а) Что такое ходьба? Ходьба — это движение вперед с выпрямленным туловищем при помощи перемещения нижних конечностей. Перемещение любого физического тела требует затрат энергии. Количество требуемой энергии зависит от веса перемещаемого тела и величины смещения его центра тяжести вдоль осей X (переднезадней), Y (горизонтальной) и Z (вертикальной) относительно исходной точки. Когда пациент стоит прямо, при этом его стопы находятся на расстоянии 10-15 см друг от друга, а руки опущены вдоль туловища, центр тяжести туловища располагается на средней линии, на 1 см кпереди от первого крестцового сегмента.
Рисунок 1. При нормальной походке центр тяжести тела описывает кривую с минимальной амплитудой по вертикальной и горизонтальной осям.
б) Что такое нормальная походка? Нормальная походка — это эффективное движение тела вперед. Эффективность подразумевает минимальный расход энергии. Любое превышение этого минимума может означать нарушение походки. Выделяют различные степени ее нарушения. Поэтому нормальную походку можно определить, как движение тела вперед, во время которого центр его тяжести описывает синусоидальную кривую с минимальной амплитудой по осям Y и Z (рис. 1). Увеличение смещения центра тяжести тела от указанных траекторий требует повышенной затраты энергии.
В результате снижается эффективность передвижения (локомоции) и повышается утомляемость. Вот почему ходьба на пальцах стопы и наклон туловища в пораженную сторону для компенсации наклона таза и функционального укорочения конечности являются признаками нарушения походки при слабости отводящих мышц бедра. Каждое из этих нарушений характеризуется увеличенным смещением центра тяжести. В первом случае имеет место чрезмерное вертикальное смещение центра тяжести, тогда как боковой наклон при походке Тренделенбурга вызывает повышенное смещение центра тяжести с одной стороны на другую.
Рисунок 2. Цикл походки: фаза опоры и фаза переноса.
Походка представляет собой циклический процесс, требующий повторяющегося перемещения нижних конечностей. Цикл походки делится на две фазы: опора и перенос (рис. 2). Фаза опоры, в свою очередь, подразделяется на пять периодов:
1. Удар пяткой
2. Опора на стопу (плоская стопа)
3. Середина фазы опоры
4. Отрыв пятки
5. Отрыв пальцев
Фаза опоры занимает 60% времени полного цикла нормальной походки. Оставшиеся 40% приходятся на фазу переноса, в которой выделяется три периода:
Период, когда стопы обеих ног находятся в контакте с поверхностью, называется периодом двойной опоры. Длина шага — это расстояние между точкой контакта левой пятки и точкой контакта правой пятки.
Длина большого шага — это расстояние между точкой удара левой пяткой и точкой следующего удара той же пяткой после фазы переноса.
Существует шесть факторов, определяющих походку. Эти постуральные аккомодации, обусловленные положением тела, добавляют ходьбе эффективность за счет снижения затрат энергии. Первые пять факторов уменьшают вертикальное смещение тела, шестой — уменьшает его боковое смещение:
1. Наклон таза — приблизительно на 5° на стороне переноса
2. Ротация таза — приблизительно на 8° на стороне переноса
3. Сгибание коленного сустава — приблизительно до 20° в ранней фазе опоры
4. Подошвенное сгибание — приблизительно до 15° в ранней фазе опоры
5. Подошвенное сгибание — приблизительно до 20° в поздней фазе опоры
6. Ограниченная база ходьбы — обусловлена нормальным вальгусным положением коленного сустава и расположением стопы.
Рисунок 3. Момент варусной (кнутри) ротации бедра определяется как произведение силы тяжести (G), действующей на центр тяжести тела, и перпендикулярного к ней рас-тояния (b) от центра туловища до тазобедренного сустава: G х b.
Рисунок 4. При ударе пяткой центр тяжести тела находится кзади от оси коленного сустава. При этом возникает тенденция к сгибанию в коленном суставе. Это называется моментом сгибания, который противостоит активному сокращению разгибателей голени (четырехглавой мышцы).
Во время каждого цикла походки сила тяжести направлена вниз и постоянно действует на центр тяжести туловища. По существу, это вызывает ротацию в каждом суставе нижней конечности. Такая ротационная деформация называется моментом. Величина момента — это произведение силы, действующей на центр тяжести тела, и перпендикулярного к ней расстояния между центром тяжести и осью, относительно которой действует сила тяжести (рычаг момента) (рис. 3). Когда рычагом момента является вертикальная ось Z, действующие силы называются варусными (ротация, направленная к средней линии) или вальгусными (ротация, направленная от средней линии).
Закрытие сустава называется моментом сгибания. Например, в момент удара пяткой центр тяжести туловища находится за осью коленного сустава. Рычаг момента, действующего на коленный сустав, находится кзади от центра ротации коленного сустава. Действующий момент веса тела будет закрывать (уменьшать угол) коленный сустав, вызывая его спонтанное сгибание. Поэтому момент, действующий на коленный сустав от фазы удара пяткой до средней фазы опоры,— это момент сгибания (рис. 4).
Подобно этому, в фазе удара пяткой центр тяжести туловища находится кпереди от центра ротации тазобедренного сустава. Поэтому рычаг момента, с которым сила тяжести действует на тазобедренный сустав во время удара пяткой, будет вызывать спонтанное приближение (сгибание) бедра к туловищу. Следовательно, сила тяжести, действующая на тазобедренный сустав при ударе пяткой, создает момент сгибания.
Момент, действующий на сустав и открывающий его (увеличивающий угол), является моментом разгибания. Примером такого момента служит сокращение четырехглавой мышцы, которая, преодолевая силу натяжения сухожилия надколенника, действует на рычаг, расположенный кпереди от оси движения коленного сустава. Таким образом, она открывает коленный сустав (увеличивает угол). Следовательно, коленный сустав разгибается за счет силы, действующей на него при сокращении четырехглавой мышцы.
Разгибание четырехглавой мышцы нейтрализует спонтанное сгибание коленного сустава, которое возникает при переходе от фазы удара пяткой к средней фазе опоры из-за того, что центр тяжести туловища располагается позади оси коленного сустава.
Общее представление о том, что же такое момент силы, позволит провести анализ для изменения положения каждого сустава на протяжении всего цикла ходьбы. На основе анализа взаиморасположения центра тяжести туловища и сустава можно предсказать, когда мышечный комплекс должен сокращаться и где он должен располагаться для достижения оптимального удержания равновесия во время ходьбы. Другими словами, действие мышц нейтрализует действие силы тяжести на суставы.
По аналогичной схеме можно анализировать нарушения равновесия и понять, какие структуры функционируют неэффективно или аномально расположены. Такой анализ является основным и решающим для диагностики и лечения нарушений походки.
Например, хромота при заболевании тазобедренного сустава может быть рассмотрена с точки зрения момента гравитационных сил, действующих при ротации туловища кнутри во время односторонней опоры и уравновешивающего вальгусного момента, создаваемого мышцами, отводящими бедро (в частности, средней ягодичной мышцей). Примером вальгусного момента является действие средней ягодичной мышцы на тазобедренный сустав в средней фазе ходьбы, при которой сокращается отводящая мышца. Вектор ее силы будет смещать таз в положение вальгусной (наружной) ротации. Это служит противодействием варусному (внутреннему) моменту, создаваемому силой тяжести.
Рисунок 5. Трость в противоположной руке помогает отводящим мышцам тазобедренного сустава в противостоянии гравитационному моменту, толкающему тело в неподдерживаемую сторону во время фазы переноса.
Однако приводящая мышца имеет более короткий рычаг, чем сила тяжести, которую необходимо преодолеть. Таким образом, чтобы поддерживать равновесие тела через тазобедренный сустав, отводящие мышцы должны оказывать воздействие пропорционально большими силами, чем сила тяжести. Фактически, поскольку рычаг момента отведения (а) составляет приблизительно половину такового момента для туловища (б), его сила (А) должна в 2 раза превышать силу отведения веса тела (Б). Это можно выразить как уравнение состояния равновесия: А х а = Б х б, зная, что а = б, получаем, что А = 2Б.
При проведении такого анализа тазобедренного сустава легко предсказать пользу от применения трости, которую следует держать в противоположной руке для содействия работе слабых отводящих мышц. Трость предупредит ротацию туловища внутрь в направлении стороны, не имеющей поддержки из-за недостаточной сопротивляемости слабых отводящих мышц (рис. 5). Подобный анализ объяснит, почему фиксация коленного сустава в положении разгибания является эффективным средством предупреждения его внезапного спонтанного сгибания и падения пациентов, перенесших полиомиелит с последующим параличом четырехглавой мышцы, во время ходьбы.
