Научные статьи \ Математика. Естественные науки \ Физика \ Механика

Исследование связи между подошвенным давлением и тонусом икроножной мышцы. Разработка и апробация нового экспериментального стенда

Исследование связи между подошвенным давлением и тонусом икроножной мышцы. Разработка и апробация нового экспериментального стенда

Автор: Гуляева А.О., Фалькович А.С., Киреев С.И., Терин Д.В., Магомедов И.М.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 4 (102) т.27, 2023 года.

Бесплатный доступ

Подошвенное давление - важнейший биомеханический параметр для оценки и моделирования условий послеоперационного лечения пациентов с деформацией первого луча стопы. Современная хирургия стопы предполагает раннюю активизацию пациента после операции. Универсальность и надежность такого подхода после хирургической коррекции вальгусной деформации первого пальца стопы вызывает сомнения. В связи с этим проводятся исследования, позволяющие определить количественные параметры подошвенного давления в обычных условиях и при использовании послеоперационной обуви, используемой для его снижения в переднем отделе стопы. Установлена взаимосвязь тонуса икроножной мышцы с подошвенным давлением в переднем отделе стопы. Не проводилось исследований, определяющих влияние тонуса икроножной мышцы на эффективность разгрузки переднего отдела стопы при помощи послеоперационной обуви. Экспериментально изучено подошвенное давление, в том числе с учетом влияния тонуса икроножной мышцы. Разработан и апробирован экспериментальный стенд: с его помощью исследовано распределение давления под стопой у 26 здоровых лиц в положении стоя на платформе и в послеоперационной обуви. Проведена количественная оценка тонуса икроножной мышцы у тех же испытуемых. Сопоставлены подошвенное давление у лиц в послеоперационной обуви и амплитуда тыльного сгибания голеностопного сустава при выпрямленном и согнутом под углом 90 градусов коленном суставе. Средняя величина снижения нагрузки в послеоперационной обуви составила 57%, медиана 60%. Измерение тонуса икроножной мышцы можно применять для предсказания того, уменьшится ли нагрузка на передний отдел стопы при применении специальной обуви. В качестве критерия нужно использовать угол тыльного сгибания стопы: если он превышает 10 градусов, велика вероятность снижения нагрузки на передний отдел. Для показателя тыльной дорсифлексии стопы, измеренной в выпрямленном состоянии коленного сустава, вероятность прогноза эффективности послеоперационной обуви составляет 79%. Аналогичная вероятность при использовании в качестве критерия прогноза амплитуды тыльного сгибания стопы, измеренной при согнутом под углом 90 градусов коленном суставе, оказалась равной 66%.

Еще

Подошвенное давление, натурный эксперимент, плюсневая кость, стопа, испытательный стенд, тонус икроножной мышцы

Короткий адрес: https://sciup.org/146282788

IDR: 146282788   |   УДК: 531/534:   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2023.4.10

Investigation of the relationship between plantar pressure and calf muscle tone. Development and testing of the new test bench

Plantar pressure is the most important biomechanical parameter for evaluating and modeling postoperative treatment conditions for patients with deformity of the first ray of the foot. Modern foot surgery involves early activation of the patient after surgery. The universality and reliability of this approach after surgical correction of valgus deformity of the first toe is questionable. In this regard, studies are being conducted to determine the quantitative parameters of plantar pressure under normal conditions and with the use of postoperative footwear used to reduce it in the forefoot. The relationship between calf muscle tone and plantar pressure in the forefoot has been established. There have been no studies determining the influence of calf muscle tone on the effectiveness of unloading the forefoot using postoperative footwear. The plantar pressure has been studied experimentally, including the influence of the calf muscle tone. An experimental stand was developed and tested: it was used to study the distribution of pressure under the foot in 26 healthy individuals in the standing position on a platform and in postoperative shoes. Quantitative assessment of the tone of the calf muscle in the same subjects was carried out. The plantar pressure in subjects wearing postoperative shoes and the amplitude of dorsal flexion of the ankle joint with the knee joint straightened and flexed at 90 degrees were compared. The mean load reduction in postoperative shoes was 57%, median 60%. Measurement of calf muscle tone (extensibility) can be used to predict whether forefoot loading will be reduced with the use of special shoes. The dorsiflexion angle of the foot should be used as a criterion: if it is greater than 10 degrees, there is a high probability that forefoot loading will be reduced. For dorsiflexion measured at the straightened knee joint, the probability of predicting the effectiveness of postoperative footwear is 79%. A similar probability when using the amplitude of dorsiflexion of the foot measured with the knee joint flexed at 90 degrees as a prediction criterion was 66%.

Еще

Список литературы Исследование связи между подошвенным давлением и тонусом икроножной мышцы. Разработка и апробация нового экспериментального стенда

  • Белова А.Н., Рукина Н.Н., Кузнецов А.Н., Воробьева О.В. Возможности современных технологий биомеханического анализа движений в изучении механизмов спортивных травм (обзор) // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 2. - С. 74-86.
  • Белокрылов Н.М., Скрябин В.Л., Сотин А.В., Миллер Г.В., Шарова Л.В., Шмурак М.И. Исследование индивидуального эксплуатационного ресурса эндопротеза тазобедренного сустава // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 4. - С. 97-103.
  • Голядкина А.А., Полиенко А.В., Киреев С.И., Курманов А.Г., Киреев В.С. Анализ биомеханических параметров остеотомии первой плюсневой кости // Российский журнал биомеханики. - 2019. - Т. 23, № 3. -С. 400-410.
  • Донник А.М., Коссович Л.Ю., Оленко Е.С. Поведение сегмента грудного отдела позвоночника при оскольчатом переломе позвонка до и после хирургического лечения. биомеханический эксперимент // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 1. - С. 25-39.
  • Кручинин П.А., Холмогорова Н.В. Энергетические оценки в стабилометрии // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 1. - С. 60-72.
  • Любкевич А.А., Кручинин П.А. Диффузионный анализ стабилометрических измерений и особенности работы вестибулярного аппарата // Российский журнал биомеханики. - 2023. - Т. 27, № 2. - С. 47-54.
  • Маслов Л.Б., Дмитрюк А.Ю., Жмайло М.А., Коваленко А.Н. Исследование прочности эндопротеза тазобедренного сустава из полимерного материала // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 4. -С. 19-33.
  • Петрушанская К.А., Белова Ю.А., Новикова Е.С. Клинико-биомеханическое обоснование необходимости реабилитации у взрослых пациентов с наследственной прогрессирующей конечностно-поясной мышечной дистрофей, тип 1А: клинический случай // Российский журнал биомеханики. - 2023. - Т. 27, № 1. - С. 55-63.
  • Петрушанская К.А., Котов С.В., Лиждвой В.Ю. Первые результаты применения функциональной электрической стимуляции мышц при ходьбе у пациентов с рассеянным склерозом // Российский журнал биомеханики. - 2022. -Т. 26, № 2. - С. 42-55.
  • Степанян И.В., Гроховский С.С., Савкин М.А. Выявление патобиомеханических маркеров статокинезиограмм на примере нейросетевой идентификации постинсультного состояния // Российский журнал биомеханики. - 2023. -Т. 27, № 1. - С. 98-108.
  • Baumbach S.F., Braunstein M., Seeliger F., Borgmann L., Böcker W., Polzer H. Ankle dorsiflexion: what is normal? Development of a decision pathway for diagnosing impaired ankle dorsiflexion and M. gastrocnemius tightness // Arch. Orthop. Trauma. Surg. - 2016. - Vol. 136, No. 9. -P. 1203-1211.
  • Budhabhatti S.P., Erdemir A., Petre M., Sferra J., Donley B., Cavanagh P.R. Finite element modeling of the first ray of the foot: a tool for the design of interventions // J Biomech Eng. - 2007. - Vol. 129, No. 5. - P. 750-756.
  • Caravaggi P., Giangrande A., Berti L., Lullini G., Leardini A. Pedobarographic and kinematic analysis in the functional evaluation of two post-operative forefoot offloading shoes // J. Foot Ankle Res. - 2015. - Vol. 29, No. 8. - P. 59.
  • Carl H.D., Pfander D., Swoboda B. Assessment of plantar pressure in forefoot relief shoes of different designs // Foot Ankle Int. - 2006. - Vol. 27, No. 2. - P. 117-120.
  • Deleu P.A., Leemrijse T., Vandeleene B., Maldague P., Devos Bevernage B. Plantar pressure relief using a forefoot offloading shoe // Foot Ankle Surg. - 2010. - Vol. 16. - P. 178-182.
  • Eidmann A., Vinke W., Jakuscheit A., Rudert M., Stratos I. The influence of partial weight bearing on plantar peak forces using three different types of postoperative shoes // Foot Ankle Surg. - 2022. - Vol. 28, No. 8. - P. 1384-1388.
  • Fsr-402-short: сайт. - URL: https://www.interlinkelectronics.com/fsr-402-short (дата обращения 03.10.2023).
  • Fuchs M.C.H.W., Hermans M.M.N., Kars H.J.J., Hendriks J.G.E., van der Steen M.C. Plantar pressure distribution and wearing characteristics of three forefoot offloading shoes in healthy adult subjects // Foot (Edinb). - 2020. - Vol. 45. - P. 101744.
  • Fuller E., Schroeder S., Edwards J. Reduction of peak pressure on the forefoot with a rigid rocker-bottom postoperative shoe // J. Am. Podiatr. Med. Assoc. - 2001. -Vol. 91. - P. 501-507.
  • Gatt A., Chockalingam N. Clinical assessment of ankle joint dorsiflexion: a review of measurement techniques // J. Am. Podiatr. Med. Assoc. - 2011. - Vol. 101, No. 1.- P. 59-69.
  • Glod D.J., Fettinger P., Gibbons R.W. A comparison of weightbearing pressures in various postoperative devices // J. Foot Ankle Surg. - 1996. - Vol. 35. - P. 149-154.
  • Guo J., Wang L., Mao R., Chang C., Wen J., Fan Y. Biomechanical evaluation of the first ray in pre-/post-operative hallux valgus: a comparative study // Clin. Biomech. (Bristol, Avon). - 2018. - Vol. 60. - P. 1-8.
  • He Y.J., Zheng X.L., Wang D.F., Mu Z.Z., Li G.Y., Fang Z.Z., Fei W., Huan K. Static and dynamic plantar pressure distribution in 94 patients with different stages of unilateral knee osteoarthritis using the footscan® platform system: an observational study // Med. Sci. Monit. - 2023. - Vol. 29. -P. e938485.
  • Kim J.S., Cho H.K., Young K.W., Kim J.S., Lee K.T. Biomechanical comparison study of three fixation methods for proximal chevron osteotomy of the first metatarsal in hallux valgus // Clin. Orthop. Surg. - 2017. - Vol. 9, No. 4. -P. 514-520.
  • Krause D.A., Cloud B.A., Forster L.A., Schrank J.A., Hollman J.H. Measurement of ankle dorsiflexion: a comparison of active and passive techniques in multiple positions // J. Sport Rehabil. - 2011. - Vol. 20, No. 3. -P. 333-344.
  • Li Y., Wang Y., Wang F., Tang K., Tao X. Biomechanical comparison between rotational scarf osteotomy and translational scarf osteotomy: a finite element analysis // Orthop. Surg. - 2023. - DOI: 10.1111/os.13903.
  • Lorei T., Klarner H., Rosenbaum D. Influence of postoperative shoes on plantar pressure patterns // Z Orthop Ihre Grenzgeb. - 2006. - Vol. 144. - P. 153-157.
  • Martinez L., Lalevee M., Beldame J., L'Hermette M., Brunel H., Dujardin F., Billuart F. Reliability of a new computerized equinometer based on Silfverskiöld test to measure gastrocnemius tightness // PLoS One. - 2023. - Vol. 18, No. 4. - P. e0284279.
  • McNab B., Sadler S., Lanting S., Chuter V. The relationship between foot and ankle joint flexibility measures and barefoot plantar pressures in healthy older adults: a cross-sectional study // BMC Musculoskelet Disord. - 2022. - Vol. 23, No. 1. - P. 729.
  • Notni A., Fuhrmann R.A. Plantare Druckverteilungsmessung an Vorfussentlastungsschuhen [Measuring plantar weight distribution of shoes with forefoot support] // Z. Orthop. Ihre. Grenzgeb. - 1999. - Vol. 137, No. 3. - P. 280-283.
  • Pololu Robotics and Electronics: сайт. - URL: https://www.pololu.com/file/0J749/FSR400-Series-Integration-Guide-13.pdf (дата обращения: 03.10.2023).
  • Robinson A.H., Limbers J.P. Modern concepts in the treatment of hallux valgus // J. Bone Joint. Surg. Br. - 2005. - Vol. 87, No. 8. - P. 1038-1045.
  • Sarmah S.S., Hossain F.S., Mishra V. Effectiveness of the reverse camber shoe in postoperative hallux valgus surgery // Foot Ankle Spec. - 2012. - Vol. 5. - P. 245-248.
  • Schuh R., Trnka H.J., Sabo A., Reichel M., Kristen K.H. Biomechanics of postoperative shoes: plantar pressure distribution, wearing characteristics and design criteria: a preliminary study // Arch. Orthop. Trauma Surg. - 2011. -Vol. 131. - P. 197-203.
  • Sezer H.B., Hardy A., Lopes R. Baropodometric comparison of orthopedic footwear to assess the effectiveness of pairs of orthopedic shoes for reducing the forefoot pressure // Jt. Dis. Relat. Surg. - 2022. - Vol. 33, No. 2. - P. 323-329.
  • Trnka H.J., Parks B.G., Ivanic G., Chu I.T., Easley M.E., Schon L.C., Myerson M.S. Six-Wrist metatarsal shaft osteotomies: mechanical and immobilization comparisons // Clin. Orthop. Relat. Res. - 2000. - Vol. 381. - P. 256-265.
  • Xie Q., Li X., Wang P. Three dimensional finite element analysis of biomechanics of osteotomy ends with three different fixation methods after hallux valgus minimally invasive osteotomy // J. Orthop. Surg. (Hong Kong). - 2023. - Vol.31, No. 2. - P. 10225536231175235.
  • Xu C., Wen X.X., Huang L.Y., Shang L., Cheng X.X., Yan Y.B., Lei W. Normal foot loading parameters and repeatability of the Footscan® platform system // J. Foot Ankle Res. - 2017. - Vol. 10. - P. 30.
  • Zhao B., Qian F., Hatfield A., Zuo L., Xu T.B. A Review of Piezoelectric Footwear Energy Harvesters: Principles, Methods, and Applications // Sensors (Basel). - 2023. -Vol. 23, No. 13. - P. 5841.
  • Zulkifli S.S., Loh W.P. A state-of-the-art review of foot pressure // Foot Ankle Surg. - 2020. - Vol. 26, No. 1. -P. 25-32.
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp