Введение
Сколиотическая болезнь является объектом многочисленных разработок и исследований самых различных специалистов медицины. Она по праву занимает одно из ведущих мест в реестре патологий пациентов ортопедо-травматологического профиля. Многогранность подхода к одной из сложнейших тем ортопедии, вертебрологии и педиатрии абсолютно обоснованна. Данные говорят не только о росте заболеваемости сколиозом в целом, но и об увеличении числа пациентов с тяжелыми степенями деформации [5]. В последнее время в лечении данной патологии хирургический подход к исправлению деформации позвоночника дает хорошие результаты [2], в то же время ведение пациентов активно включает в свою программу такой мощнейший фактор, как функциональное лечение, и для пациентов после операции, и для больных, которым хирургическое вмешательство не показано. Разработано много различных методик лечебной гимнастики [3, 4, 9, 10], однако оценить все предложенные комплексы субъективно не всегда представляется возможным. Имеются только единичные работы, в которых подбор специальных упражнений обоснован с позиции биомеханики [4].
В нашей клинической практике был разработан комплекс физических упражнений, во главу которого были поставлены топические особенности деформации позвоночника [7].
Цель: на основе математического моделирования обосновать эффективность физиофункционального лечения пациентов c S-образной деформацией позвоночника.
Материалы и методы
В качестве экспериментального исследования мы использовали математическое моделирование, основой которого являлась математическая модель позвоночника, позволяющая изучить распределение внутренних напряжений в позвоночных двигательных сегментах при различных вариантах их нагружения.
В Институте патологии позвоночника и суставов имени проф. М.И. Ситенко в лаборатории биомеханики была разработана математическая модель позвоночника с S-образной сколиотической деформацией, которую использовали для анализа напряженно-деформирующего состояния. Следует отметить, что нас прежде всего интересовало распределение внутренних напряжений в нашей модели, а не величина создаваемых напряжений под воздействием данной силы, поэтому во всех случаях нагрузка принималась равной 10 Н. В случаях применения дополнительных компенсирующих усилий, связанных с поддержанием туловища в исходном положении, например при одноопорном стоянии, использовалась дополнительная нагрузка, которая была равна 2H.
Модель состоит из следующих составляющих: верхнего опорного комплекса (1), позвоночного столба (2), нижнего опорного комплекса (3) (рис. 1).
Верхний опорный комплекс представляет собой два реберных кольца, соединенных с двумя верхними позвонками и связанных между собой элементами с механическими свойствами, характерными для межреберной мышечной ткани (рис. 2а).
Блок, моделирующий позвоночный столб, состоит из 15 позвонков, соединенных между собой элементами с механическими свойствами межпозвоночных дисков. Он состоит из грудопоясничного отдела позвоночника, имеющего S-образное искривление (рис. 2б). Искривление моделировалось за счет клиновидности 9 позвонков (с углом наклона опорных поверхностей позвонков от 1 до 6°). Нижний опорный комплекс представлен одним элементом, который обеспечивает приложение нагрузок (рис. 2в).
При моделировании движений верхних конечностей зоны нагружения формировали в области лопаток (рис. 3а), движения нижних конечностей моделировали созданием зон нагружения в области вертлужных впадин (рис. 3б).
При выполнении расчетов использовали механические свойства биологических тканей по данным Березовского [1]. Цифровые значения основных характеристик тканей приведены в табл. 1.
На данной математической модели были проверены 15 упражнений.
Результаты и обсуждение
Приведем результаты анализа некоторых воздействий упражнений при S-образных сколиотических деформациях позвоночника.
Упражнение 1. Стоя, руки вверх, сгибание ноги в тазобедренном и коленном суставах.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 4, при которой опора на левую нижнюю конечность представлена силой Р1, усилие, необходимое для удержания таза в горизонтальном положении, — Р2, усилие, вызванное поднятием правой ноги, — Р3, и поднятые руки создают силы Р4, Р5. Это создает зону растягивающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (черная область, расположенная слева). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений спереди (светло-серая область) и растягивающих — сзади (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к замене зон растяжения и сжатия в наиболее деформированном позвонке поясничного отдела. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном отделе позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 2. Лежа на боку, одна рука под головой, вторая вытянута вверх, нога (ноги) в сторону.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 5, при которой поднятая вверх рука создает усилие Р3, вторая рука является опорой и создает усилие Р4, поднятые ноги — усилие Р1, а удержание таза в исходном положении –обеспечивается дополнительным усилием Р2. Это создает зону растягивающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (черная область). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная слева) и растягивающих — справа (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к замене зон растяжения и сжатия в наиболее деформированном позвонке поясничного отдела. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном и поясничном отделах позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 3. Стоя, одна рука за головой, вторая упирается в таз, на уровне искривления валик.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 6, рука, поднятая вверх, создает усилие Р4, валик, прижимаемый рукой, создает усилие Р3, приведение ноги — усилие Р1, а опорная конечность — усилие Р2. Это создает зоны растягивающих напряжений (черная область) и сжимающих напряжений (светло-серая область) на всем протяжении позвоночного столба, при этом исправляется положение позвоночного столба без создания противоискривления.
Упражнение 4. Стоя, одна рука вверх, вторая вниз, выпад в сторону.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 7, при котором рука, поднятая вверх, создает усилие Р4, а рука, опущенная вниз, — Р3, нога, совершающая выпад в сторону, создает усилие Р2, а нога, которая остается на месте, — Р1. Это создает зону растягивающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (черная область). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная слева-спереди) и растягивающих — справа-сзади (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к замене зон растяжения и сжатия в наиболее деформированном позвонке поясничного отдела. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном и поясничном отделах позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 5. Стоя, руки вверх, выпад вперед.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 8, при котором поднятые руки создают усилия Р3 и Р4, нога, выполняющая выпад, создает усилие Р2, а нога, которая остается на месте, — Р1 (направленное вперед). Это создает зону растягивающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (черная область). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная слева-спереди) и растягивающих — справа-сзади (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к замене зон растяжения и сжатия в наиболее деформированном позвонке поясничного отдела. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном и поясничном отделах позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 6. Лежа на животе, руки вверху, ногу поднять и привести внутрь.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 9, при котором поднятые руки создают усилия Р2 и Р3, нога, выполняющая движение, создает усилие Р1. Это не приводит к существенному изменению напряжений в грудном отделе позвоночника. В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная слева) и растягивающих — справа (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к концентрации в ней растягивающих напряжений. Упражнение способствует исправлению искривления в поясничном отделе позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 7. Стоя, выпад вперед, одна рука вверху, вторая прижата к туловищу.
При S-образном искривлении упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 10, при котором поднятая рука создает усилия Р4, а рука, прижатая к туловищу, — Р3, нога, выполняющая выпад, создает усилие Р2, а нога, которая остается на месте, — Р1 (направленное вперед). Это создает зону растягивающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (черная область). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная слева-спереди) и растягивающих — справа-сзади (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к замене зон растяжения и сжатия в наиболее деформированном позвонке поясничного отдела. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном отделе позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 8. Лежа на животе, одна рука перемещается через сторону вверх, вторая заведена за спину, поднимаются голова и верхняя часть туловища.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 11, при котором поднятая рука создает усилия Р3, а рука, заведенная за спину, — Р1, движение туловища осуществляется за счет приложения дополнительных усилий Р2 и Р4 (к плечевому поясу), Р5 и Р6 (к тазу). Это создает зону сжимающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (светло-серая область, расположенная над областью максимальной деформации справа). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная в нижней части поясничного отдела слева) и растягивающих — справа (черная область). Наличие двух вершин искривления приводит к исправлению положения позвонков, но за счет деформации межпозвоночных дисков. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном и поясничном отделах позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 9. Стоя, выпад вперед, руки фиксируются за спиной.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 12, при котором поднятая рука создает усилия Р3 и Р4 (направлены назад), нога, выполняющая выпад, создает усилие Р1, а нога, которая остается на месте, — Р2 (направленное вперед). Это создает зону растягивающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (черная область). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная слева-спереди) и растягивающих — справа-сзади (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к замене зон растяжения и сжатия в наиболее деформированном позвонке поясничного отдела. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном и поясничном отделах позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 10. Лежа на спине, руки в стороны, опора на плечи и пятки, ноги согнуты в тазобедренном и коленном суставах, одну ногу выпрямить и отвести.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 13, при котором опора на плечи создает усилия Р3, Р4, нога, выполняющая движение, создает усилие Р1 (направленное внутрь-назад), а нога, которая остается на месте, — Р2 (направленное вперед). Это создает зону растягивающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (черная область). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная слева-спереди) и растягивающих — справа-сзади (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к замене зон растяжения и сжатия в наиболее деформированном позвонке поясничного отдела. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном и поясничном отделах позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 11. Лежа на скамейке, опора на руки и пятки, таз поднять, одну ногу согнуть и повернуть наружу.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 14, при котором опора на руки создает усилия Р3, Р4, нога, выполняющая движение, создает усилие Р1 (направленное внутрь-назад-вверх), а нога, которая остается на месте, — Р2 (направленное вперед). Это создает зону сжимающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (светло-серая область, расположенная над областью максимальной деформации справа) и зону растягивающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (черная область, расположенная над областью максимальной деформации слева). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная в нижней части поясничного отдела слева) и растягивающих — справа (черная область). Наличие двух вершин искривления приводит к исправлению положения позвонков, но за счет деформации межпозвоночных дисков. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном и поясничном отделах позвоночного столба при S-образной деформации.
/65-1.jpg)
Упражнение 12. Лежа на спине, руки вверх (в покое), нога отводится в тазобедренном суставе, колено согнуто.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 15, при котором нога, выполняющая выпад, создает усилие Р1 (направленное вперед-вверх-внутрь). Это создает зону растягивающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (черная область). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная слева-спереди) и растягивающих — справа-сзади (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к замене зон растяжения и сжатия в наиболее деформированном позвонке поясничного отдела. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном и поясничном отделах позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 13. Лежа на животе, рука с усилием направляется вверх.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 16, при котором поднятая рука создает усилия Р1. Это воздействует только на грудной отдел позвоночника и создает в области вершины искривления позвоночника зону растягивающих напряжений (черная область, расположенная спереди) и зону сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная сзади). Упражнение способствует исправлению искривления в грудном отделе позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 14. Лежа на спине, руки в стороны, вращение ногами (при движении по часовой стрелке).
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схемам нагружения, приведенным на рис. 17, так как вращение можно разделить на две фазы: первая — подъем ног, вторая — опускание, при которых усилия Р3 и Р4 создаются мышцами живота, ноги, выполняющие движение, создают усилия Р2 и Р1 (которые меняют свое направление в зависимости от фазы движения).
При первой фазе движения создается зона растягивающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (черная область). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная спереди) и растягивающих — сзади (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к замене зон растяжения и сжатия в наиболее деформированном позвонке поясничного отдела. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном отделе позвоночного столба при S-образной деформации.
При второй фазе движения создается зона растягивающих напряжений в области вершины искривления позвоночника (черная область). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная спереди) и растягивающих — сзади (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к замене зон растяжения и сжатия в наиболее деформированном позвонке поясничного отдела. Упражнение способствует исправлению искривления в грудном отделе позвоночного столба при S-образной деформации.
Упражнение 15. Вис.
При S-образном сколиозе упражнение соответствует схеме нагружения, приведенной на рис. 18, при котором руки создают усилия Р3, Р4, а ноги — Р1 и Р2. Это создает зону растягивающих напряжений выше области вершины искривления позвоночника (черная область, расположенная сзади), а в области вершины искривления создаются сжимающие напряжения (светло-серая область, расположенная слева), в грудном отделе создается область растягивающих напряжений спереди (черная область) и сжимающих — сзади (светло-серая область). В поясничном отделе создается область сжимающих напряжений (светло-серая область, расположенная спереди выше области деформации) и растягивающих — сзади (черная область), наличие второй вершины искривления приводит к замене зон растяжения и сжатия в наиболее деформированном позвонке поясничного отдела. Упражнение не способствует исправлению искривления в грудном отделе позвоночного столба при S-образной деформации, а увеличивает ее в грудном отделе и формирует условия для увеличения лордоза в поясничном отделе позвоночника.
/67-1.jpg)
Выводы
1. Исследование с помощью математической модели позволило изучить дифференцированное воздействие методов кинезотерапии на S-образную деформацию позвоночника в зависимости от ее вершины.
2. Данное исследование позволило биомеханически обосновать показания и противопоказания для использования различных физических упражнений при лечении сколиотической болезни.
3. Проведенное исследование позволило усовершенствовать методологический подход к разработке комплексов лечебной гимнастики с учетом топических особенностей деформации позвоночника.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии какого-либо конфликта интересов при подготовке данной статьи.
/59-1.jpg)
/59-2.jpg)
/60-1.jpg)
/60-2.jpg)
/61-1.jpg)
/61-2.jpg)
/62-1.jpg)
/63-1.jpg)
/63-2.jpg)
/64-1.jpg)
/64-2.jpg)
/65-2.jpg)
/66-1.jpg)
/66-2.jpg)