автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Обоснование и разработка конструкции медицинской обуви для больных с поражением нервных окончаний конечностей

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

КАЛЯГИН Александр Михайлович

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ МЕДИЦИНСКОЙ ОБУВИ ДЛЯ БОЛЬНЫХ С ПОРАЖЕНИЕМ НЕРВНЫХ ОКОНЧАНИЙ КОНЕЧНОСТЕЙ

Специальность 05.19.06 - Технология обувных и кожевенно-галантерейных изделий

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Фукин В.А.

Научный консультант: кандидат медицинских наук Миронов Е.М.

Москва -1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. СВЕДЕНИЯ О МЫШЦАХ И НЕРВАХ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ 7

1.1 Мышцы нижних конечностей 7

1.2. Нервы нижних конечностей 13

1.3. Параличи и парезы нижних конечностей, степень поражения конечностей 17

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ 24

ГЛАВА 2. ПОЛУЧЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

МЕДИЦИНСКОЙ ОБУВИ ДЛЯ БОЛЬНЫХ ВЯЛЫМ ПАРАЛИЧОМ ИЛИ ПАРЕЗОМ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ 24

2.1 Кинематика стопы и голени при ходьбе больного вялым параличом или парезом нижних конечностей и здорового человека 25

2.2 Анализ ортопедических аппаратов на нижние конечности,

используемых при вялом параличе или парезе нижних конечностей 32

2.3 Антропометрические исследования стоп больных вялым параличом

или парезом нижних конечностей 52

2.4 Разработка требований к медицинской обуви 62

ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ 64

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ МЕДИЦИНСКОЙ ОБУВИ ДЛЯ БОЛЬНЫХ ВЯЛЫМ ПАРАЛИЧОМ ИЛИ ПАРЕЗОМ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ 65

3.1 Разработка системы пружин и методики расчета её параметров. Кинематика стопы и голени больного вялым параличом или парезом нижних конечностей при использовании системы пружин 65

3.2 Разработка новой конструкции медицинской обуви для использования системы пружин 74

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ 78

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ОБУВИ С СИСТЕМОЙ ПРУЖИН ДЛЯ БОЛЬНЫХ ВЯЛЫМ ПАРАЛИЧОМ ИЛИ ПАРЕЗОМ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ 79

4.1 Опытная носка медицинской обуви и анализ результатов испытаний 79

ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ 84

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 85

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 87

ПРИЛОЖЕНИЕ А 98

ВВЕДЕНИЕ

В наше беспокойное время человек постоянно подвергается риску получения различных травм: на улице, на работе, в автомобиле, а так же в ходе вооруженных конфликтов» Как правило, травматизм происходит по вине самого человека: по неосторожности, халатности, либо умышленно. В большинстве своем травмы сопровождаются переломами различных костей в теле человека, а иногда и переломами позвоночника, что приводит к потере двигательных функций конечностей. Полную утрату произвольных движений называют параличом, частичную парезом. Из общего числа случаев переломов костей в теле человека от 1% до 4% происходит перелом позвоночника, от 4 8% до 7 6% [4] из числа переломов позвоночника приходится на поясничный отдел, что вызывает вялый паралич или парез нижних конечностей. Человек, приобретший вялый паралич или парез нижних конечностей, значительно ограничен в возможности передвигаться. Если человек не лишен этой возможности полностью, то у него существенно снижается интенсивность, темп ходьбы, уменьшается устойчивость при стоянии и ходьбе. Поражение нижних конечностей наиболее часто сопровождается поражением двигательных функций голеностопного сустава, что приводит стопу в состояние подошвенного сгибания (отвисающая стопа) и создает дополнительные затруднения при ходьбе. Так же вялый паралич или парез распространен как остаточное явление после полиомиелита.

Проблематичным до сих пор является обеспечение удобства ортопедических аппаратов (устройство для компенсации утерянных функций мышц) [13, 14, 15, 19, 20], в частности голеностопного сустава, и эстетичности их

внешнего вида. В связи с этим актуальным на сегодняшний день становится создание удобной, функциональной, эстетичной и технологичной медицинской обуви для физической и моральной реабилитации больных вялым параличом или парезом нижних конечностей.

Целью настоящей работы является создание конструкции медицинской обуви на основе существующего опыта в области изготовления ортопедических аппаратов и ортопедической обуви для больных вялым параличом или парезом нижних конечностей.

В связи с этим важным представлялось решение следующих задач:

проведения антропометрических и биомеханических исследований стоп больных вялым параличом или парезом нижних конечностей;

анализа современных конструкций ортопедических аппаратов и медицинской обуви для больных вялым параличом или парезом нижних конечностей;

разработки требований к конструкции медицинской обуви для реабилитации больных вялым параличом или парезом нижних конечностей;

обоснования кинематической модели ходьбы человека с вялым параличом или парезом нижних конечностей;

разработки системы пружин для новой конструкции медицинской обуви и методики расчета её параметров;

разработки новой конструкции медицинской обуви для реабилитации больных вялым параличом или парезом нижних конечностей;

разработки методики проведения испытания новой медицинской обуви для реабилитации больных вялым параличом или парезом нижних конечностей;

изготовления, медицинской обуви для больных вялым параличом или парезом нижних конечностей, и апробации её образца, по разработанной методике.

Объекты и методы исследований

Работа базируется на целостном системном подходе к проблемам конструирования медицинской обуви с использованием методов моделирования кинематики ходьбы, социологических исследований, математической статистики, биомеханических и антропометрических исследований, сопротивления материалов, теоретических основ разработки конструкций обуви.

Объектами научного исследования являются больные вялым параличом или парезом нижних конечностей, система "стопа - медицинская обувь"1, конструкции ортопедических аппаратов на нижние конечности.

Научная новизна работы заключается в:

разработке новой научно-обоснованной конструкции медицинской обуви для больных вялым параличом или парезом нижних конечностей;

разработке кинематической модели ходьбы человека с вялым параличом или парезом нижних конечностей и описании движения системы "стопа-медицинская обувь";

разработке методики испытания новой конструкции медицинской обуви;

разработке системы пружин для новой конструкции медицинской обуви и методики расчета её параметров;

получении антропометрических данных стоп больных вялым параличом или парезом нижних конечностей для подбора оптимальной колодки;

создании систематизированной основы для принятия проектных решений при разработке конструкций медицинской обуви для больных вялым параличом или парезом нижних конечностей при малосерийном производстве медицинской обуви.

Практическая значимость работы

результаты антропометрических исследований стоп больных вялым параличом или парезом нижних конечностей;

новая конструкция медицинской обуви для реабилитации больных вялым параличом или парезами нижних конечностей, которая может производиться малыми сериями, используя обычное серийное оборудование для производства обуви;

методика расчета параметров пружин для предлагаемой медицинской обуви;

методика испытания новой медицинской обуви.

Результаты работы докладывались на III (1996 г.) и IV (1998г.) Всероссийских научно-методических

конференциях по биомеханике (г. Нижний Новгород).

Основные результаты выполненных исследований отражены в двух печатных работах и заявке на изобретение.

Апробация новой медицинской обуви проводилась на базе Центрального научно-исследовательского института

протезирования и протезостроения (ЦНИИПП) в отделе биомеханики и управления движениями.

Диссертация соссоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка использованной литературы.

Объем диссертации составляет 210 страниц текста, включающие 36 рисунков, 5 таблиц. Приложение представлено на 7 0 страницах. Список использованной литературы содержит 90 наименований.

ГЛАВА 1. СВЕДЕНИЯ О МЫШЦАХ И НЕРВАХ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ

В первой главе представлены краткие сведения о строении мышечной и нервной системах человека, на основе изученной литературы по анатомии и физиологии [1, 2, 3, 80] , а так же представлена информация о параличах и парезах нижних конечностей и степени поражения [4, 6, 9, 10, 16, 17, 18, 23, 24, 25] .

1.1 Мышцы нижних конечностей

Скелетные мышцы составляют активную часть аппарата движения. Работа мышц подчинена воле человека, поэтому движения, совершаемые мышцами, называются произвольными. Общее количество скелетных мышц более 400. Их суммарная масса составляет около 40% от общей массы тела взрослого человека. Мышцы прикрепляются своими сухожилиями к различным частям скелета. В зависимости от места расположения различают мышцы туловища, шеи, головы, верхних конечностей и нижних конечностей [2].

Мышца имеет сложное строение (рис. 1.1.) [1, 2, 78], в её состав входит несколько тканей. Основу скелетной мышцы составляет исчерченная мышечная ткань,

обуславливающая свойство мышцы сокращаться. Снаружи мышца покрыта соединительнотканным покровом - фасцией.

1 - пучки мышечных волокон; 2 - эндомизий; 3 - перемизий; 4 - фасция Рис 1.1. Поперечный разрез мышцы

Между отдельными мышечными пучками находится соединительная ткань, составляющая внутренний перимизий. Между мышечными волокнами имеются очень нежные прослойки, называемые эндомизием. Оболочка мышцы вместе со всеми перегородками составляет скелет мышцы. Мышечное брюшко состоит из исчерченных мышечных волокон, образующих пучки разной толщины, один конец пучка носит название головки, а другой - хвоста. Головка и хвост имеют сухожильное строение. Форма сухожилия зависит от формы мышечного брюшка(рис. 1.2.) ,

а - веретенообразная; б - двуглавая мышца; в - двубрюшная мышца; г - мышца с сухожильными перемычками; д - двуперистая мышца; е - одноперистая мышца; 1 — брюшко мышцы; 2,3 - сухожилия мышцы; 4 - сухожильная перемычка; 5 - промежуточное сухожилие Рис. 1.2. Форма мышц

б

с

д

Если мышечное брюшко в сечении округлой формы, то и сухожилие как его продолжение имеет шнурообразную форму и называется - сухожилием, а сухожилия широких мышц называются - пластинчатым сухожилием или апоневрозом. Волокна сухожилия крепко соединены с мышечными волокнами (они переходят непосредственно друг в друга) . В силу малого поперечного сечения, по сравнению с мышечным брюшком, сухожилие занимает минимальное место в мышечной системе. Его концы весьма крепко соединены с рычагом движения (костью), проникая в виде волокон в толщу костного вещества. Сухожилие является неутомимой частью мышцы. Ввиду того, что сухожилие, по сравнению с мышечным брюшком, обладает большей сопротивляемостью на растяжение, то после растяжения сухожилие, с большей силой и быстротой, возвращается к исходному положению и в этом отношении дает значительный прирост ускорения движению рычага.

Вступающие в мышцу, а равным образом и выходящие из нее, сосуды распределяются в толще мышцы. Артерии, подходя к мышечным волокнам, дают очень густую сеть капилляров.

Мышца имеет двигательные и чувствительные нервные волокна, причем каждое отдельное мышечное волокно управляется только ему принадлежащим самостоятельным двигательным волокном и вместе с ним представляет одно целое.

Таким образом, комплекс объединяющихся мышечных волокон совместно с сухожилием образуют орган - мышцу, который неразрывно связан с суммой своих нервных волокон, составляющих целый нерв данной мышцы.

Подробно рассмотрены мышцы голени и стопы, производящие движения в коленном и голеностопном суставах соответственно [1, 2] . Особое внимание им уделяется в связи с тем, что для данной работы представляют интерес инвалиды с поражением нервных окончаний именно этих групп мышц, атрофия которых, вызванная вялым параличом, ведет к значительным затруднениям при передвижении человека.

Движения голени осуществляются следующими мышцами:

\__I - сгибание голени (рис. 1.3.) производят -

| I портняжная, нежная, полусухожильная,

полуперепончатая мышцы, двуглавая мышца /1 бедра, икроножная, подошвенная,

1 подколенная мышцы (рис. 1.11, 1.12);

V (—"1! ! тормозят сгибание мышцы-антогонисты [2,

\Ч] 1 | 3], в данном случае разгибатели голени -

к ^^з^ крестовидные связки;

Рис. 1.3. Сгибание голени

- разгибание голени (рис. 1.4.) - прямая мышца бедра, внутренняя широкая мышца бедра, наружная широкая мышца бедра, промежуточная широкая мышца бедра, суставная мышца колена(рис. 1.11, 1.12); тормозят разгибание сгибатели голени - боковые связки, передняя крестовидная связка.

Рис. 1.4. Разгибание голени

вращение

голени

внутрь

(рис

п

нежная мышца, полусухожильная

мышца, полуперепончатая мышца,

подколенная мышца, портняжная мышца, икроножная мышца (внутренняя головка) (рис. 1.11, 1.12); тормозят вращение супинаторы голени - крестовидные связки.

Рис. 1.5. Вращение голени внутрь

- вращение голени кнаружи - икроножная мышца (наружная головка), двуглавая мышца бедра (рис. 1.11, 1.12); тормозят пронаторы голени - боковые связки.

Движения стопы осуществляются следующими мышцами:

- сгибание стопы производят (рис. 1.6) - длинная малоберцовая мышца, короткая малоберцовая мышца, трехглавая мышца голени, пяточная мышца, подошвенная мышца, длинный сгибатель пальцев, длинный

сгибатель большого пальца, задняя болынеберцовая мышца (рис. 1.11, 1.12); тормозят сгибание

разгибатели стопы - суставная сумка.

Рис. 1.6. Сгибание стопы

- разгибание передняя длинный короткий

стопы (рис. большеберцовая разгибатель разгибатель

1.7 .)

мышца, пальцев, пальцев,

- —

Рис. 1.7. Разгибание стопы

длинный разгибатель большого пальца, короткий разгибатель большого пальца (рис. 1.11, 1.12); тормозят разгибание сгибатели стопы - блок таранной кости.

отведение стопы с вращением во внутрь (рис. 1.8.) - длинный разгибатель пальцев, длинная

малоберцовая мышца, третья

малоберцовая мышца (рис. 1.11, 1.12); тормозят отведение с вращением во внутрь супинаторы стопы - дельтовидная связка, наружная лодыжка.

Рис. 1.8. Отведение стопы с вращением во внутрь

- приведение стопы с вращением кнаружи

(рис. 1.9.) - передняя большеберцовая мышца, длинный сгибатель пальцев, длинный сгибатель большого пальца, задняя большеберцовая мышца (рис. 11,12); тормозят приведение с вращением пронаторы стопы - пяточно-малоберцовая связка, внутренняя

лодыжка.

Рис. 1.9. Приведение стопы с вращением кнаружи

Эти движения и вообще нормальное функционирование мышц возможно только при нормальной иннервации. Все нервы входящие и проходящие через мышцы не должны быть поврежденными и иметь перерывы. Что представляет из себя нервная система человека, какие нервы осуществляют иннервацию нижних конечностей рассмотрим далее.

1.2. Нервы нижних конечностей [2, 23, 24, 34]

Центральную нервную систему человека составляют головной и спинной мозг. От головного мозга отходят 12 пар головных (черепно-мозговых), от спинного мозга - 31 пара спинномозговых нервов. От них отходят ветви к различным органам и тканям.

Нервы представляют собой пучки нервных волокон, покрытые снаружи соединительной оболочкой. В состав одних нервов входят преимущественно двигательные нервные волокна, они называются двигательными нервами. Другие нервы состоят в основном из чувствительных нервных волокон и называются чувствительными нервами. В состав большинства нервов входят и двигательные, и чувствительные нервные волокна. Их называют смешанными нервами.

Двигательные нервные волокна заканчиваются в органах двигательными окончаниями, а чувствительные нервные волокна - чувствительными окончаниями или рецепторами. Все органы иннервированы, то есть снабжены нервами.

Свойство нервной ткани передавать возбуждение называется проводимостью. Путь, по которому передается нервное возбуждение, называется рефлекторной дугой (рис. 1.10). Рефлекторная дуга включает следующие отделы: рецепторы, чувствительные нервные волокна, центр

рефлекса, представляющий собой скопление нервных клеток в головном или спинном мозгу, двигательные нервные волокна и рабочий орган.

1,28 — передняя срединная щель; 2 — передний рог; 3 — боковой рог; 4 — задний рог;

5 — передний корешок; 6 — задний корешок; 7 — спинномозговой узел;

8,17 — афферентные (чувствительные) волокна; 9,15 — кожа; 10,14 — мышца;

11 — задняя ветвь спинномозгового нерва; 12 — двигательные волокна; 13 — передняя ветвь спинномозгового нерва; 16, 23,26 — постганглионарные (послеузловые) волокна, идущие от разных вегетативных узлов, 18 — межузловая ветвь (между узлами симпатического ствола);

19—узел симпатического ствола; 20 — спинномозговой нерв;

21, 22,24 — преганглионарные (предузловые) волокна; 27 — кишка;

19 — задняя срединная борозда Рис. 1.10. Рефлекторная дуга (схема) соматического и вегетативного рефлексов

Спинной мозг находитс