвольном положении стоп, а также при ходьбе в естественном ритме с использованием на ранних этапах лечения дополнительных средств опоры. Длительность каждого вида обследования составляла 10 мин. Всего выполнено 144 измерения.

Обследование проводили следующим образом. Больной надевал специальную обувь с укрепленными под подошвой датчиками давления. Датчики размещались под пяткой и передним отделом стопы соответственно проекции головок плюсневых костей. Величины усилий, прилагаемых к датчикам, интегрировались за время обследования с помощью устройства, разработанного в КНИИЭКОТ [3]. О характере распределения нагрузки по стопе судили по показателю:

$\mathrm{К}=\frac{\mathrm{нагрузка} \mathrm{на} \mathrm{пятку}}{\mathrm{нагрузка} \mathrm{на} \mathrm{носок}}$

Величины показателей распределения нагрузки К, усредненные по декадам лечения, представлены на графике (5—7 замеров в каждой точке, см. рис.). Полученные экспериментальные зависимости аппроксимированы уравнениями линейной и гиперболической функций [2]. О точности аппроксимации судили по величине среднего квадрата отклонений (дисперсии):

$\sigma =\frac{\sum _{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{n}}{\left[{\mathrm{f}}_{\mathrm{n}}\left(\mathrm{x}\right)-\mathrm{y}{\left(\mathrm{x}\right)}^2\right]}^2}{\mathrm{n}-1}$

где:

f_n (х)—значение аппроксимирующей функции, у(х)—усредненные значения коэффициентов распределения нагрузки по стопе, n—число аппроксимируемых точек.

Значения коэффициентов аппроксимирующих уравнений и ошибки аппроксимации представлены в таблице. Часть необходимых расчетов выполнена на ЭВМ «Наири-2» по программе, составленной сотрудником института А. П. Шейиным.

В группе здоровых лиц нагрузка на пяточный отдел стопы в положении стоя в среднем вдвое превышала нагрузку на носок (К=1,99±0,12). При ходьбе доли нагрузки значительно выравнивались (К=1,13±0,12). Многократное обследование, здоровых лиц в течение месяца выявило высокую стабильность показателей распределения нагрузки по стопе, а также независимость их от фактора времени.

У больных с переломами бедра обследование в положении стоя выявило значительные индивидуальные вариации в распределении нагрузки по стопе. Разброс экспериментальных точек довольно велик, и область их рассеивания вытянута параллельно оси абсцисс (см. рис.).

Распределение нагрузки по стопе (К) в положении стоя (А) и при ходьбе (Б) в процессе лечения переломов бедра (t — время с момента травмы в декадах) и аппроксимация экспериментальных точек линейной (штриховая линия) и гиперболической (сплошная кривая) функциями

Аппроксимация точек линейной и гиперболической функциями дает в обоих случаях значительную и примерно равную погрешность. Низкие значения коэффициентов k аппроксимирующих функций свидетельствуют о слабой зависимости усредненных значений показателя распределения нагрузки по стопе от фактора времени.

Значения коэффициентов уравнений аппроксимирующих функций

	Линейная функция: f(x)=kх+b			Гиперболическая функция: f(x)=k/х+b
Вид	значения коэффициентов		ошибка аппроксимации (σ2)	значения коэффициентов		ошибка аппроксимации (σ2)
обследования	k	b		k	b
В положении стоя	0,05	2,30	19,36∙10-2	—0,85	2,90	18,80∙10-2
При ходьбе	0,24	4,80	23,57∙10-2	10,85	1,05	7,65∙10-2

Иной характер носило распределение экспериментальных точек, отражающих усредненные значения показателей распределения нагрузки по стопе больной конечности при ходьбе (см. рис.). Экспериментальные точки хорошо аппроксимируются гиперболической функцией и значительно хуже линейной. Разброс их невелик. Высокое значение коэффициента k в уравнении гиперболической функции указывает на выраженную нелинейную зависимость усредненных значений показателей распределения нагрузки от срока обследования. Скорость изменения значений функции (первая производная) особенно высока на начальных декадах лечения.

Выявленные различия в распределении нагрузок на отделы стопы в зависимости от вида и срока обследования тесно связаны с физиолого-биомеханическими аспектами функционирования здоровой и травмированной конечности в удобной ортоградной стойке и при ходьбе в произвольном темпе по горизонтальной поверхности. Обследование больных с переломами бедренной кости, проведенное нами ранее [1], выявило существенные различия в величинах функциональной нагрузки на обе конечностей в удобной ортоградной стойке и при ходьбе лирование в процессе заживления перелома.

В условиях статики более опорная нога выполняет основную работу и по поддержанию вертикального положения тела путем активного изменения тонуса мышц синергистов — сгибателей и разгибателей голени — и связанного с ним распределения опорного усилия по стопе. В связи с этим распределение нагрузки по стопе травмированной конечности в статике лишено явного физиолого-биомеханического содержания, и не удивительно, что данный параметр не зависит от срока заживления перелома. Высокая вариабель соотношения К, может быть связана с индивидуальными особенностями постановки, стопы и опоры на нее при ортоградной стойке.

При ходьбе характер взаимодействия стопы травмированной конечности с опорой совершенно иной. В момент переноса здоровой ноги опорно-динамическая функция в значительной мере выполняется травмированной конечностью (в начале лечения больная нога при ходьбе частично разгружается за счет дополнительных средств опоры и компенсаторных движений других сегментов тела). Постановка травмированной конечности на опору сопровождается пассивным передним толчком, а отрыв — активным задним. И то, и другое требуют значительной активности мышц не только голени, но и бедра, т. е. травмированного сегмента конечности с наложенным компрессионно-дистракционным аппаратом. Иными словами, качество выполнения опорнодинамической функции и, следовательно, характер распределения нагрузки на отделы стопы зависят от степени восстановления функциональной дееспособности травмированной конечности. Это восстановление, как свидетельствует график аппроксимирующей функции, происходит нелинейно, и скорость его наиболее высока в первые декады лечения травмы.

Таким образом, показатель распределения нагрузки по стопе при ходьбе достоверно характеризует степень восстановления опорно-динамической функции травмированной конечности. Наибольшую информативность данный показатель имеет в начальном периоде лечения.