Разработка и обоснование конструкций ортопедического снабжения при ампутационных дефектах стоп

Ампутация, как следствие тяжелых травматических повреждений или заболеваний конечностей в значительной степени нарушает опорно-двигательную функцию человека.

Ампутация конечности была известна еще в древности. Гораздо позже как метод операции стало применяться вычленение.

Первый случай частичной ампутации стопы был произведен лондонским хирургом Шарпом в 1763 году. В дальнейшем методически ампутация на протяжении плюсневых костей производилась Турнероммладшим. Более широко эта ампутация стала применяться в начале XIX столетия. Начало вычленения пальцев большинство авторов связывает с именем Гаранжо [12].

Первое вполне достоверное частичное вычленение стопы между таранной и пяточной костью с одной стороны, кубовидной и ладьевидной — с другой, было произведено в 1780 году де Вивье. Однако историческим творцом вычленения стопы в поперечном суставе предплюсны считается Шопар, именем которого и названа эта операция. Она была произведена впервые в 1787 году.

Хорошо функционирующая культя, годная для протезирования, стала предметом забот лишь хирургов конца 19 века. До этого в их задачу входило только отнятие пораженной части конечности и при этом они руководствовались правилом, чем ниже уровень ампутации, тем лучше. Это и понятно, так как в досептический период процент летальных исходов при операциях вообще и, в частности, при ампутациях был высок.

Введение

асептики резко снизило летальность от ампутаций. В результате этого количество пациентов, благополучно перенесших ампутацию, возросло и на первый план вышли требования по созданию функциональной культи для дальнейшего протезирования. С этого момента и начинает развиваться протезирование. Вначале протезы изготавливались кустарно, они были примитивны и служили только для опоры. Количество лиц, нуждающихся в протезировании, особенно возросло в период ведения военных действий. Состояние протезной помощи того времени не соответствовало возможностям массового обеспечения инвалидов протезами. Для разрешения этой проблемы необходимо было не только изготовление полуфабрикатов, но и стандартизация протезов и их частей. Промышленность стала специализироваться на выпуске определенных типов протезов. В этом отношении на помощь протезной технике пришли хирурги. Были разработаны так называемые «ампутационные схемы», авторы которых для обеспечения протезирования рекомендовали производить усечения каждого сегмента конечности на строго определенных уровнях, иногда в ущерб функциональным качествам культи.

Изучение ближайших результатов операций и накопление опыта в протезировании инвалидов * создали возможность совершенствования конструкций ортопедического снабжения с учетом последующих осложнений после ампутаций.

Данные биомеханических исследований показывают, что после ампутации стопы на любом уровне в той или иной степени нарушается двигательный стереотип: изменяются длина шага, соотношение фаз опоры и переноса, затрудняется перекат. Даже после ампутации пальцев утрачивается способность эластичного переката и заднего толчка. Эти нарушения проявляются еще в большей мере при дефектах среднего отдела стопы, когда опорными точками становятся метафизы и диафизы плюсневых костей, клиновидные кости. Затрудняют ходьбу болезненные рубцы, особенно расположенные на опорной поверхности и склонные к изъязвлению.

Задача реабилитации больных после ампутации стопы на различных уровнях существует уже многие годы. Специалистами разработаны протезно — ортопедические изделия различных видов и конструкций: от вкладных стелек до протезов.

Однако, проблема ортопедического снабжения при ампутационных дефектах стоп до настоящего времени не потеряла своей актуальности. Об этом свидетельствуют результаты клинических исследований Московской фабрики ортопедической обуви. Ежегодно на фабрику обращается до 100 инвалидов, как первично протезируемые так и являющиеся клиентами фабрики многие годы. Ампутационные дефекты стоп по уровням усечения распределяются следующим образом: длинные культи — 10%, средние — 60% и короткие — 30%. В зависимости от уровня ампутации средством ортопедической коррекции могут служить и ортопедические стельки (при длинных культях), и ортопедическая обувь различной конструкции и вкладные изделия (при средних и коротких культях), и протезы (при полной ампутации стопы). Опыт многих фабрик ортопедической обуви показывает, что большинство больных (83%) пользуются ортопедической обувью и лишь 17% - вкладными приспособлениями (вкладными туфельками, вкладными башмачками) [12].

Протезирование больных тем не менее осуществляется без достаточного эффекта, как в функциональном, так и в косметическом отношении. К недостаткам современных конструкций ортопедического снабжения относятся: жесткость изделия, которая часто приводит к излому жестких деталей и деформации изделия, затрудняющему ходьбунеблагоприятное положение культи в протезно — ортопедическом изделиинедостаточная подгонка межстелечного слоя, приводящая к болезненности при ходьбе, а также пониженные эстетические свойства конструкций.

Неудовлетворенность значительного числа больных ортопедической обувью, неравномерный ее износ и деформация указывают на то, что ортопедическое снабжение больных осуществляется без достаточного учета анатомо-функциональных особенностей культи. Это усугубляется еще и тем, что для изготовления ортопедических изделий нет специальных колодок — используются обычные колодки, предназначенные для изготовления обуви на нормальные и плоские стопы, или гипсовые слепки. На колодки или слепки наколачивается множество набивок, с помощью которых выравнивают площадь опоры, разгружают болезненные участки, изменяют размеры отдельных параметров колодки. При этом эквинусная установка практически не устраняется, так как набивки для углубления пяточной части и разгрузки переднего отдела культи взаимно не компенсируют друг друга. Таким образом, подгонка колодки — трудоемкий процесс, и удобство обуви зависит от квалификации мастера — колодочника.

Индивидуальный подход к каждому больному является весьма трудоемким и дорогостоящим: необходимо снять слепок со стопы, что требует достаточно много времени, затем этот слепок дорабатывают с использованием полимерных материалов, кожи, резинового носка и др. После этого на доработанный слепок затягивают временную заготовку и отправляют на примерку. После примерки изделие передают снова специалисту по колодкам, который должен исправить все ошибки, обнаруженные при примерке. Исправленное, собранное изделие вместе со слепком (колодкой) передают закройщику для раскроя наружных деталей верха, текстильной и кожаной подкладки. Весь процесс занимает от 2 до 5 месяцев.

Все вышесказанное свидетельствует о необходимости совершенствования проектирования ортопедических вкладных приспособлений. Использование новейших видов диагностики и результатов анатомо — биомеханических и физиологических характеристик ампутированных стоп позволит повысить точность определения патологии, скорость установления индивидуальных характеристик культей и обеспечит оптимальность выбора вида ортопедического снабжения.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является повышение функциональных и эстетических свойств ортопедического снабжения на основе клинико-физиологических и анатомо-биомеханических исследований культей стоп.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные задачи:

• изучены особенности дефектов стоп, влияющих на подбор ортопедического снабжения;

• обобщены и систематизированы ампутационные дефекты стоп;

• проведены патентные исследования и анализ используемого ортопедического снабжения при ампутационных дефектах стоп;

• выявлены конструктивно-технологические особенности ортопедического снабжения при ампутационных дефектах стоп;

• проведены антропометрические исследования стоп инвалидов;

• исследован характер распределения нагрузки при стоянии и ходьбе;

• проведены исследования процесса ходьбы лиц с ампутационными дефектами;

• сформулированы основные медицинские требования к ортопедическому снабжению при ампутационных дефектах стоп;

• выявлены особенности проектирования и технологии изготовления ортопедического снабжения при ампутационных дефектах стоп;

• разработана конструкция ортопедического снабжения (вкладного башмачка для культей по Шопару) при ампутационных дефектах стоп;

• изготовлен опытной образец вкладного башмачка;

• проведена апробация полученных результатов.

Методы исследований. Поставленные в работе задачи решались с использованием теоретических и практических основ анатомии и биомеханики, медицины, протезирования и ортезирования, конструирования и технологии обуви, материаловедения, автоматизированных систем, а также методов антропометрии и математической статистики.

В качестве объектов исследования выступают культи стоп инвалидов различного возраста и разного уровня ампутации. Для оценки анатомического состояния стоп и их динамики использованы биомеханические, клинические и рентгенологические методы исследования.

Научная новизна работы заключается в:

• получении антропометрических данных стоп с ампутационными дефектами;

• определении характера распределения давления при взаимодействии стопы с опорной поверхностью при стоянии и ходьбе лиц с ампутационными дефектами стоп;

• выявлении отклонений в процессе ходьбы лиц с ампутационными дефектами.

• автоматизированном проектировании вкладных приспособлений (на примере вкладного башмачка для культей стоп по Шопару).

Практическую значимость работы представляют:

• научно — обоснованные конструктивно-технологические характеристики ортопедического снабжения для лиц с ампутационными дефектами стоп;

• усовершенствованная конструкция ортопедического снабжения, компенсирующая анатомические дефекты культей стоп (на примере вкладного башмачка для культей стоп по Шопару);

• конструктивно-технологические характеристики ортопедического снабжения при ампутационных дефектах стоп;

• сокращение временных затрат на выполнение заказов;

• программно-методический комплекс автоматизированного проектирования вкладных приспособлений при ампутационных дефектах стоп.

Апробация работы. Полученные результаты внедрены на Московской фабрике ортопедической обуви и в учебный процесс на кафедре «Технология изделий из кожи» Московского государственного университета дизайна и технологии.

Публикации. Основные положения диссертации и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на заседании кафедры технологии изделий из кожи Московского государственного университета дизайна и технологии, 52-ой научной конференции студентов и аспирантов, посвященной 70-летию МГУДТ (г. Москва, 2000 г.), международной конференции «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности» ВГТУ (г. Витебск, Республика Беларусь, 2000 г.), межвузовской научно — технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые развитию текстильной и легкой промышленности» ИГТА (г. Иваново, 2002), международной научной конференции «Текстиль, одежда, обувь: дизайн и производство» ВГТУ (г. Витебск, Республика Беларусь, 2002), международной научной конференции «Роль предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека» МГУДТ (г. Москва 2002 г.).

По теме диссертационной работы опубликованы 8 статей, учебные пособия под грифом УМО: «Анатомо-физиологические и биомеханические особенности ампутационных культей стоп» и «Ортопедическое снабжение при ампутационных культях стоп» для студентов специальностей 28.11 и 28.12.

Структура и объем диссертации

По своей структуре диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 205 страниц текста, включая 72 рисунка и 14 таблиц. Список использованной литературы содержит 135 источников. Приложение представлено на 67 страницах.

1. Показано, что рассечение мягких тканей во время ампутации может быть выполнено гильотинным, круговым (циркулярным) или лоскутным способами. Обобщены и систематизированы ампутационные дефекты стоп. Культи стоп подразделяются на продольные и поперечные. Поперечные культи стоп по уровням усечения классифицируются следующим образом: по Гаранжо, Шарпу, Лисфранку, Бона — Йегеру, Лабори, Шопару и Пирогову.2. Выявлены на основе анализа биомеханических моделей культей стоп и модели стопы в норме следующие отклонения: после ампутации по Гаранжо функция конечности в целом страдает мало (нет эластичного мягкого отталкивания от опоры, уменьшается длина шага), при ампутации по Шарпу высота продольного свода уменьшается, это резко снижает рессорные свойства культи, отсюда нарушается эластичность походки, IV фаза переката полностью выпадает, а Ш — значительно видоизменяется. При ампутации по Лисфранку культя полностью теряет свои амортизационные свойства, при усечении по Бона — Йегеру величина нагрузки переднего отдела стопы больше, чем заднего, в отличие от первых трех случаев, при вычленении по Лабори опора культи сосредотачивается на переднем отростке и бугре пяточной кости, после ампутации по Шопару передний отдел стопы отсутствует, из-за чего устойчивость культи нарушается, опора культи по своему характеру становится костыльной.3. Показано, что из деформаций культей стоп преобладают варусная и эквино-варусная установка. Варусная установка как явление компенсаторное. Наибольшее число эквинусной установки культи после вычленения по Шопару. Встречающиеся деформации культи объясняются нарушением равновесия сил, действующих на культю. развитием компенсаторных приспособлений в связи с изменением опорно-двигательной функции культи и наличием определенных болезненных участков на ее опорной поверхности.4. Проведены патентные исследования и анализ используемого ортопедического снабжения при ампутационных дефектах стоп. Все многообразие существующего на данный момент ортопедического снабжения при культях систематизировано по назначению в зависимости от уровня ампутации.5. Получены антропометрические данные стоп инвалидов. Проведены сравнения среднеарифметических величин размерных признаков стоп мужчин и женщин с различными уровнями ампутации. Показано, что значительных отклонений в основных параметрах стоп после ампутации не наблюдается.6. Проведены исследования культей стоп 63 человек в возрасте от 5 до 70 лет, оперированных в разное время различными способами или имеющие врожденные недоразвития нижних конечностей, которые позволили заключить, что самое наибольшее число пациентов находятся в возрасте от 61 до 70 лет и что на первом месте по частоте встречаемости среди уровней ампутации оказались культи по Шопару;

7. Выявлено, что после ампутации стопы на различных уровнях нарушается двигательный стереотип: траектория центра давления (ТЦЦ) тела смещается на здоровую стопу, время опоры на здоровую стопу значительно превышает время опоры на ампутированную, распределение нагрузки на здоровую конечность больше чем на ампутированную, на культе вся нагрузка практически локализована на переднем отделе.8. Сформулированы основные медицинские требования к ортопедическому снабжению при культях стоп. Показаны принципы построения ортопедических изделий при ампутационных дефектах с т о п. «» — Ч: U — у :

9. Разработана усовершенствованная конструкция вкладного башмачка на культи стоп по Шопару. Даны рекомендации по выбору материалов для изготовления вкладного башмачка на культи стоп по Шопару. 5. Изготовлен опытный образец вкладного башмачка. Сформулированы особенности конструкторской проработки вкладного башмачка и технологического процесса ее изготовления.10. Проведены тензометрические исследования пациента в положении стоя и при ходьбе с использованием вкладного башмачка разработанной конструкции. Сравнение результатов этих исследований с результатами аналогичных исследований этого же пациента без вкладного башмачка показало значительное улучшение биомеханических характеристик, что доказывает медицинскую эффективность разработанной конструкции.11. Рекомендовано на стадии проектирования специальных деталей вкладного башмачка использовать разработанный программно ;

методический комплекс автоматизированного проектирования вкладных приспособлений, значительно сокращаюш-его временные затраты на данные операции.12. Работа имеет социальный эффект, выражающийся в своевременном обеспечении инвалидов функционально пригодных вкладных приспособлений, а также интеллектуализации труда работающих.13. Экономический эффект от предлагаемых в работе решений может быть получен за счет сокращения временных затрат на изготовление изделий и снижения процента возврата их на доработку.