КРИТЕРІЇ ОПОРНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТОПИ ЛЮДИНИ

Автор(и)

  • Валентин Цапенко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-1095-0117
  • Микола Терещенко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-4523-281X

DOI:

https://doi.org/10.20535/1970.63(1).2022.260655

Ключові слова:

біомеханіка стопи, опорна сила, сумарне навантаження, цикл кроку, критерії статичної та динамічної складових деформації стопи

Анотація

У статті приведено результати дослідження параметрів опорних характеристик стопи людини. Біомеханіка стопи завжди розглядається з точки зору її опорної та ресорної функцій. При перенавантаженнях систем, що підтримують склепіння - порушуються функції стопи, спотворюється, в цілому, руховий стереотип, відбуваються небажані перерозподіли сил, які передаються на інші відділи опорно-рухового апарату, в результаті чого виникають відхилення від норми, а потім фіксуються патологічні зміни. Провідне місце серед захворювань опорно-рухового апарату займають різні деформації стоп. Діагностика постави людини не була б повною без вимірювання і оцінки стану опорно-ресорних властивостей стопи. Для об’єктивної оцінки розподілу навантаження, викликаного вагою тіла людини та його впливу на локомоції, необхідні клінічний аналіз руху та постурологічне обстеження. При аналізі навантажень на стопу, необхідно враховувати ударні навантаження, як один з видів динамічних. На даний час опорні властивості стопи людини досліджені не повною мірою. Проте більшість вітчизняних та зарубіжних дослідників сходяться на думці про те, що впливати на правильне формування склепіння стопи набагато ефективніше профілактичними методами у дитячому віці.

Мета дослідження – підвищення точності оцінювання біомеханічних параметрів стопи людини внаслідок оцінки впливу опорних навантажень на відповідні фази циклу кроку людини. Предметом цього дослідження є біомеханічні, а саме опорні характеристики стопи. Поставлені завдання вирішуються шляхом розробки нового комплексного методу аналізу опорного навантаження, який дозволяє оцінити статичну та динамічну складові навантаження на стопу, та зводиться до визначення меж опорних характеристик. В якості об’єкта обрано декілька груп досліджуваних: контрольна (умовно здорова) та три експериментальні групи з ураженням опорної функції стопи різного ступеня складності. В ході досліджень, встановлено, що максимальний контакт з опорою, за одиницю часу має передній відділ стопи (фаза відштовхування), далі – задній відділ (фаза приземлення) і найменший – середній відділ (фаза перекату). Чим більша швидкість переміщення та довжина кроку, тим більший коєфіцієнт ударних навантажень, а їх пік припадає на передній та задній відділи стопи.

Встановлено, що у людей з вкороченням довжини однієї з нижніх кінцівок, зі збільшенням різниці в довжині підвищується сумарне навантаження на опорну кінцівку, та зменшується сила переднього поштовху. Доведено, що фактор опорної сили (статична та динамічна складові), може використовуватися в якості діагностичного критерію, який впливає на визначення деформації стопи. На основі розрахунку коєфіцієнтів детермінації зроблено припущення, що наявність певної деформації стопи частково залежить від фактору опорної сили. Практичне значення отриманих результатів полягає у вдосконаленні існуючих методів дослідження біомеханічних параметрів комплексним інтегральним оцінюванням особливостей стояння та ходи, циклу кроку та опорно-ресорних властивостей стопи. Також результати можуть бути використані в науково-дослідній діяльності та слугувати експертною оцінкою функціональних порушень у пацієнтів з ураженням опорно-рухової і нервової систем, вестибулярними порушеннями. 

Посилання

V. Tsapenko, M. Tereshchenko, V. Shevchenko, R. Ivanenko, “Methodology for calculating shock loads on the human foot”, Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal, no. 6(2), pp. 58-64, 2021.

V. Tsapenko, M. Tereshchenko, G. Tymchik, S. Matvienko, & V. Shevchenko, “Analysis of Dynamic Load on Human Foot”, in IEEE 40th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2020. doi:10.1109/elnano50318.2020.9088788

V. Tsapenko, M. Tereshchenko, G. Tymchik, “Models of evaluation of biomechanical parameters of lower extremities in children”, KPI Science News, no. 1, pp. 67–75, 2019.

V. Tsapenko, M. Tereshchenko, “Analysis of the Influence of difference between lower findings on biomechanical parameters of walking”, Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., is. 57(1), pp. 102-107, 2019. doi:10.20535/1970.57(1).2019.172034

N. Romakina, A. Fedonnikov, N. Bakhteeva et all, “5. Application of techniques of biomechanics in the status evaluation and pathology correction of locomotor system (Review) ”, Traumatology and orthopedics, № 3, с. 310–316, 2015.

6. Yakimov D. Orthopedic prevention and treatment of diabetic foot complications : avtoref. dis. cand. med. sc : 14.01.21, The Institute of Traumatology and Orthopedics by NAMS of Ukraine, 2007. (in Ukrainian)

V. Tsapenko, M. Tereshchenko, R. Ivanenko, “Biomechanical method for evaluating the efficiency of using individual foot braces ”, Vcheni Zapiski Tavriyskogo Natsionalnogo Universitetu Imeni V.I. Vernadskogo. Ser. Tehnichni Nauki. , № 32, с. 13–19, 2021. (in Ukrainian)

D. Farris, L. Kelly, A. Cresswell, &G. Lichtwark, “The functional importance of human foot muscles for bipedal locomotion”, Proceedings of the National Academy of Sciences, № 116(5), pp. 1645-1650, 2019. doi:10.1073/pnas.1812820116

P. Levinger, G. Murley, C. Barton, M. Cotchett, S. Mcsweeney, & H. Menz, “A comparison of foot kinematics in people with normal- and flat-arched feet using the Oxford foot model”, Gait & Posture, № 32 (4), pp. 519-523, 2010. doi:10.1016/j.gaitpost.2010.07.013

Z. Taha, M. Norman, S. Omar, & E. Suwarganda “A finite element analysis of a human foot model to simulate neutral standing on ground”, Procedia Engineering, №147, pp. 240-245, 2016. doi:10.1016/j.proeng.2016.06.240

Y. Shih, C. Chen, & H. Lin, “Lower extremity kinematics in children with and without flexible flatfoot: a comparative study”, BMC Musculoskeletal Disorders, № 13(1), pp. 13-31, 2012. doi:10.1186/1471-2474-13-31

M. Venkadesan, A. Yawar, C. Eng, M. Dias, D. Singh, S. Tommasini, “Stiffness of the human foot and evolution of the transverse arch”, Nature, № 579, pp. 97-100, 2020. doi:10.1038/s41586-020-2053-y

Z. Qian, L. Ren, Y. Ding, J. Hutchinson, & L. Ren, “A dynamic finite element analysis of human foot complex in the sagittal plane during level walking”, PLoS ONE, №8(11), 2013. doi:10.1371/journal.pone.0079424

M.B. Negreeva , V.A. Shenderov , I.E. Komogortsev , et al. , “Biomechanical studies in diagnostics, treatment and rehabilitation of patients with lower extremities, pelvic girdle and backbone: results and perspective”, Byulleten’ VSNTs SO RAMN , №4 (5), pp. 201–206, 2006.

V. Tsapenko, M. Tereshchenko, “Method of investigation of biomechanical parameters of the human foot ”, Vcheni Zapiski Tavriyskogo Natsionalnogo Universitetu Imeni V.I. Vernadskogo. Ser. Tehnichni Nauki, № 29, с. 51–59, 2018. (in Ukrainian)

V. Tsapenko, M. Tereshchenko, “Digital biometric system of the study of pathological conditions of the foot ”, in Proc. Int. Sci. Tech. Conf. Actual Problems of Automation and Instrumentation, Kharkov, Ukraine, December 07—08, 2017, pp. 89 – 90. (in Ukrainian)

D.V. Skvortsov. Locomotion disorders diagnostics using instrumental methods: walking analysis, stabilometrics. Moscow, RF: T.M. Andreeva, 2007. (in Russian)

V. Shchurov, K. Novikov, S. Muradisinov, “Effect of uneven legs on biomechanical parameters of walking”, Russian Journal of Biomechanics, № 4, с. 102–107, 2011. (in Russian)

D.V. Skvortsov, “Biomechanical methods in rehabilitation of walking and body balance disorders”, DSc abstract. Moscow, 2008. (in Russian)

Whittle M. W. Gait analysis: An introduction . Whittle M. W. – Edinburgh: Butterworth-Heinemann, 2011.

E.N. Schwartz., J. Su, “Plantar fasciitis: a concise review”, Perm J, 2014. doi:10.7812/TPP/13-113

Biometrics: Methodical instructions for practical work in the discipline "Biometrics" for students in the field of knowledge 15 Automation and instrumentation specialty 152 "Metrology and information-measuring technology" of all forms of education [Text] / Compiled by: S. Vyslouh, C. Barandych, O. Voloshko. Kyiv, Ukraine : KPI them. Igor Sikorsky, 2017. 62 p. (in Ukrainian)

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-07-04

Як цитувати

[1]
В. Цапенко і М. Терещенко, «КРИТЕРІЇ ОПОРНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТОПИ ЛЮДИНИ», Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., вип. 63(1), с. 89–99, Лип 2022.

Номер

Розділ

ПРИЛАДИ І СИСТЕМИ БІОМЕДИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ