Наш метод определения механических свойств стопы человека
Автор: Перепелкин Андрей Иванович, Мандриков Виктор Борисович, Краюшкин Александр Иванович, Атрощенко Екатерина Сергеевна
Журнал: Бюллетень науки и практики @bulletennauki
Рубрика: Медицинские науки
Статья в выпуске: 4 (5), 2016 года.
Бесплатный доступ
Объектом исследования послужили механические характеристики стоп у здоровых юношей и девушек Волгоградского государственного медицинского университета. Целью работы явилось получение данных об упругих характеристиках стопы в естественных условиях у лиц юношеского возраста. Стопа при нормальных нагрузках испытывает упругие деформации (деформация стопы полностью исчезает при снятии нагрузки). В данной работе рассматривается упругая деформация стопы в вертикальной плоскости, поэтому воспользовались одномерным вариантом закона Гука. Модуль упругости в этом случае является характеристикой рессорной функции стопы. Исследование морфофункционального состояния стопы осуществлялось при помощи компьютерного плантографического комплекса (ООО «Ортопед», Волгоград) и включало также системный анализ и графоаналитическую расшифровку цифрового изображения стопы. В зависимости от задаваемой нагрузки на стопу, равной пятидесяти и восьмидесяти процентам массы тела, проводилось сканирование подошвенной поверхности стопы, и одновременно измерялась высота ее продольного свода. Вычисляли коэффициенты деформации, упругости и Пуассона, а также модуль Юнга. В ходе проведенного исследования было выявлено, что наибольший коэффициент деформации у лиц обоего пола отмечен вдоль вертикальной оси стопы, а наименьший - вдоль ее сагиттальной оси. Наибольший коэффициент Пуассона у лиц обоего пола был вдоль сагиттальной оси, при этом его значение у юношей было больше по сравнению с девушками. Модуль Юнга был выше у юношей. Полученные данные об упругости стопы человека позволяют охарактеризовать ее амортизирующую функцию в норме и степень ее потери при различных деформациях. Разработанный программно-компьютерный комплекс и программная реализация диагностики анатомо-функциональных параметров позволяют проводить оценку упругости стопы человека. Показатели стопы (модуль Юнга, коэффициенты Пуассона, упругости и деформации) характеризуют ее рессорную функцию и способность сопротивляться действию нагрузок. Таким образом, для юношеского возраста выявлена половая дифференциация упругих специфичных характеристик стопы. Разработанный метод целесообразно использовать для исследования упругих свойств стопы у лиц различных возрастных групп, спортивных специализаций, а также у больных с заболеваниями опорно-двигательного аппарата.
Упругость стопы, коэффициент упругости, коэффициент деформации, модуль юнга, компьютерная плантография, юношеский возраст
Короткий адрес: https://sciup.org/14110855
IDR: 14110855 | УДК: 617.586-007.58:611.986:378.4 | DOI: 10.5281/zenodo.54025
Our method the determination of the mechanical features of the human foot
The mechanical characteristics of the feet of 175 healthy (without any pathology of musculoskeletal system) young men and 315 young women of the Volgograd state medical university at the age from 17 to 21 years old were observed. The research purpose was to acquire data about the resilient characteristics of the foot under the natural conditions at young persons of both sexes. The examination of the morphofunctional condition of the foot was carried out by means of the computerized plantography, involving the systemic analysis and graphical analytical interpretation of the digital image of the foot. Scanning of the plantar surface of the foot was carried out consistently under compressive loads on each foot which were equal to 50% and 80% of the person's body weight. The height of the longitudinal arch of the foot was measured concurrently. Resilience coefficient, deformation coefficient, Young's module and Poisson's coefficient were calculated in both groups. As a result of the fulfilled research it was revealed that the highest deformation coefficient in the persons of both sexes was found along the vertical axis of the foot. The lowest deformation coefficient was revealed along the sagittal axis of the foot. The persons of both sexes had the greatest Poisson's coefficient along the frontal axis of the foot. Poisson's coefficient of the women foot in this axis was higher in comparison with young men. Tensile modulus or Young's modulus of the young men was greater than that of young women. The obtained data of the elasticity of the human foot allow to characterize its amortisation function in normal condition and the extent of its loss at various foot deformations. The proposed computerized diagnostic module and the computerized detection of morphofunctional parameters allow to carry out an assessment of the human foot elasticity. The foot indicators (resilience coefficient, deformation coefficient, Young's modulus and Poisson's coefficient) characterize its amortisation function and ability to resist the action of loadings. Thus, a sexual differentiation of specific resilient characteristics of the foot in youth is identified. The developed method can be used for the investigation of elastic properties of the human foot in various age groups, sports specializations, and in patients with various foot anomalies (diseases).
Список литературы Наш метод определения механических свойств стопы человека
- Перепелкин А. И., Калужский С. И., Краюшкин А. И., Атрощенко Е. С. Алгоритмы определения формы стопы по ее изображению при выполнении оптической плантографии//Научный вестник. 2015. №3 (5). С. 77-89.
- Перепелкин А. И., Краюшкин А. И., Атрощенко Е. С. Соматотипологические характеристики стопы юношей и девушек из России и Малайзии//Журнал анатомии и гистопатологии. 2015. Т. 4, №3. С. 97.
- Перепелкин А. И., Краюшкин А. И., Атрощенко Е. С. О методе определения упругих характеристик стопы человека//Научно-практическая конференция профессорско-преподавательского коллектива, посвященная 80-летию Волгоградского государственного медицинского университета: труды/под ред. акад. РАН В. И. Петрова. Волгоград: ВолгГМУ, 2015. С.139-143.
- Перепелкин А. И., Краюшкин А. И., Атрощенко Е. С. Упругие характеристики стопы человека//Международный научно-исследовательский журнал. 2015. №8-3 (39). С. 125-128.
- Перепелкин А. И., Мандриков В. Б., Краюшкин А. И., Плешаков И. А., Атрощенко Е. С. Анатомические параметры стопы девушек различных соматотипов при возрастающей нагрузке//Международная научно-практическая конференция «Современные тенденции в науке и образовании» (28 февраля 2015 г.): труды, в 5 частях. Часть I. М.: «Р-Консалт», 2015. С. 24-25.
- Перепелкин А. И., Мандриков В. Б., Краюшкин А. И., Плешаков И. А., Атрощенко Е. С. Антропометрические параметры стопы юношей при динамической нагрузке//Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития науки и образования» (28 февраля 2015 г.): труды, в 13 частях. Часть 6. Тамбов: Консалтинговая компания Юком, 2015. С. 115-116.
- Перепелкин А. И., Мандриков В. Б., Краюшкин А. И., Плешаков И. А., Атрощенко Е. С. Плантографические параметры у больных со сколиозом//V международная научно-практическая конференция «Наука в современном информационном обществе» (North Charleston, USA, 26-27 января 2015 г.): материалы. Т. 1. С. 21-24.
- Blackburn J. T, Bell D. R, Norcross M. F, Hudson J. D, Kimsey M. H. Sex comparison of hamstring structural and material properties. Clin Biomech, 2009, v. 24, no. 1, pp. 65-70.
- Foure A., Cornu C., McNair P. J., Nordez A. Gender differences in both active and passive parts of the plantar flexors series elastic component stiffness and geometrical parameters of the muscle-tendon complex. J. Orthop. Res, 2012, v. 30, no. 5, pp.707-712.
- Hashemi J., Chandrashekar N., Mansouri H., Slauterbeck J. R., Hardy D. M. The human anterior cruciate ligament: sex differences in ultrastructure and correlation with biomechanical properties. J. Orthop. Res, 2008, v. 26, no. 7, pp. 945-950.
- Mariotti A., Rumpf D., Malakhova O., Cooper B. Gender-specific differences in temporomandibular retrodiscal tissues of the goat. Eur. J. Oral Sci, 2000, v.108, no. 5. pp. 461-463.
- Morse C. I. Gender differences in the passive stiffness of the human gastrocnemius muscle during stretch. Eur. J. Appl. Physiol, 2011, v. 111, no. 9. pp. 2149-2154.
- Perepelkin A., Mandrikov V., Krayushkin A., Atroschenko K. Anatomical justification of mechanical characteristics of the human foot//Book of abstracts of the 7-th International Symposium of clinical and applied anatomy (ISCAA) (Bratislava, Slovakia, September, 2015). Comenius university in Bratislava, 2015, pp. 83.
- Perepelkin A. I., Mandrikov V. B., Krayushkin A. I. Individual and typological characteristics of the human foot in the age aspect. Raleigh, North Carolina, USA, Lulu Press, 2015, 175 p.
- Perepelkin A., Mandrikov V., Krayushkin A., Atroschenko K. Mechanical characteristics of the human foot. Proceedings of the VII International Academic Congress “Innovation in the Modern World” (Australia, Sydney, 18-20 May 2015), v. III, Sydney University Press, 2015, pp. 87-91.
- Shultz S. J., Pye M. L., Montgomery M. M., Schmitz R. J. Associations between lower extremity muscle mass and multiplanar knee laxity and stiffness: a potential explanation for sex differences in frontal and transverse plane knee laxity. Am. J. Sports Med, 2012, v. 40, no. 12, pp. 2836-2844.
