Биомеханика

Протезирование конечностей

 

Ходьба на протезе отличается заметной асимметрией изменения межзвенных углов сохранившейся и протезированной конечностей.

При ходьбе у человека возникают силовые факторы, называемые главным вектором и главным моментом сил реакции опоры. Типичные графики вертикальной и продольной составляющих главного вектора опорной реакции при ходьбе в произвольном темпе в норме представлены на рис. 15.18. Для графика вертикальной составляющей главного вектора опорной реакции характерно наличие вершин, соответствующих переднему (опора на пятку) и заднему (отталкивание передним отделом стопы) толчкам. Амплитуда этих вершин превышает массу человека и достигает 1,1— 1,25Р (Р — масса человека). Продольная составляющая тоже имеет две вершины разных знаков: первая, соответствующая переднему толчку, направлена вперед; вторая, соответствующая заднему толчку, направлена назад. Максимум продольной составляющей главного вектора опорной реакции достигает 0,25Р.

Еще одна составляющая главного вектора опорной реакции — поперечная. Она возникает при переступании с одной ноги на другую, и ее максимум достигает 8—10\% массы человека. При ходьбе на протезе также характерна заметная асимметрия между опорными реакциями сохранившейся и протезированной конечностей.

Так, при односторонней ампутации голени на 20—25\% увеличивается амплитуда угла в ТБС сохранившейся и протезированной конечностей, а при односторонней ампутации бедра возрастает амплитуда этого угла только на протезированной конечности. Межзвенный угол в коленном шарнире (КШ) протезированной конечности в интервале опоры равен нулю, так как отсутствует характерное для нормы подгибание в коленном суставе в начальный момент переднего толчка (рис. 18.52).

Асимметрия ходьбы на протезе проявляется в аритмии шагов: опорный период на протез меньше опорного периода на здоровую ногу. Для количественной оценки этой аритмии вводится коэффициент ритмичности, равный отношению продолжительности опорных периодов протезированной и здоровой конечностей.

Энерготраты при ходьбе в норме и на протезах. Ампутация части нижней конечности резко меняет распределение энерготрат на мышцы здоровой и протезированной конечностей. Усечение одной конечности на уровне голени приводит к потере ее мышечных энергоресурсов на 60—66 \%, а на уровне бедра — на 70—85 \%. В связи с этим оставшиеся мышцы сохранившейся конечности и культи работают в режиме компенсаторных перегрузок. Расчеты показывают что инвалид, преодолевающий в день расстояние в 5 км, из-за перегрузок нуждается в восполнении энергии, равной 18—20 МДж (при ходьбе в норме в тех же условиях — 5 МДж). Таким образом, одна лишь ходьба переводит инвалидов в категорию лиц, занятых тяжелым физическим трудом.

Рис. 18.52. График изменения межзвенного угла в коленном шарнире при ходьбе на протезе бедра (по А.П. Кужекину и соавт., 1984)

 

На рис. 18.53 показана траектория перемещения ОЦМ тела человека при ходьбе в норме и на протезе бедра в проекции на фронтальную плоскость.

 

Рис. 18.53. Траектория ОЦМ человека при ходьбе в норме и на протезе бедра (по А.П. Кужекину и соавт., 1984)

 

При опоре на сохранившуюся конечность почти вдвое увеличивается вертикальная компонента — подъем ОЦМ вверх, а при опоре на протезированную конечность более чем вдвое увеличивается поперечное перемещение ОЦМ, появляется хромота.