Физическая культура и спорт: проблемы и перспективы:
XXII Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием.
Сургут, СурГУ, 24-25 ноября 2023 г.
УДК 612.766
ВЛИЯНИЕ ГОНАРТРОЗА НА БИОМЕХАНИКУ
ГОЛЕНОСТОПНОГО СУСТАВА ЖЕНЩИН В ВОЗРАСТЕ 55-65 ЛЕТ
Солодилов Р.О.1
, Кошевой О.А.2
1БУ ВО «Сургутский государственный университет», Сургут, Россия
2ООО «Медицина и реабилитация», Сургут, Россия
Аннотация.Цель исследования. Изучить влияние гонартроза коленного сустава на
кинематику голеностопного сустава у женщин в возрасте 55-65 лет. Материалы и методы
исследования. В исследовании участвовали 43 женщины без симптоматических признаков
гонартроза (контрольная группа, или КГ) и 46 женщин с гонартрозом I и II степени
(экспериментальная группа, или ЭГ) в возрасте от 55 до 65 лет. С помощью системы
безмаркерной оценки изучили двигательную функцию голеностопного сустава женщин в
возрасте от 55 до 65 лет. Результаты исследования. При исследовании воздействия гонартроза
на голеностопный сустав во время выполнения вставания, не было обнаружено статистически
значимых различий ни одной плоскости движения. Заключение. Для объективной оценки
функциональных изменений в коленном суставе необходимо учитывать не только
морфологические изменения в самом суставе, но также анализировать кинематику смежных
суставов.
Ключевые слова: гонартроз, голеностопный сустав, биомеханика, женщины.
Актуальность исследования. Гонартроз, также известный как остеоартроз коленного
сустава, является одним из наиболее распространенных заболеваний опорно-двигательной
системы, особенно среди женщин. Это хроническое заболевание характеризуется
постепенным разрушением хрящевой ткани в коленном суставе и приводит к болям,
воспалению, ограничению движения и ухудшению качества жизни.
При гонартрозе хрящи в коленном суставе становятся тоньше и менее упругими, что
приводит к трению костей друг о друга при движении. Это вызывает боль и воспаление.
Гонартроз может быть вызван различными факторами, включая старение, генетическую
предрасположенность, травмы, избыточный вес, неактивный образ жизни, а также
воспалительные и метаболические процессы в организме.
У женщин гонартроз часто связан с изменениями в гормональном фоне, особенно в
период менопаузы, когда уровень эстрогенов, естественных защитников хрящевой ткани,
снижается. Это делает их более уязвимыми перед развитием гонартроза [9].
Симптомы гонартроза включают боль и скованность в коленном суставе, особенно при
движении, опухание и чувство тепла в суставе. Боли могут усиливаться после физической
активности или в конце дня.
Физическая реабилитация при гонартрозе направлена на облегчение боли, улучшение
подвижности и замедление прогрессирования заболевания [2]. Оно может включать
немедикаментозные методы, такие как физиотерапия, физическая активность, изменение
образа жизни (в том числе снижение веса при избыточной массе тела), использование
ортопедических вставок и поддерживающих бандажей. Раннее выявление и комплексное
управление гонартрозом помогут уменьшить боли и сохранить активность пациента [3].
295Физическая культура и спорт: проблемы и перспективы:
XXII Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием.
Сургут, СурГУ, 24-25 ноября 2023 г.
Однако, изменения в коленном суставе и связанные с этим боли могут оказать каскадный
эффект на другие суставы и тело в целом. Этот процесс связан с изменениями в биомеханике
движения и компенсаторными механизмами, которые организм активирует для уменьшения
боли и улучшения подвижности. В связи с этим становится очевидна необходимость изучения
биомеханики смежных с коленом суставов в целом и голеностопного сустава в частности.
Цель исследования.Изучить влияние гонартроза коленного сустава на кинематику
голеностопного сустава у женщин в возрасте 55-65 лет.
Организация и методы исследования. Все участники исследования предоставили
письменное согласие на свое участие. В данной работе использовалась возрастная
периодизация онтогенеза человека, которая была принята на VII Всесоюзной конференции по
проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии АПН СССР в 1965 г.
В исследовании участвовали 43 женщины без симптоматических признаков гонартроза
(контрольная группа, или КГ) и 46 женщин с гонартрозом I и II степени (экспериментальная
группа, или ЭГ) в возрасте от 55 до 65 лет (табл. 1). Несмотря на попытки начального отбора
участников контрольной группы с индексом массы тела (ИМТ) более 25, у участников
экспериментальных группы были более высокие средние значения ИМТ. Из-за трудностей в
поиске людей в возрасте от 55 до 65 лет, страдающих избыточным весом и не имеющих жалоб
на боль в коленях, было принято решение исключить фактор сопоставления ИМТ между
участниками исследования. Известно, что боль и нарушения функции коленных суставов
возрастают линейно с увеличением ИМТ [11].
Таблица 1.
Сравнительные данные участников исследования, M±σ
107 Значение Общее количество КГ ЭГ
Количество 43 46
Возрастной диапазон, лет 55-65 55-65 55-65
58,7±2,1 60,5±1,4 59,8±1,1
165,5±1,9 166,4±1,7 164,4±1,7
66,2±2,1 63,7±1,5 69,9±1,2*
24,1±0,4 23,1±0,2 25,7±0,2*
Средний возраст Длина тела, см Масса тела, кг Индекс массы тела * достоверные статистические различия между контрольной и экспериментальной группами
включенных в исследование, p <0,05
Факт того, что в исследовании использовалась исключительно женская выборка, может
быть объяснен несколькими факторами. Во-первых, функциональные изменения в коленном
суставе наиболее распространены среди пожилых женщин, чем среди мужчин [4, 6]. Во-
вторых, женщины чаще жалуются на ограничение движений и боли в коленном суставе, что
делает их более подходящими категорией для данного исследования [5, 7].
Для проведения биомеханического анализа движений использовались три безмаркерных
сенсорных контроллера "Microsoft Kinect v.2", оснащенные системой захвата движения и
программным обеспечением "Brekel Pro Body". Эти контроллеры были проверены на
достоверность результатов в предыдущих исследованиях [10]. Каждый сенсорный контроллер
был установлен на треножнике высотой 80 см. Расстояние от сенсоров до стула по всему
периметру составляло 210 см. Контроллеры были размещены во фронтальной и сагиттальной
плоскостях относительно испытуемого.
Испытуемые выполняли упражнение - вставание с табурета. Высота табурета была
установлена на уровне 110% от высоты коленей участников, их руки были скрещены на уровне
груди, колени испытуемых были согнуты под углом 90 градусов, положение стоп было
естественным. Для фиксации времени начала и окончания теста к табурету был подключен
контактный выключатель. Испытуемые сами выбирали скорость выполнения теста.
Участники исследования выполняли тест в три подхода. Весь цикл движения был разделен на
три фазы, определенные Schenkman и соавторами [8]: фаза I – фаза опоры; фаза II – фаза296Физическая культура и спорт: проблемы и перспективы:
XXII Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием.
Сургут, СурГУ, 24-25 ноября 2023 г.
передачи импульса; фаза III – фаза выпрямления. Каждая фаза была далее разбита на четыре
события (t1 – t4): t1 – старт (начало отклонения туловища на 1 градус или более), t2 – вставание
(снятие контактных датчиков с сиденья), t3 – максимальное сгибание голеностопного сустава
на доминантной конечности, t4 – завершение (угловая скорость тазобедренного сустава равна
0 градусов/секунду). (рисунок 1). Движение начиналось в тот момент, когда торс испытуемого
отклонялся в сагиттальной плоскости на 1 градус или более. Подъем завершался, когда
контактные выключатели отключались, указывая на прекращение контакта между musculus
gluteus испытуемого и поверхностью табурета. Завершение движения фиксировалось в тот
момент, когда угловая скорость разгибания тазобедренного сустава составляла 0
градусов/секунду. Весь цикл движения был нормализован следующим образом: 0% – начало
теста, 100% – конец теста.
Примечание: фаза I – фаза опоры; фаза II – фаза передачи импульса; фаза III – фаза выпрямления;
t1 – старт (отклонение туловища на 1 градус или более), t2 – вставание (выключение контактных
датчиков на стуле), t3 – максимальное сгибание голеностопного сустава доминантной конечности, t4 –
конец (угловая скорость тазобедренного сустава равняется 0 град/сек)
Рис. 1. Фазы вставания
Угловые моменты коленных, тазобедренных и голеностопных суставов были измерены
при помощи программного обеспечения «Brekel Pro Body». Для определения кинематических
характеристик это программное обеспечение применяет уравнения решения обратной задачи
динамики сферического движения и углы Эйлера. Захват движений осуществлялся в трех
ортогональных плоскостях: сагиттальной, фронтальной и поперечной. Данные о каждом
суставе сохранялись в формате Comma-Separated Values (csv) для каждой из трех степеней
свободы x, y, z.
В рамках исследования были учтены различные параметры суставов, включая
максимальные и минимальные ангулярные моменты, углы в начале и конце теста, а также
углы на момент начала подъема. Кинематические характеристики были изучены в трех
плоскостях движения: сагиттальной, фронтальной и поперечной. Кроме того, был проведен
анализ взаимосвязи между суставами доминантной и недоминантной нижних конечностей.
Результаты исследования и их обсуждение. При исследовании воздействия
функциональных изменений коленного сустава на голеностопный сустав во время
выполнения вставания, не было обнаружено статистически значимых различий ни одной
плоскости движения. Известно, что степень функциональных изменений в суставах нижних
конечностей часто зависит от их положения: чем выше сустав расположен от поверхности
опоры, тем более выраженное влияние на соседние суставы может быть [1].
При нарушении функции коленного сустава нередко наблюдаются изменения в других
частях кинематической цепи нижних конечностей, что является проявлением их
компенсаторной активности. Степень компенсаторных изменений увеличивается с усилением
выраженности нарушений (например, при ходьбе с протезом бедра по сравнению с протезом
голени). Однако ранние изменения в соседних суставах оценить сложно, поскольку
297Физическая культура и спорт: проблемы и перспективы:
XXII Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием.
Сургут, СурГУ, 24-25 ноября 2023 г.
компенсаторная активность мышц позволяет сохранить нормальные движения без
значительных изменений. В результате определено, что существует величина воздействия,
которая вызывает компенсаторные изменения в голеностопном, но не приводит к
значительным отклонениям от нормы.
Заключение. Способность поддерживать оптимальный уровень двигательной и
физической активности тесно связана с функциональным состоянием суставов нижней
конечности. Когда коленный сустав находится в состоянии нарушения, это влияет на
естественные движения человека. Позиция становится менее устойчивой, что приводит к
увеличению движений, направленных на его стабилизацию. Это, в свою очередь, может
привести к увеличению вариативности движений в соседних суставах нижних конечностей,
таких как тазобедренный и голеностопный суставы.
Можно считать очевидным, что для объективной оценки функциональных изменений в
коленном суставе необходимо учитывать не только морфологические изменения в самом
суставе, но также анализировать кинематику смежных суставов. Поэтому при оценке
состояния коленного сустава важно проводить комплексный анализ кинематики и движений
в соседних суставах, чтобы полностью понимать их взаимосвязь и активацию компенсаторных
механизмов в ответ на изменения в коленном суставе.
Литература
1. Ефимов А. П. Информативность биомеханических параметров походки для оценки
патологии нижних конечностей // Российский ж-л биомеханики. 2012. Т. 16. № 1. С. 80–88.
2. Солодилов Р. О., Логинов С. И. Сравнительный анализ двух программ физической
реабилитации при остеоартрозе коленного сустава // Адаптивная физическая культура. 2016.
№ 3 (67). С. 22‒26.
3. Солодилов Р. О. Логинов С. И. Трехосевая биомеханическая модель движения
коленного сустава в процессе вставания // Теория и практика физической культуры. 2015. № 5.
С. 83‒86.
4. Aderinto J., Cobb A. G. Lateral release for patellofemoral arthritis // Arthroscopy. 2002.
Vol. 18 (4). P. 399–403.
5. Bierma-Zeinstra S. M., Koes B. W. Risk factors and prognostic factors of hip and knee
osteoarthritis // Nat. Clin. Pract. Rheumatol. 2007. Vol. 3 (2). P. 78–85.
6. Ivković A., Franić M., Bojanić I., Pećina M. Overuse injuries in female athletes // Croat.
Med. J. 2007. Vol. 48. P. 767–778.
7. Pincus T., Mitchell J. M., Burkhauser R. V. Substantial work disability and earnings losses
in individuals less than age 65 with osteoarthritis: comparisons with rheumatoid arthritis // J. Clin.
Epidemiol. 1989. Vol. 42. P. 449–457.
8. Schenkman M., Berger R. A., Riley P. O., Mann R. W., Hodge W. A. Whole-body
movements during rising to standing from sitting // Phys. Ther. 1990. Vol. 70. P. 638–651.
9. Spector T. D., Hart D. J., Doyle D. V. Incidence and progression of osteoarthritis in women
with unilateral knee disease in the general population: the effect of obesity. Ann. Rheum. Dis. 1994.
№ 53. P. 565–568.
10. Susin A., Lligadas, X. Biomechanical Validation of Upper-body and Lower-body Joint
Movements of Kinect Motion Capture Data // Ramon Llull University, Barcelona, Spain, 2012.
P. 656–661.
11. Teichtahl A. J., Wang Y., Wluka A. E., Szramka M., English D. R., Giles G. G., O’Sullivan
R., Cicuttini F. M. The longitudinal relationship between body composition and patella cartilage in
healthy adults // Obesity. 2008. Vol. 16. P. 421–427.
298