Violation of supporting function of feet in children with hip subluxation of dysplastic genesis

Full Text

Введение

Понятие «дисплазия тазобедренных суставов» включает в себя ряд анатомических изменений, возникших в результате нарушения формирования и развития структур, образующих сустав, во внутриутробном периоде. Поздняя диагностика данного состояния в совокупности с отсутствием адекватного консервативного лечения приводит к нарушению соотношений в тазобедренном суставе в виде подвывиха бедра уже в раннем возрасте, что способствует возникновению локальной гиперпрессии гиалинового хряща проксимального эпифиза бедренной кости и вертлужной впадины с последующим развитием коксартроза [1, 2]. В результате деформации анатомических структур, образующих тазобедренный сустав, нарушается его функция, что может неблагоприятно отражаться на биомеханике всей опорно-двигательной системы. Известно, что при одностороннем поражении суставов нижней конечности снижается её опорная функция, вследствие чего происходит смещение веса тела на интактную нижнюю конечность [3]. Кроме того, в результате постоянного повышения осевых нагрузок непоражённая конечность находится в неоптимальных биомеханических условиях, что неблагоприятно сказывается на функции всей опорно-двигательной системы [4]. У детей с диспластическим подвывихом бедра (ДПБ) асимметрия нагрузки между нижними конечностями усугубляется тем, что происходит избыточный наклон таза вперёд, приводящий к нарушениям позвоночно-тазовых соотношений, сопровождающихся формированием патологически изменённого сагиттального профиля позвоночного столба [5]. Учитывая тот факт, что все звенья опорно-двигательной системы тесно взаимосвязаны между собой, у таких пациентов формируются патологические локомоторные стереотипы в связи с изменением основных кинематических и динамических параметров [6]. Одновременно с этим необходимо отметить, что развивающиеся при одностороннем поражении нижних конечностей адаптивные функциональные изменения в интактной конечности практически не изучены. Важным методом оценки опорной функции нижних конечностей является морфофункциональная диагностика состояния стоп, которая дает представление о нагрузочных подошвенных характеристиках у пациентов с патологией нижних конечностей [7]. Пространственное положение таза тесно связано с изменениями, происходящими в стопах, в неразрывную кинематическую цепь [8]. Учитывая этот факт, биомеханическое обследование состояние стоп у  детей с односторонним диспластическим подвывихом бедра может способствовать пониманию механизмов, лежащих в основе управления локомоциями пациентов с поражением тазобедренного сустава, что важно учитывать при их ортопедической реабилитации.

Цель исследования – изучение плантографических характеристик стоп у детей с односторонним диспластическим подвывихом бедра и анализ закономерностей распределения подошвенного давления на поражённую и интактную конечности.

Материалы и методы исследования

Проведено биомеханическое обследование 23 детей в возрасте от 13 до 17 лет с односторонним ДПБ Crowe I группы (рис. 1, а). Из них у 10 пациентов был левосторонний ДПБ, у 13 – правосторонний. Контрольную группу составили 18 здоровых детей аналогичного возраста.

 

Рис. 1. Пациентка П., 16 лет, с дисплазией Crowe I группы: а – рентгенограмма тазобедренных суставов (выявляется подвывих бедра слева); б – плантограмма стоп интактной и поражённой сторон (выявляется увеличение угла Кларка α слева, снижение опорности головки 1-й плюсневой кости обеих стоп, больше слева)

 

Для оценки биомеханики нижних конечностей у всех детей проведено исследование опорной функции стоп методом плантографии (рис. 1, б). Применяли программно-аппаратный комплекс диагностики «ПодоСкан» (НМФ «МБН», Россия), с помощью которого получали изображения подошвенной поверхности стоп – плантограммы. Плантограммы регистрировали с различной весовой нагрузкой на нижние конечности в положении стоя. В тестах с двуопорной нагрузкой вес тела обследуемого приходился на обе нижние конечности. При одноопорной нагрузке обследуемый попеременно полностью переносил вес тела на одну из контралатеральных нижних конечностей. На основании полученных плантограмм оценивали распределение давления по подошвенной поверхности стоп с использованием авторского метода [9]. Для этого на плантограммах расставляли реперные точки и соединяли их прямыми линиями. Линия (ВС) соответствует поперечному своду стопы, линии (ОG) и (ОP) – продольным сводам (медиальному и срединному) (рис. 2, а). Измерение расстояний между реперными точками позволяло рассчитать плантографические индексы опоры: t = KE/BC, m = GS/GO и s = PW/PO. Величина индекса t (передний индекс опоры) позволяла оценить поперечный свод стопы, показатели m и s (медиальный и срединный индексы опоры) дают представление о медиальном и срединном продольных сводах. Дополнительно рассчитывали угол Кларка α (рис. 2, б), величина которого позволяла оценивать высоту свода стопы [10].

 

Рис. 2. Плантограммы стопы здорового ребенка: а – расчёт линейных параметров; б – расчёт углового параметра – угла Кларка α. Проведены идентификационные линии и расставлены реперные точки

 

Для определения баланса тела всем пациентам осуществляли стабилометрическое обследование по стандартной методике с помощью комплекса МБН «Биомеханика» (Россия). На полученных статокинезиограммах определяли координаты X (мм) и Y (мм) смещения центра давления (ЦД) тела во фронтальной и сагиттальной плоскостях соответственно.

При статистической обработке данных использовали компьютерные программы SPSS 11.5 и Statgraphics Centurion 16.2. С учетом того, что в сравниваемых группах характер распределения показателей плантографии был определен как непараметрический, для оценки межгрупповых различий использовали критерий Манна – Уитни. Результаты представляли в виде медианы (Ме) с интерквартильным размахом [Q₁–Q₃] в стандартных пределах 25–75 %. Для сравнения дисперсий двух выборок использовали F-критерий Фишера (ANOVA). Для исследования взаимосвязи двух признаков применяли корреляционный анализ с использованием непараметрического коэффициента Спирмена r_s. Пороговый уровень статистической значимости принимали при значении критерия p < 0,05.

Результаты и их обсуждение

Показатели плантографических характеристик здоровых детей и пациентов с односторонним ДПБ представлены в табл. 1. Наибольшее количество отклонений от нормы по сравнению со здоровыми детьми выявлено у больных при двуопорной нагрузке на стопы: отмечается значимое снижение показателей всех индексов опоры t, m и s – не только на стопе поражённой конечности, но и на интактной стороне. При этом на стороне поражения индекс m был значительно снижен по сравнению с интактной стороной, что указывает на выраженное снижение опорности головки 1-й плюсневой кости стопы поражённой нижней конечности. Кроме того, на стопах поражённой стороны патологически увеличены углы Кларка a (см. рис. 1, б), что свидетельствует о повышении высоты их продольных сводов [11], которое приводит к снижению общей площади опоры стоп. При одноопорной нагрузке на стопы все плантографические индексы у больных значимо снижены с обеих сторон по сравнению с нормой, что указывает на ухудшение рессорной функции поперечного и продольных сводов стоп поражённой и интактной конечностей, что может быть обусловлено тенденцией к ригидности сводов.

 

Таблица 1. Сравнительная оценка плантографических характеристик стоп здоровых детей и пациентов с односторонним ДПБ

Группа детей		Двуопорная нагрузка Ме [Q1–Q3]				Одноопорная нагрузка Ме [Q1–Q3]
		Индекс (× 102)			α, (град)	Индекс (´ 102)			α, (град)
		t	m	s		t	m	s
Здоровые дети (З), n = 18		94 [92–96]	23 [21–24]	24 [23–25]	53 [48–56]	96 [95–98]	25 [24–27]	26 [24–28]	51 [48–55]
Пациенты, интактная НК (И), n = 23		88 [85–89]	19 [11–22]	21 [16–23]	54 [52–60]	90 [87–93]	22 [17–24]	22 [20–24]	54 [48–58]
Пациенты, поражённая НК (П), n = 23		83 [83–91]	17 [6–21]	17 [14–23]	59 [53–64]	89 [87–93]	23 [16–25]	21 [17–25]	53 [49–57]
p	pЗ–И	0,000	0,002	0,000	0,089	0,000	0,000	0,000	0,283
	pЗ–П	0,000	0,001	0,000	0,007	0,000	0,003	0,001	0,091
	pИ–П	0,054	0,307	0,404	0,166	0,974	0,742	0,767	0,772

Примечание :   p – уровень значимости различий (критерий Манна – Уитни); p^З–И – уровень значимости различий между стопами здоровых детей и стопами пациентов на интактной стороне; p^З–П – уровень значимости различий между стопами здоровых детей и стопами пациентов на стороне поражения тазобедренного сустава; p^И–П – уровень значимости различий между контралатеральными стопами у пациентов. И – интактная нижняя конечность; П – нижняя конечность на стороне поражения. Жирным шрифтом обозначены показатели пациентов, отличающиеся с достоверностью не менее р < 0,05 от аналогичных показателей здоровых детей. НК – нижняя конечность.

 

Оценку величины асимметрии Δ плантографических индексов и углов Кларка контралатеральных стоп у больных с односторонним ДПБ проводили путём сравнения с нормой показателей дисперсии (табл. 2). Оценка стандартных отклонений показателей асимметрии по F-критерию Фишера выявила высокий уровень значимости различий между здоровыми детьми и пациентами с поражением тазобедренного сустава как при двуопорной, так и при одноопорной нагрузке. Это указывает на резко повышенную, по сравнению с нормой, асимметрию функциональной активности сводчатого аппарата стоп поражённой и интактной нижних конечностей у больных с односторонним ДПБ.

 

Таблица 2. Асимметрия показателей плантографических характеристик между контралатеральными стопами у здоровых детей и у больных с односторонним ДПБ

Группа детей	Двуопорная нагрузка Ме [Q1–Q3]				Одноопорная нагрузка Ме [Q1–Q3]
	Индекс (× 102)			Δ α, (град)	Индекс (´ 102)			Δ α, (град)
	Δ t	Δ m	Δ s		Δ t	Δ m	Δ s
Здоровые дети, n = 18	0 [–2 – 1,7]	0,4 [–0,9 – 1]	0,1 [–0,7– 2,7]	3 [2 –5]	0,1 [–0,1 – 2,3]	0,1 [–1 – 2,2]	0 [–1,1 – 1,9]	2 [–1 – 4]
Пациенты, n = 23	0,6 [–2 – 4,7]	3 [–1,5 – 7]	0,6 [–2,7 – 3,5]	1 [–3 – 7]	0,5 [–3,9 – 2,6]	1,2 [–3,6 – 5]	0 [–1,6 – 6,1]	1 [–3 – 5]
p	0,019	< 0,001	< 0,001	0,008	0,002	< 0,001	< 0,001	0,175

Примечание :   p – уровень значимости различий между стандартными отклонениями в группах здоровых детей и пациентов (F-критерий Фишера).

 

Выраженная функциональная асимметрия между стопами может быть обусловлена смещением центра давления в сторону интактной нижней конечности, вызванного частичной разгрузкой нижней конечности на стороне поражения. В ходе исследования установлено, что у здоровых детей отклонение ЦД от абсолютного центра было незначительное: Mе [Q₁–Q₃] = 0,3 [0, 1–0, 4] мм – во фронтальной плоскости и Mе [Q₁–Q₃] = 4 [2–6] мм – в сагиттальной. Одновременно с этим необходимо подчеркнуть, что у больных с односторонним ДПБ смещение ЦД было резко выраженное: соответственно, Mе [Q₁–Q₃] = 16 [10–25] мм (p < 0,05) и Mе [Q₁–Q₃] = 2 [–15–31] мм (p < 0,05). Зависимость величин индексов опоры стоп при двуопорной нагрузке от смещения ЦД во фронтальной плоскости (по оси X) у больных с односторонним ДПБ представлена в табл. 3.

 

Таблица 3. Линейная корреляционная связь между смещением ЦД по оси X и индексами опоры стоп при двуопорной нагрузке у больных с односторонним ДПБ

Коэффициент корреляции rs
Стопа интактной НК			Стопа поражённой НК
X ~ t	X ~ m	X ~ s	X ~ t	X ~ m	X ~ s
–0,49 (p = 0,071)	–0,61 (p = 0,020)	–0,19 (p = 0,525)	–0,12 (p = 0,682)	–0,31 (p = 0,641)	–0,13 (p = 0,670)

Примечание :   НК – нижняя конечность.

 

У пациентов на стопе интактной нижней конечности выявлена достаточно сильная отрицательная корреляционная связь величины медиального индекса опоры m с величиной смещения ЦД во фронтальной плоскости. Таким образом, чем больше компенсирующая осевая перегрузка интактной нижней конечности у больных с односторонним ДПБ, тем меньше значение индекса m, следовательно, тем выше ригидность медиального продольного свода стопы указанной конечности.

Зависимость величин индексов опоры стоп при двуопорной нагрузке от смещения ЦД в сагиттальной плоскости (по оси Y) у больных с односторонним ДПБ представлена в табл. 4.

 

Таблица 4. Линейная корреляционная связь между смещением ЦД по оси Y и индексами опоры стоп при двуопорной нагрузке у больных с односторонним ДПБ

Коэффициент корреляции rs
Стопа интактной НК			Стопа поражённой НК
Y ~ t	Y ~ m	Y ~ s	Y ~ t	Y ~ m	Y ~ s
0,28 (p = 0,329)	0,48 (p = 0,079)	0,21 (p = 0,467)	0,39 (p = 0,167)	0,45 (p = 0,018)	0,29 (p = 0,317)

Примечание :   НК – нижняя конечность.

 

Из табл. 4 следует, что у пациентов на стопе поражённой нижней конечности существует умеренная положительная корреляция между показателем медиального индекса опоры m и величиной смещения ЦД в сагиттальной плоскости. Таким образом, чем больше отклонение тела вперёд у больных с односторонним ДПБ, тем выше значение индекса m, следовательно, тем выше нагрузка на передний отдел стопы, а именно на головку 1-й плюсневой кости на стороне поражения.

Для оценки функциональных взаимосвязей между передним t, медиальным m и срединным s индексами опоры у здоровых и больных детей проведён корреляционный анализ (табл. 5). Анализ показал, что в группе здоровых детей отмечаются слабые корреляции между всеми индексами опоры на обеих стопах. Это свидетельствует о независимой функциональной активности поперечного и продольных сводов стоп, что проявляется равномерным распределением нагрузки на своды в статичном положении при опоре на обе конечности.

 

Таблица 5. Линейная корреляционная связь между индексами опоры стопы при двуопорной нагрузке у здоровых детей и у больных с односторонним ДПБ

Группа детей	Коэффициент корреляции rs
	m ~ t	s ~ t	m ~ s
Здоровые дети, n = 18	0,14 (p = 0,212)	0,17 (p = 0,369)	0,23 (p = 0,289)
Пациенты, интактная НК, n = 23	0,38 (p = 0,07)	0,50 (p = 0,014)	0,87 (p = 0,000)
Пациенты, поражённая НК, n = 23	0,45 (p = 0,033)	0,54 (p = 0,007)	0,65 (p = 0,001)

 

В группе больных с односторонним ДПБ, в отличие от здоровых детей, корреляционные связи между индексами опоры достаточно сильные, в наибольшей степени выраженные между медиальным m и срединным s индексами на стопе интактной стороны. Это свидетельствует о патологическом усилении функциональных взаимосвязей между сводами стопы, приводящем к её ригидности как на пораженной, так и на интактной нижних конечностях. Данный факт указывает на формирование у пациентов с односторонним ДПБ неадекватной опорной стратегии обеих стоп, характеризующейся снижением их амортизационной функции.

Результаты настоящего исследования выявили у детей с односторонним диспластическим подвывихом бедра нарушение вертикального баланса, что проявлялось асимметричным распределением веса тела между нижними конечностями со смещением в интактную сторону. Такая рефлекторная разгрузка поражённой нижней конечности является адаптивной реакцией опорно-двигательной системы на односторонний патологический процесс. Считается, что более нагруженная нижняя конечность принимает существенное участие в поддержании вертикального положения тела, чем разгруженная [12], поэтому она находится в неблагоприятных биомеханических условиях. В проведённом исследовании у пациентов с односторонним ДПБ были выявлены нарушения опорной функции стопы не только на поражённой, но и на интактной стороне. Это проявлялось ухудшением рессорной функции поперечного и продольных сводов стоп вследствие их ригидности и сопровождалось снижением общей площади опоры стоп. У пациентов были патологически усилены по сравнению с нормой функциональные взаимосвязи между сводами стопы на поражённой и интактной нижних конечностях, что является признаком сформировавшейся патологической опорной стратегии [13]. У больных с односторонним поражением тазобедренного сустава нижняя конечность на интактной стороне является доминирующей в повседневной жизни, так как от неё требуются повышенные, по сравнению с поражённой нижней конечностью, энергетические затраты для удержания равновесия тела в положении стоя и при ходьбе. Различная двигательная специализация нижних конечностей приводит к асимметрии их функциональных характеристик даже у здоровых людей [14], поэтому выявленная в настоящем исследовании выраженная асимметрия показателей индексов опоры и угла Кларка между контралатеральными стопами у пациентов с ДПБ является закономерной и объяснимой. Однако характер функциональных связей между сводами стопы интактной нижней конечности не имел выраженных отличий от таковых на стопе поражённой стороны. Это может быть обусловлено стремлением организма рефлекторно сохранять относительную симметричность функций интактной и поражённой нижних конечностей, которая более оптимальна для функционирования опорно-двигательной системы. В таком случае интактная конечность, обладая повышенным функциональным резервом по сравнению с поражённой, стремится уменьшить асимметрию путём приближения образца своих движений к кинематике конечности поражённой стороны [15]. Таким образом, у больных с односторонним ДПБ реализуется правило функционального копирования, которое заключается в том, что стопа интактной нижней конечности копирует функцию стопы поражённой конечности с целью уменьшения функциональной асимметрии. При этом локомоторная система активизирует, по-видимому, в равной степени балансировочную функцию стоп, что проявляется патологическим повышением по сравнению с нормой синхронизированности работы сводов стоп. Побочным эффектом такого биомеханического адаптивного механизма у пациентов с ДПБ является ухудшение функции стопы на интактной стороне, проявляющейся, как и на поражённой стороне, снижением её рессорных свойств и усилением ригидности.

Выявленное у больных с односторонним ДПБ резко выраженное, по сравнению с нормой, отклонение ЦД от абсолютного центра не только во фронтальной плоскости, но и в сагиттальной, свидетельствует о наличии у пациентов момента силы, вызывающего значительное отклонение тела от положения равновесия равновероятно в переднем и в заднем направлениях. При этом положительная корреляционная связь между величиной смещения ЦД в сагиттальной плоскости и показателем медиального продольного свода стопы поражённой нижней конечности может быть следствием адаптивной реакции опорно-двигательной системы пациента в ответ на компенсаторные изменения в звеньях кинематической цепи «позвоночник – таз». Известно, что у пациентов с ДПБ нарушен глобальный сагиттальный баланс туловища, следствием которого является отклонение позвоночника от сагиттальной вертикальной оси в каудальном направлении [16]. Это приводит к отклику всей опорно-двигательной системы, проявлением которого является формирование адаптивных механизмов в системе «позвоночник – таз» [8], сопровождающихся разнонаправленностью векторов смещения центра давления в сагиттальной плоскости. Сформированные нарушения биокинематических цепей в организме больных с односторонним ДПБ вынуждают опорно-двигательную систему активировать дополнительные адаптивные локомоторные реакции для обеспечения вертикального баланса тела в новых условиях. Между состоянием стопы и пространственным положением таза существует биомеханическая связь [17], что объясняет формирование у пациентов с односторонним подвывихом бедра неоптимального двигательного стереотипа, проявляющегося патологически изменённой опорной стратегией стоп на поражённой и интактной нижних конечностях.

Выводы

1. У детей с односторонним диспластическим подвывихом бедра нарушена опорная функция обеих стоп, в большей степени выраженная на стороне поражения. Это проявляется ухудшением рессорной функции сводов стоп, снижением общей площади их опорной поверхности, патологическим усилением, по сравнению с нормой, функциональных взаимосвязей между сводами стоп.
2. Патологическая опорная стратегия стоп на поражённой и интактной нижних конечностях у больных с односторонним ДПБ может быть следствием нарушения у них глобального сагиттального баланса тела, приводящего к адаптивной реакции опорно-двигательной системы в ответ на компенсаторные изменения в звеньях кинематической цепи «позвоночник – таз».
3. Необходимо включать в план комплексной диагностики пациентов с односторонним ДПБ изучение опорной функции стоп с учетом отягощающего влияния их нарушенной опорной стратегии на состояние тазобедренных суставов.
4. В комплексной терапии детей с односторонним ДПБ необходимо проводить реабилитационные мероприятия, направленные на коррекцию распределения подошвенного давления.

Финансирование. Работа проведена в рамках выполнения Государственного задания Минздрава России.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

About the authors

I. E. Nikityuk

H. Turner National Medical Research Center for Children’s Orthopedics and Trauma Surgery

Author for correspondence.
Email: femtotech@mail.ru

Candidate of Medical Sciences, leading researcher, Laboratory of Physiological and Biomechanical Researches

Russian Federation, Saint-Petersburg

P. I. Bortulev

H. Turner National Medical Research Center for Children’s Orthopedics and Trauma Surgery

Email: femtotech@mail.ru

Candidate of Medical Sciences, Head of Department of Hip Joint Pathology

Russian Federation, Saint-Petersburg

S. V. Vissarionov

H. Turner National Medical Research Center for Children’s Orthopedics and Trauma Surgery

Email: femtotech@mail.ru

MD, PhD, Professor, Corresponding Member of RAS, Director

Russian Federation, Saint-Petersburg

M. V. Savina

H. Turner National Medical Research Center for Children’s Orthopedics and Trauma Surgery

Email: femtotech@mail.ru

Candidate of Medical Sciences, Head of Laboratory of Physiological and Biomechanical Researches

Russian Federation, Saint-Petersburg

References

Supplementary files