Models of Evaluation of Biomechanical Parameters of Lower Extremities in Children

Abstract

Проблематика. Провідне місце серед захворювань опорно-рухового апарату займають різні деформації стоп. Вивчення біомеханіки нижніх кінцівок у нормі та при різноманітних деформаціях є вкрай необхідним і дуже перспективним. Характер та особливості процесу формування ходи у дитини досліджено не повною мірою, у вітчизняній та зарубіжній літературі не достатньо уваги приділено оцінці параметрів пружності стопи. Мета дослідження. Оцінка біомеханічних особливостей стояння та ходьби, циклу кроку, пружних характеристик стоп, які можуть слугувати інструментом для ранньої діагностики порушень функцій стопи у дітей. Методика реалізації. При дослідженні використовувався метод бароподометрії, який дає змогу об'єктивізувати дослідження з урахуванням статичної та динамічної складових. У ході дослідження було визначено основні просторово-часові параметри циклу кроку: каденцію, періоди подвійної та одиночної опори, довжину напівкроку та кроку, час і швидкість кроку, індекс хромоти, а також розподіл навантаження та площі контакту між стопами, відносне подовження стопи в динаміці. Для оцінки пружних характеристик стопи було розраховано коефіцієнти пружності та деформації, а також модуль Юнга. Результати дослідження. Аналіз просторово-часових характеристик циклу кроку обох груп досліджуваних показав зниження швидкості кроку в групі хворих дітей, збільшення часу кроку, істотне зниження каденції зі збільшенням довжини кроку та зменшенням часу подвійної опори з істотним збільшенням часу одиночної опори. Аналіз пружних властивостей стопи обох груп досліджуваних показав істотне збільшення коефіцієнта пружності та модуля Юнга в групі здорових дітей порівняно з іншою групою з одночасним зменшенням коефіцієнта деформації стопи в здоровій групі. Висновки. Оцінка біомеханічних параметрів циклу кроку та пружних властивостей стопи може успішно використовуватися для моніторингу стану стопи, встановлення діагнозу та ефективності різноманітних методів лікування плоско-вальгусної деформації стопи у дітей. Ключові слова: стопа; цикл кроку; біомеханічні параметри; пружні властивості; плоско-вальгусна деформація.

Methodology for Calculating Shock Loads on the Human Foot

“…Normally, due to vaulted structure of the foot and its spring function, up to 70% of the acceleration is damped and amortized. In normal development of the musculoskeletal system, the load is distributed as follows: through the body of the heel talus, navicular and cuneiform bone, then on the heads of I-III metatarsals, forming an external longitudinal arc (As shown in Figure 1) [3]. The foot biomechanics and its functions in different phases of the step cycle are different.…”

“…• spring -the ability to elastic stratification under the action of load and restore its shape after removal of the latter; • balancing -participation in the regulation of posture and positional activity when standing and walking; • push (repulsive) -the transfer of acceleration of the total center of mass (TCM) for all body during locomotion [3].…”

“…According to the WHO, 75% of people have some pathological changes in the feet, which the most common is flat feet (changes in the shape of foot, that is characterized by a decrease in the height of its transverse and longitudinal arches). This deformity is the cause of many serious MSS diseases, which often lead to disability [2,3].…”

“…There is baropodometry method, which allows you to objectify the research of biomechanical parameters of foot, taking into account the static and dynamic components. This allows for more in-depth research of locomotions and to detect a certain frequency of identical or pressure similar images, which don`t fully correspond to the known metatarsal formula [1][2][3][4][5]. Thus, the research for biomechanics of the lower extremities in norm and at various deformations is necessary and very promising in terms of assessing the state by MSS and forecasting its dynamics.…”

“…Analysis of human gait is subject by many scientific studies. Various diseases and injuries of supporting organs are often accompanied by serious functional disorders of musculoskeletal system, decreased muscle strength and tone, loss of ability to normal movements, which ultimately leads to disability and subsequent disability [2,3]. The foot is structural segment in musculoskeletal system, which provides it`s stomato-motor function, and is integral morphofunctional object that human motor function depends [2].…”