Кинематический анализ суставов нижних конечностей у гимнасток в возрасте 12-14 лет

O.I. Vorontsova1, , L.A. Udochkina2, , 1 Astrakhan State University, Astrakhan, Russia

Введение. Исследование состояния опорно-двигательного аппарата детей, занимающихся спортом, – актуальная проблема, которую ученые решают уже не первое десятилетие. С появлением новых средств диагностики, оказывающих минимальное воздействие на организм ребенка, например, системы трехмерного видеоанализа данных, подобные исследования выходят на новый уровень развития.

Художественная гимнастика в России является достаточно популярным видом спорта. Работает около 600 спортивных организаций, занимающихся подготовкой спортсменок. В них занимается более 85 тыс. человек. Также необходимо отметить, что дети начинают заниматься этим видом спорта достаточно рано – в 3–4 года, что, безусловно, несет риск развития различных нарушений здоровья и, в частности, острых и хронических травм опорнодвигательного аппарата. У этих спортсменов незрелая опорно-двигательная система, и, следовательно, они более восприимчивы к травмам [10]. Гимнастика относится к видам спорта с высокой травматичностью в связи с многообразием видов многоборья, большим количеством гимнастических элементов и связок, а также с повышенными трудностями при выполнении комбинаций [4]. Рост числа соревнований, внедрение новых технологий спортивной тренировки, приводит к повышению объема нагрузок на организм ребенка. Занятия художественной гимнастикой требуют наличия низкой жировой массы тела, высокой гибкости и координации, повышенных силовых способностей и выносливости. Комбинация этих факторов является потенциальным риском возникновения различных травм [3]. Показатели травматизма в гимнастике варьируются от 1,08 до 50,3 травм на 1000 ч занятий. Согласно исследованиям зарубежных ученых, больше всего травм происходит на соревнованиях, меньшее количество – на тренировках [15].

Локализации травм у спортсменок, занимающихся художественной гимнастикой, посвящено достаточное количество исследований. Виды травм можно условно разделить на острые и хронические. Причем ярко выражено преобладание хронических травм над острыми. Так, A. Cupisti с соавт. (2007) отмечает, что частота острых травм у девушек, занимающихся художественной гимнастикой, по сравнению с группой девушек того же возраста, не занимающихся спортом, выше в 3 раза. Безусловно, здесь стоит также учитывать большее количество часов, которые гимнастки проводят на тренировках. Была установлена корреляция между временем, которое гимнастки уделяют спортивной практике, и возрастающей биомеханической нагрузкой на опорно-двигательный аппарат [12]. Острые травмы преимущественно локализуются в нижних конечностях. Большая часть из них приходится на стопу и голеностопный сустав (38 %), коленный сустав (19 %), бедро и тазобедренный сустав (15 %). Далее следуют повреждения спины (17 %) и другие травмы [14]. Отечественные ученые пришли к выводу, что чаще всего гимнастки травмируют стопы (31,6 %), далее следуют травмы верхних конечностей (22,4 %) и травмы спины (21,1 %) [1]. Накопление микроповреждений приводит к появлению хронических травм, на чью долю приходится 75 % всех заболеваний [8]. Игнорирование незначительных повреждений и болевых ощущений приводит к тому, что начинают развиваться более серьезные проблемы, перегружаются все отделы опорно-двигательного аппарата. Тем не менее проведено недоста- точное количество исследований функции опорно-двигательной системы гимнасток при помощи технологии клинического анализа походки. Перспективные исследования кинематики движений суставов могут помочь выявить причины серьезных травм у гимнасток [13]. Системный мониторинг состояния опорно-двигательного аппарата спортсменок, занимающихся художественной гимнастикой, при помощи систем трехмерного видеоанализа данных позволит предотвратить развитие хронических патологий и обеспечить раннюю ее диагностику.

Материалы и методы. Исследование проводилось в Астраханском государственном университете на базе ЦКП «Трехмерное исследование биомеханики движений». Работы по оценке состояния функции суставов нижних конечностей были организованы при помощи системы трехмерного видеоанализа данных Vicon (системы захвата и анализа движений). Программно-аппаратный комплекс Vicon включает в себя десять цифровых инфракрасных камер Vicon T40, две видеокамеры Bonita 720, динамометрическую платформу AMTI, цифровой мультиплексный коммутатор Vicon Giganet Lab, программное обеспечение Vicon Nexus 2.0, Vicon Polygon 4.2.

В исследовании принимали участие 47 спортсменок, занимающихся художественной гимнастикой не менее 5 лет. Возраст девушек в данной группе составил 12–14 лет. В группу сравнения вошли 42 условно здоровые девушки того же возраста, которые профессионально не занимались спортом, не предъявляли жалоб к состоянию опорнодвигательного аппарата, прошли предварительное медицинское обследование.

Применялся метод клинического анализа походки. Анализировалась динамика угловых перемещений суставов нижних конечностей в трех плоскостях. Испытуемым предлагалось пройти дистанцию в 6 метров по динамометрической платформе в естественной для себя манере с одинаковой скоростью. Начало движения и остановка осуществлялись по вербальной команде оператора. Для адаптации к условиям эксперимента потребовалось 3–4 пробных прохождения дистанции. В зависимости от качества захвата движения выполнялось 7–9 основных прохождений дистанции. Фиксировались пространственно-временные характеристики походки и угловые перемещения сегментов конечностей в голеностопном, коленном и тазобедренном суставах. Определяли и анализировали следующие параметры: каденция (частота шагов в минуту), время двойной поддержки (время, когда обе нижние конечности в цикле шага находятся в контакте с опорой), время одиночной поддержки (время, когда только одна конечность находится в контакте с опорой), длина шага, ширина шага, время и скорость шага. Сравнительный анализ двух групп проводился методами математической статистики при помощи программного обеспечения Microsoft Excel. Поиск достоверности различий между двумя средними осуществлялся с помощью критерия Стьюдента. Отличия полагались статистически значимыми при Р < 0,05

Результаты. Результаты анализа пространственно-временных характеристик походки приведены в таблице. В группе девушек, занимающихся художественной гимнастикой, отмечено увеличение каденции 118 ± 1,2 ш./мин в то время как в группе сравнения данный показатель составил 109 ± 1,3 ш./мин. Вследствие этого также отмечено уменьшение длины шага 0,56 ± 0,022 м у гимнасток и 0,63 ± 0,025 – у девушек, не занимающихся спортом. Суще-

Пространственно-временные характеристики походки у 12–14-летних девушек-гимнасток и девушек, не занимающихся спортом Spatio-temporal characteristics of gait in female gymnasts and non-athletes, ages 12–14

Каденция (ш./мин) Cadence (step/min) Двойная поддержка (с) Double support (s) Одиночная поддержка (с) Single support (s) Длина шага (м) Step length (m) Ширина шага (м) Step width (m) Время шага (с) Step time (c) Скорость походки (м/c) Speed (m/s) Группа сравнения Control group 109 ± 1,3 0,20 ± 0,057 0,45 ± 0,018 0,63 ± 0,025 0,14 ± 0,024 1,11 ± 0,041 1,14 ± 0,069 Группа гимнасток Athletes 118 ± 1,2 0,18 ± 0,017 0,41 ± 0,019 0,56 ± 0,022 0,12 ± 0,028 1,02 ± 0,043 1,11 ± 0,078 ственных различий в параметрах времени двойной и одиночной поддержки, ширины и времени шага, скорости походки не выявлено.

Были проанализированы угловые перемещения в голеностопном суставе в цикле шага согласно схеме, разработанной ранее [2]. У девушек, занимающихся художественной гимнастикой, выявлены изменения в угловых перемещениях сегментов нижней конечности в голеностопном суставе во всех трех плоскостях, значительное увеличение угла супинации в левом голеностопном суставе на протяжении всего шагового цикла (рис. 1). В фазе переноса пик супинации составил в контрольной группе 5,57 ± 0,24°, в группе гимнасток – 20,9 ± 0,27°.

В фазе опоры слева у девушек, занимающихся гимнастикой, выявлено значительное увеличение амплитуды дорсоплантарного сгибания стопы в голеностопном суставе (в контрольной группе 19,2 ± 0,25°, в группе сравнения 29,4 ± 0,32°) (рис. 2).

В течение всего шагового цикла в группе гимнасток наблюдалось увеличение угла отведения левой стопы 3,33 ± 0,24°, в группе сравнения этот показатель составил 7,11 ± 0,27°.

Проанализировав угловые перемещения сегментов конечности в коленном суставе, мы пришли к следующим выводам. Сгибание и разгибание в коленном суставе у девушек в группе гимнасток находится в пределах нормы. В группе девушек-гимнасток слева зафиксировано преждевременное наступление пика наружней ротации большеберцовой кости в цикле шага. Также у гимнасток слева отмечено увеличение вальгусной позиции на протяжении всего цикла шага 42,2 ± 0,27°, тогда как у девушек, не занимающихся спортом, этот показатель составил 17,4 ± 0,31°. Справа выявлены признаки увеличения вальгусной позиции, которые можно объяснить компенсаторным механизмом – копированием здоровой конечностью изменений больной (рис. 3).

При анализе угловых перемещений конечности в тазобедренном суставе выявлены следующие показатели. Выраженных отклонений в сгибании/разгибании в этом суставе в группе гимнасток относительно группы сравнения не обнаружено. В фазе опоры в группе девушек, занимающихся художественной гимнастикой, отмечается значительное увеличение угла приведения конечности в фазе опоры, а в фазе переноса уменьшение угла ее отведения в тазобедренном суставе по сравнению с нормативными параметрами. Также наблюдается увеличение угла наружней ротации слева: в группе сравнения в пике фазы

Рис. 1. График ротационных перемещений голе- Рис. 2. График дорсального/плантарного сгибания ностопного сустава: *синяя линия – гимнастки, голеностопного сустава: *синяя линия – группа срав-красная линия – левая нога, зеленая линия – нения, красная линия – левая нога, зеленая линия – правая нога                                        правая нога

Fig. 1. Rotational movements of the ankle joint:   Fig. 2. Dorsal/plantar flexion of the ankle joint: *blue line –

*blue line – control group, red line – left leg, green control group, red line – left leg, green line – right leg line – right leg

Рис. 3. График угловых перемещений коленного сустава во фронтальной плоскости: *синяя линия – группа сравнения, красная линия – левая нога, зеленая линия – правая нога

Fig. 3. Angular movements of the knee joint in the frontal plane: *blue line – control group, red line – left leg, green line – right leg

Рис. 4. График ротационных движений тазобедренного сустава во фронтальной плоскости: *синяя линия – группа сравнения, красная линия – левая нога, зеленая линия – правая нога

Fig. 4. Rotational movements of the hip joint in the frontal plane: *blue line – control group, red line – left leg, green line – right leg

переноса он составил 20,6 ± 0,29°, в группе гимнасток – 43,4 ± 0,38° (рис. 4).

Заключение. Травмы голеностопного сустава в художественной гимнастике занимают одно из первых мест среди острых травм, чаще всего встречаются растяжения связок при инверсии стопы внутрь, повреждения заднего большеберцового сухожилия, разрывы ахиллова сухожилия, а также переломы в области лодыжки [9].

Выявленное нами увеличение угла супинации стопы в голеностопном суставе часто приводит к растяжению передней таранномалоберцовой и пяточной малоберцовой связок. Осложнением при этом может быть рецидивирующий подвывих малоберцовых сухожилий [6]. Вероятнее всего, острые повреждения стоп происходят от постоянной прыжковой нагрузки и частоты приземлений после выполнения упражнений на опорную поверхность. Прыжки занимают порядка 50 % времени от всего упражнения в соревновательной практике гимнасток [5].

Коленный сустав является вторым наиболее травмируемым суставом в художественной гимнастике. Так, Z. Kerr с соавт. обнаружили, что на колено приходится наибольшая доля самых тяжелых травм, требующих хи- рургического вмешательства [11]. Отмеченное нами увеличение вальгусной позиции коленного сустава на протяжении всего цикла шага также, вероятнее всего, связано с нагрузкой на него при выполнении отдельных элементов, например, таких как grand jete, и может привести к повышенному риску травмы этого сустава. Зарегистрированное в процессе проведения исследования увеличение угла отведения левой стопы объясняет увеличение угла наружной ротации тазобедренного сустава.

Хронические травмы гимнасток чаще всего представлены усталостными повреждениями в форме тендинита, воспалениями других мягких тканей и усталостных переломов [7]. Их часто называют термином «колено прыгуна», так как возникают они вследствие продолжительных тренировок, многочисленных прыжков и приземлений, после таких микротравм спортсмены не успевают восстанавливаться, и в итоге это приводит к воспалению и дегенерации тканей связок.

У девушек-гимнасток выявлены следующие изменения в пространственно-временных характеристиках походки: увеличение каденции 118 ± 1,2 ш./мин и уменьшение длины шага 0,56 ± 0,022 м. В угловых перемещениях суставов нижних конечностей отмечены изменения: в голеностопном суставе - увеличение угла супинации на протяжении всего шагового цикла, увеличение амплитуды дорсо-плантарного сгибания, увеличение угла отведения стопы; в коленном суставе - увеличение вальгусной позиции на протяжении всего цикла шага; в тазобедренном суставе -увеличение угла приведения в фазе опоры, а в фазе переноса - уменьшение угла отведения тазобедренного сустава.

Применение системы трехмерного видеоанализа данных может способствовать развитию стратегии профилактики травматизма среди гимнасток, основанной на биомеханическом анализе состояния опорно-двигательного аппарата. Такие исследования помогут снизить частоту и тяжесть спортивных травм путем количественной оценки воздействия факторов риска и выявления механизмов травматизма, а также оптимизацией тренировочного процесса.