У.А.АБДУРАЗАКОВ, В.И.НЕЧАЕВ
Казахский медицинский университет непрерывного образования, г.Алматы.
Председатель правления НП «Лига содействия развитию подиатрии», г.Москва, РФ
РЕЗЮМЕ
Данная статья посвящена изучению биомеханических аспектов возникновения и развития остеоартроза коленного сустава. На основании литературных данных и собственных клинических исследований представлены данные, свидетельствующие о роли варусного вращательного момента сил реакции опоры в развитии и прогресировании ОА колена. Для уменьшения нагрузки на медиальный «отсек» коленного сустава рекомендуется применение ортезов стопы, которые значительно улучшают биомеханику коленного суства, устраняя варус-позицию, разгружают медиальный отсек его и способствуют снятию боли, снижению развития и прогрессирования ОА данного сустава.
SUMMARY
BIOMECHANICAL ASPECTS OF THE OCCURRENCE AND DEVELOPMENT OF OSTEOARTHROSIS OF THE KNEE JOINT
U.A.ABDURAZAKOV, V.I.NECHAEV
This article is devoted to the study of the biomechanics of the occurrence and development of osteoarthrosis of the knee joint. Based on published data and our own clinical studies, data are presented on the role of varus torque in the development and progression of osteoatrosis of the knee joint. To reduce the load on the medial part of the knee joint, the use of foot orthoses is recommended, which relieve the medial part and reduce the progression of osteoarthritis of the knee joint.
Остеоартроз (ОА) коленного сустава является одним из распространенных дегенеративных заболеваний суставов. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) (2012), ОА занимает первое место среди причин нетрудоспособности у лиц старше 60 лет. Основные симптомы ОА коленного сустава связаны со стойкими болевыми проявлениями и ограничениями движений приблизительно у 80% лиц этой группы и 25% не способны выполнять повседневные двигательные действия. Основные факторы риска развития ОА коленного сустава – это средний и пожилой возраст, ожирение, предшествующая травма колена, профессиональные перегрузки в молодые годы. Доминирующая роль биомеханических факторов в возникновении и прогрессировании ОА коленного сустава широко известна. Тем не менее, в большинстве случаев в основном терапия ОА коленного сустава сводится к назначению противовоспалительных таблеток, различных мазей, гелей, инъекции лекарственных препаратов, физиотерапии и симптоматических средств, а также операции по замене на искусственный сустав. К большому сожалению, медицинскому сообществу мало что известно о таких немедикаментозных эффективных средствах патогенетического лечения коленного сустава, как например, ортезы стопы. С точки зрения биомеханики передвижений в теле человека каждый вышележащий сустав зависит от нижележащего и наоборот (рис.1).
Рис.1. Взаимосвязь суставов тела нижних конечностей.
В ряде работ последних лет были сообщения, что ортезы стопы, изменяя кинематику стопы и лодыжки, значимо уменьшали болевые проявления, улучшали качество жизни у пациентов с гоноартрозами.
При нормальных анатомических взаимоотношениях суставных поверхностей внутрисуставное костное давление распределяется равномерно на грузоносящие поверхности сустава. Величина этого давления зависит от статического мышечного напряжения и величины грузоносящих поверхностей. По данным Паувелса, при конгруэнтности суставных элементов тазобедренного сустава на нагружаемые поверхности приходится сила, равная 16 кг/см, что не вызывает нарушения структуры хряща. При нарушении конгруэнтности суставных поверхностей давление концентрируется в определенном участке сочленяющих поверхностей. Так при вальгусной деформации шейки бедренной кости давление концентрируется по верхнему полюсу головки и крыши впадины, возрастая по сравнению с нормой в 14 раз, то есть до 255 кг/см [1]. Этому способствует и усиление статического давления из-за развивающейся мышечной контрактуры. Аналогичная картина наблюдается при ОА коленного сустава. Хрящевой покров коленного сустава весьма устойчив к чрезмерному суставному давлению, однако при длительной нагрузке сустава резистентность его снижается, нарушаются процессы метаболизма с последующими изменениями структуры хряща и окружающих его мягкотканных элементов.
В патогенезе гонартроза большая роль отводится нарушению биомеханики, связанная с фронтальными деформациями коленного сустава. По данным А.П. Чернова (1990), при вальгусных или варусных искривлениях колена возникают значительные статико-динамические изменения, обусловленные неравномерной статической нагрузкой на коленный сустав, статическим растяжением связочно-капсульного аппарата и проекционным укорочением деформированной конечности [1].
Механическая ось нижней конечности в норме проходит по центру сустава. В зависимости от вида бокового отклонения голени она смещается кнаружи или кнутри, в связи, с чем перегружается та или иная половина сустава. Дополнительная постоянная травматизация суставного хряща происходит в результате боковой подвижности голени из-за растяжения сумочно-связочного аппарата. Отрицательное влияние на биомеханику коленного сустава также оказывает проекционное укорочение конечности, анатомическое или функциональное. Во время ходьбы вследствие колебательных движений туловища в сторону укороченной конечности возникают ускорения, вызывающие динамическую перегрузку суставных хрящей.
Несмотря на то, что ОА имеет тенденцию к прогрессированию и с годами захватывает и медиальный, и латеральный отделы коленных суставов, а также пателлофеморальное сочленение, чаще всего наиболее сильно поражается медиальный «отсек» сустава. Его хрящевые структуры преждевременно сильно «стираются», вследствие чего с годами может развиваться выраженная варусная деформация коленного сустава [2].
Теоретически основной причиной возникновения и прогрессирования ОА медиального «отсека» коленного сустава является более сильное сжатие структур медиального отдела под действием сил реакции опоры -GRF, где СОР – точка или линия приложения GRF(по английской терминологии) (Рис. 2).
Рис. 2. Остеоартроз колена и варус деформация.
Во время передвижений суммарный вектор сил реакции опоры уже в норме проходит по линии, расположенной существенно медиальнее коленного сустава. В результате этого на уровне колена силы реакции опоры создают большой вращательный приводящий момент. Этот приводящий момент рассматривается в литературе в качестве суррогатной меры сил компрессии медиального аспекта коленного сустава. Фактически нормальная биомеханика ходьбы и бега таковы, что на протяжении всей опорной фазы на колено во фронтальной плоскости действует варусный вращательный момент сил реакции опоры [3]. Это потенциально объясняет, почему ОА тибио-феморального сочленения начинается преимущественно с медиального «отсека». Медиальное расположение вектора сил GRF уже «в норме» определяет смещение линии основной нагрузки на медиальный «отсек» сустава. Кроме того, такое расположение этого вектора сил медиального «отсека» GRF в фазе опоры «толкает» колено к занятию варус-позиции. В результате у пациентов с ОА силы компрессии на медиальной стороне сустава в 2,5-3 раза превышают таковые на его латеральной стороне (Рис. 3) [4].
Рис. 3. Варус-деформация колена: увеличение плеча сил аддукционного момента.
При этом наблюдаются сужение суставной щели с медиальной стороны и её расширение в латеральной. В результате у больных с ОА коленных суставов с годами наблюдается прогрессирующая варус-деформация. При такой деформации во время опоры стопа относительно колена будет располагаться ближе к срединей линии тела. Это увеличит плечо сил аддукционного момента, действующего на уровне колена, что еще больше повысит силы медиальной компрессии и будет приводить к ускоренному «износу» структур медиального «отсека»). Порочный круг в патогенезе остеоартроза замыкается.
Варус-деформацию колена считают главным биомеханическим фактором, увеличивающим момент сил приведения колена во время передвижений. Если же у пациента от природы имеется варусная позиция колена, то во время локомаций это уже априори будет приводить к хронической перегрузке, к повышенному износу структур медиального «отсека» коленного сустава.
Следует отметить, что наши клинические наблюдения показывают, что индивиды с вальгусной позицией коленных суставов, напротив, практически не предъявляют жалобы, характерные для гонартрозов. Видимо, в колене с нормальным углом соосности голени и бедра или при вальгус-позиции коленей во фронтальной плоскости медиальный и латеральный отделы сустава находятся в относительно одинаковой компрессии [5].
Таким образом, общий эффект увеличения варус-позиции коленного сустава любой природы – это увеличение внешнего момента сил аддукции колена и увеличение сил компрессии медиального отдела. В ряде исследований пациентов с ОА колена вычислялись коэффициенты корреляции между углом варус-деформации колена и пиковыми моментами сил приведения во время ходьбы. По данным разных авторов, соответствующий коэффициент корреляции составлял 0,52-0,75. Такие высокие коэффициенты корреляции указывают на тесную, прямую взаимосвязь угла варус-деформации колена и пиковых показателей момента сил приведения, действующих на колено в фазе опоры. В то же время высокие показатели момента сил приведения, действующих на колено, – это основной биомеханический предиктор прогрессирования ОА. Как уже указывалось, этот момент сил приведения колена рассматривается в литературе как «суррогатная мера сил медиальной компрессии сустава» и является основной «мишенью» для биомеханических методов консервативной терапии ОА коленного сустава.
Учитывая данные, видетельствующие о роли варусного вращательного момента сил реакции опоры в развитии и прогресировании ОА колена, большой клинический интерес представляют консервативные вмешательства, например такие, как ортезы стопы, предназначенные для уменьшения нагрузки на медиальный «отсек» коленного сустава. Применение ортезов стопы значительно улучшает биомеханику коленного сустава, устраняя варус-позицию, разгружает медиальный отсек его и способствует снятию боли, снижению развития и прогрессирования ОА данного сустава.
Литература
- Краснов А.Ф., Котельников Г.П., Иванова К.А. Ортопедия. Москва, 1998, с. 285-286.
- Sharma L., Song J., Felson D.T., Cahue S., Shamiyeh E., Dunlop D.D. The role of knee alignment in disease progression and functional decline in knee osteoarthritis. J Am Med Assoc. 2001; 286 (2):188-195.
- Franz J.R., Dicharry J. K., Riley P.O., Jackson K., Wilder R.P., Kerrigan D.C. The influence of arch supports on knee torgues relevant to knee osteoarthritis. Med. Sci. Sports E[erc. 2008, 40, 913-917.
- Schipplein O.D., Andriachhi T.P. Interaction between active and passive knee stabilizers during level walking. J Orthop Res. 1991; 9 (1): 113-119.
- Нечаев В.И. Остеоартроз коленного сустава – основные биомеханические предикторы и ортезы стопы. ООО «Подиатр», 2018, 1, с.22-29.