Hallux valgus in children. Biomechanical aspect: A literature review

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

В настоящее время вальгусная деформация I пальца стопы (далее Hallux valgus) — одно из самых распространенных ортопедических заболеваний. Встречаемость среди взрослого населения колеблется от 25 до 35 %, достигая 44 % у женщин и до 22 % у мужчин [1–3]. По данным T.E. Kilmartin и соавт., ювенильный Hallux valgus среди детей в возрасте 9–10 лет наблюдается у 2,5 % обследуемых [4]. Как сообщают S. Nix и соавт. [5], частота ювенильного Hallux valgus в среднем составляет 7,8 %, с возрастом этот показатель увеличивается и у людей от 18 до 65 лет равняется 23 %, тогда как в возрасте старше 65 лет — 35,7 %. Авторы отмечают преобладание заболевания среди женщин в 2–3 раза во всех возрастных группах, а также прогрессирование деформации с увеличением возраста.

Вальгусная деформация I пальца стопы — полиэтиологическое многофакторное заболевание. В зависимости от этиологического фактора выделяют идиопатическую форму Hallux valgus у взрослых, ювенильный идиопатический Hallux valgus [4, 6–8], Hallux valgus у пациентов с ревматоидным артритом [7, 9, 10], посттравматический Hallux valgus [11–13], а также Hallux valgus у пациентов с неврологической патологией [7]. Для каждой нозологической группы установлен механизм развития деформации [14, 15]. Однако описанные этиопатогенетические факторы при различных формах заболевания не достоверны и широко обсуждаются в литературе.

По нашему мнению, для изучения патогенеза деформации, а также при планировании профилактики и лечения детей с этим заболеванием при подобном широком спектре этиологических факторов крайне важно понимание фундаментальных аспектов биомеханики стопы и всей нижней конечности.

Современная анатомо-функциональная концепция hallux valgus рассматривает деформацию I пальца стопы, компонентов первого плюснефалангового сустава и первого луча стопы в статических условиях, то есть в положении стоя, что соответствует среднеопорной фазе шага цикла походки. Однако данная фаза не отражает в полной мере функциональной роли вышеописанных компонентов переднего отдела стопы.

Основная функция I пальца, первого плюснефалангового сустава, первого луча стопы осуществляется в конечные фазы периода опоры — терминальной опоры и предпереноса. В данные фазы походки формируется «толчок», обеспечивающий движение центра тяжести тела вперед. Нарушение функционирования «толчка» будет приводить к активации компенсаторных механизмов для реализации пропульсии [16–19].

В отечественной литературе практически отсутствуют исследования кинетических, кинематических показателей, а также мышечного контроля компонентов первого плюснефалангового сустава при ходьбе.

Цель — проанализировать мировую литературу, посвященную кинематическим, кинетическим показателям I пальца, первого плюснефалангового сустава, первого луча стопы при ходьбе в конечные фазы периода опоры.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Поиск научных публикаций проводили в базах данных PubMed, eLibrary, Кокрановской библиотеке, библиотеке издательств Elsevier, Wiley без ограничения периода поиска по запросу: hallux valgus, first ray of the foot, gait analysis, equino-plano-valgus foot deformity, first metatarsophalangeal joint. В работу включен материал 67 научных статей и публикаций. Представленные описательные характеристики периодов, фаз походки, а также терминология кинетических и кинематических данных локомоции используются в отечественной и зарубежной литературе [16, 18].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Характеристика конечных фаз периода опоры

Первичным источником энергии при ходьбе, обеспечивающим «толчок» и пропульсию, то есть движение вперед, в фазе терминальной опоры (terminalstance) и фазе предпереноса (preswing) периода опоры, является голеностопный сустав, стабилизированный трехглавой мышцей голени с одной стороны и передним отделом стопы, осуществляющим «третий перекат» (third rocker) на поверхности, — с другой. «Третий перекат» характеризуется движением тела вперед за счет разгибания пальцев стопы в плюснефаланговых суставах, обусловленным проецированием центра тяжести тела в области пальцев стопы. Нормальное функционирование элементов переднего отдела стопы при ходьбе необходимо для обеспечения биомеханической стабильности всей нижней конечности в конечных фазах периода опоры [16–19].

Фаза терминальной опоры одноопорная. Она начинается с подъема пятки опорной стопы и продолжается до контакта контралатеральной конечности с поверхностью. В фазе терминальной опоры проекция вектора сил реакции опоры находится в области переднего отдела опорной стопы, что создает значительный сгибательный крутящий момент в голеностопном суставе. Однако эксцентрическое сокращение всех мышц сгибателей стопы — икроножной, камбаловидной, длинного сгибателя I пальца, длинного сгибателя пальцев, задней большеберцовой, длинной и короткой малоберцовых мышц — оказывает блокирующий эффект на дорсофлексию голеностопного сустава в пределах 10°, для того чтобы облегчить подъем пятки вместе с движением голени вперед. При этом головки плюсневых костей и пальцы стопы становятся опорой для всего тела, а разгибание в плюснефаланговых суставах создает условие для продвижения проекции вектора тела вперед. Другое название данного процесса — «скатывание» или roll-off. Дальнейшее смещение проекции центра тяжести тела за площадь опоры, представленной пальцами стопы, приводит к свободному падению 60 % массы тела вперед с высоты около 1 см за 0,02 с (рис. 1, а) [4]. Однако контакт с поверхностью контралатеральной конечности, заканчивающей период переноса, предотвращает падение тела и обеспечивает стабилизацию положения центра тяжести над вновь сформированной площадью опоры [16–19].

 

Рис. 1. Фазы терминальной опоры (а) и предпереноса (б). Черной линией обозначен вектор сил реакции опоры, или вектор тела

 

Кинематика нижней конечности данной фазы выглядит следующим образом: инверзия в подтаранном суставе достигает нейтрального положения, к концу фазы голень ротируется кнутри относительно бедра, при этом коленный сустав разблокируется и создается возможность сгибания в нем на 10°, бедренная кость ротируется кнаружи относительно таза, тазобедренный сустав разгибается до 20°, а таз наклонен вперед до 10°, ротирован кнаружи на 5° при его нейтральном положении во фронтальной плоскости [16–19].

Основная функция фазы терминальной опоры заключается в удержании центра тяжести тела на такой высоте относительно поверхности, при которой уровень потенциальной энергии будет оптимальным для осуществления переноса контралатеральной конечности (рис. 1) [16–19].

Предперенос — сложнейшая из всех фаз цикла походки. Началу данной фазы соответствует контакт противоположной конечности с поверхностью, а конец — с отрывом пальцев стопы ипсилатеральной ноги от пола. Перенос массы тела на контралатеральную конечность приводит к уменьшению сгибательного крутящего момента силы реакции опоры голеностопного сустава оцениваемой конечности, что вызывает уменьшение активности плантарных флексоров стопы. Продолжающееся эксцентрическое сокращение плантарных флексоров с подъемом пятки и движением голени вперед в начале фазы предпереноса в дальнейшем сменяется концентрическим сокращением икроножной и камбаловидной мышц, приводя к плантарной флексии стопы до 15°. Подобное активное разгибание стопы создает мощный импульс (до 3,7 Вт/кг ∙ м для взрослого человека), или «толчок» (в англ. литературе — push-off), который необходим для переноса конечности. Кинематические характеристики фазы предпереноса оцениваемой конечности следующие: максимальная инверзия в подтаранном суставе, сгибание в коленном суставе — 40°, снижения ипсилатеральной стороны таза до 5°, переднего наклона таза до 10° и 5° его наружной ротации. Наружная ротация голени, бедра и таза к концу данной фазы максимальная. Основная функция фазы предпереноса — подготовка к переносу конечности [16–19].

Важность нормального функционирования компонентов переднего отдела стопы подчеркивается нагрузкой, которую испытывают данные анатомические образования в конечные фазы периода опоры. Так, I.A. Stokes и соавт. [20] установили, что в фазе предпереноса на I палец стопы воздействует 40 % веса тела, а результирующая реакционных сил с поверхности опоры, создающая компрессию на суставные поверхности, составляет около 600Н. W.C. Hutton и M. Dhanendran [21] сделали вывод, что силы, действующие на первый плюснефаланговый сустав, почти сравнимы с весом тела (см. рис. 1).

Функционально фазы терминальной опоры и предпереноса носят название «третий перекат» или third rocker [16–19].

Первый луч стопы

Первый луч — функциональная единица стопы, состоит из I плюсневой и медиальной клиновидной костей, которые соединены между собой прочными связками [22]. Данные анатомические образования выделены в отдельную единицу в работе J.H. Hicks [23] и использованы автором с целью описания функциональной анатомии переднего отдела медиального свода стопы. В последующем первый луч стал объектом исследования ученых, занимающихся изучением этиопатогенеза вальгусной деформации I пальца стопы.

Результирующую ось движения первого луча стопы описал J.H. Hicks с помощью кадаверного материала в 1954 г. [23]. По данным автора, данная ось направлена от бугристости ладьевидной кости к основанию III плюсневой кости. Наклон оси составляет 45° от фронтальной и сагиттальной плоскостей и 10° от горизонтальной плоскости (рис. 2).

 

Рис. 2. Ось движения первого луча: а — горизонтальная плоскость; б — фронтальная плоскость (Michaud T. Foot orthosis. Baltimore, 1993; [55], с модификациями)

 

Движение первого луча стопы — одноосное и трехплоскостное. В сагиттальной плоскости данное движение осуществляется в направлении плантофлексии и дорсофлексии, в горизонтальной плоскости — отведения и приведения, во фронтальной плоскости — супинации и пронации. По данным множества авторов, плантофлексия первого луча сочетается с его пронацией и отведением, то есть эверзией, а дорсофлексия — с супинацией и приведением, то есть с инверзией (рис. 3) [24–31].

 

Рис. 3. Движение первого луча: а — горизонтальная плоскость; б — сагиттальная плоскость

 

T.E. Sgarlato [28], M.L. Root [32] и A. Wanivenhaus и M. Pretterklieber [33] исследовали объем движений первого луча. По данным этих авторов, объем движений первого луча в сагиттальной плоскости больше, чем в горизонтальной, а при дорсофлексии объем движения в горизонтальной плоскости увеличивается.

Только в нескольких работах была сделана попытка измерения движений в суставах среднего отдела стопы. Так, T. Ouzounian и M. Shereff [34] определили, что объем движений в направлении дорсофлексии и плантофлексии в медиальном ладьевидно-клиновидном суставе в среднем составляет 2,3° (от 0,7 до 8,7°), а в первом клиновидно-плюсневом суставе — 3,5° (от 1,9 до 5,3°). Супинационно-пронационные движения в медиальном ладьевидно-клиновидном суставе в среднем равняются 7,3° (от 3,5 до 9,9°), в первом клиновидно-плюсневом суставе — 1,5° (от 0 до 2,6°).

L.L. Oldenbrook и C.E. Smith [35] изучали движение головки I плюсневой кости при осевой нагрузке. Авторы сделали вывод, что движения первого луча в сагиттальной плоскости больше, чем у других плюсневых костей, в то же время эверзия первого луча меньше, чем II–V плюсневых костей.

Первый плюснефаланговый сустав

В образовании первого плюснефалангового сустава участвуют четыре суставные поверхности, окруженные общей суставной капсулой. Поскольку сустав мыщелковый, то возможны движения как в сагиттальной, так и в горизонтальной плоскости. Основное движение происходит в сагиттальной плоскости, в то время как ротационные движения пассивны и обеспечивают лишь некоторую дополнительную мобильность основной фаланге I пальца [22, 36].

Функция первого плюснефалангового сустава определяется не только его костными элементами, но и строением мягкотканного аппарата. Данные структуры формируют «гамак», который состоит из вогнутой поверхности проксимальной фаланги с множественными прикреплениями мягких тканей [36].

Сесамовидные кости, суставная капсула с вплетенными в нее волокнами связок и сухожилий мышц формируют так называемую подушку сустава. Анатомия данного сустава обусловлена концентрацией мягкотканных прикреплений к проксимальной фаланге с формированием так называемого гамака, внутри которого осуществляется вращение головки I плюсневой кости. Данную анатомическую особенность описал Heatherington как «динамический ацетабулум» [37].

Медиальные и латеральные коллатеральные связки, сесамовидно-фалангеальные связки, метатарзо-сесамовидные связки, а также поперечная межсесамовидная связка формируют треугольник с тремя связками с каждой стороны сустава, плотно вплетаясь в капсулу сустава (рис. 4) [38]. Большей стабилизации способствует поперечная межсесамовидная связка, располагающаяся поперек между сесамовидными костями, формирующая лямку или ремень и тем самым ограничивая расхождение сесамовидных костей при нагрузке.

 

Рис. 4. Сесамовидный аппарат стопы. Л — латеральная сесамовидная кость; М — медиальная сесамовидная кость

 

Важно отметить, что этот комплекс поддерживающих структур, или «гамак», обеспечивает не только движение головки I плюсневой кости, но и медиально-латеральную стабильность сустава. При патологии, такой как Hallux valgus, «гамак» смещается во фронтальной плоскости по причине пронации I пальца стопы. При этом медиальное плечо «гамака» вместе с медиальной сесамовидной костью, которые обеспечивают боковую стабилизацию головки I плюсневой кости, смещаются плантарно, создавая предпосылки к медиальной девиации I плюсневой кости [22].

В данном суставе две оси движения и две степени свободы. Горизонтальная ось характеризует движение в сагиттальной плоскости в виде сгибания и разгибания, вертикальная ось в горизонтальной плоскости — отведение и приведение.

Первый плюснефаланговый сустав относится к так называемым шарнирно-скользящим суставам. Характер движения будет определяться степенью дорсофлексии I пальца. Шарнирное или вращательное движение осуществляется в первые 20–30° разгибания. В дальнейшем происходит сгибание первого луча стопы, вызывая смещение горизонтальной оси ротации сустава, которая локализуется в головке плюсневой кости, дорсально и проксимально. Этот процесс при ходьбе приводит к скользящему движению первого луча вниз и назад (рис. 5) [22]. Данные о характере и амплитуде движения I пальца стопы в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в литературе не представлены.

 

Рис. 5. Проекция центров ротации первого плюснефалангового сустава (а) (1–4); вращательное движение головки I плюсневой кости (б); скользящее движение головки плюсневой кости (в); компрессирующее движение головки I плюсневой кости (г) (Ronald L. Valmassy. 1994, [22], с модификациями)

 

V.L. Heatherington [37] при изучении движения в первом плюснефаланговом суставе с использованием нагрузки, имитирующей ходьбу, обнаружил четыре центра ротации. Их проекция на головку плюсневой кости формирует фигуру, похожую на арку. Первый центр локализован недалеко от суставной поверхности и поддерживает начало вращательного движения. Следующие два центра ротации, расположенные ближе к центру головки, определяют тангенциальное скользящее движение вдоль суставной поверхности. Авторы считают, что это скользящее движение происходит одновременно с плантофлексией первого луча. Последний центр ротации находится дорсально на головке плюсневой кости с вектором, проходящим через проксимальную фалангу I пальца. При данном положении в конце движения в суставе возникают компрессирующие силы (см. рис. 5).

Напротив, M.J. Shereff и соавт. [39] описывают только компрессирующий и скользящий характер движения в первом плюснефаланговом суставе.

В части работ изучали объем движений сесамовидных костей относительно головки I плюсневой кости. Так, Shereff [39] отметил смещение сесамовидных костей при разгибании в первом плюснефаланговом суставе от 10 до 12 мм. Однако V.L. Heatherington и соавт. [37] значимого движения сесамовидных костей не обнаружили.

В литературе описано множество вариаций объема движений первого плюснефалангового сустава в сагиттальной плоскости. По данным различных авторов, объем движений в первом плюснефаланговом суставе, необходимый для нормальной ходьбы, колеблется от 27 до 90° [18, 28, 36, 37, 40–47]. Движение I пальца стопы в горизонтальной плоскости заимствовано человеком от человекообразных обезьян по причине эволюционных изменений, связанных с прямохождением, не имеет функционального значения и, по данным R.L. Valmassy [22], практически не контролируется активной работой мышц.

Оценка локализации вектора сил реакции на различные отделы стопы при нормальной ходьбе

Важный вопрос исследования биомеханики стопы и нижней конечности — определение центра давления (center of pressure) на контактирующую часть стопы при нормальной ходьбе. Полученные данные в совокупности с кинематическими, кинетическими исследованиями, показателями электромиографического исследования и анализа походки позволяют сформировать представление о нормальной или патологической функции локомоторного аппарата. Центр давления — это проекция сил реакции опоры или вектора тела, являющегося векторной величиной и направленного в противоположную сторону от поверхности согласно третьему закону Ньютона. Данная векторная величина определяет направление движения в суставах и работу мышц нижних конечностей (рис. 6) [16–19].

В части работ [48] локализация центра давления в норме в конечные фазы периода опоры ограничивается первым плюснефаланговым суставом и I пальцем стопы. Стоит отметить неоднозначность результатов исследований, касающихся проекции центра давления на передний отдел стопы. Так, одни авторы утверждают, что данная проекция в норме находится под головкой I плюсневой кости [49, 50], другие говорят о проекции под головкой II [51] или III плюсневой кости [52]. В работе J. Hughes [53] такой зоной проекции является I палец стопы.

Движения элементов первого плюснефалангового сустава, первого луча стопы при ходьбе

В периоде переноса пальцы стопы находятся в положении разгибания в плюснефаланговых суставах за счет активного сокращения мышц разгибателей пальцев. Данное положение обеспечивает необходимый подъем стопы при переносе и продолжается до контакта стопы с поверхностью [16]. Далее с фазы начального контакта до среднеопорной фазы пальцы стопы пассивно сгибаются, достигая среднего положения в плюснефаланговых суставах [16].

Во время фазы терминальной опоры и фазы предпереноса проекция вектора сил реакции опоры перемещается вперед от осей ротации плюснефаланговых суставов, создавая крутящий разгибательный момент и условия для пассивного разгибания пальцев стопы [25].

Активную стабилизацию I пальца стопы в плюснефаланговом суставе в фазах «третьего переката» осуществляют короткий и длинный сгибатели, абдуктор и аддуктор I пальца [43].

Длинный сгибатель I пальца стопы активен в среднеопорную фазу, фазу терминальной опоры и предпереноса. Данная многосуставная мышца также контролирует дорсофлексию в голеностопном суставе и эверзию стопы в подтаранном суставе, что обусловливает ее активность в течение всей среднеопорной фазы.

Короткий сгибатель активируется в конце среднеопорной фазы и осуществляет свою функцию посредством сесамовидного аппарата. Сесамовидные кости, располагаясь под головкой I плюсневой кости, работают как блок для данной мышцы, определяя угол прикрепления его сухожилия, а также величину плеча рычага сгибательного крутящего момента относительно оси вращения первого плюснефалангового сустава [54, 55].

При подъеме пятки и движении тела вперед в фазе терминальной опоры и предпереноса проекция сил реакции опоры смещается кпереди от оси вращения первого плюснефалангового сустава. Это увеличивает плечо рычага разгибательного крутящего момента и вызывает пассивное разгибание I пальца. Пассивное разгибание в первом плюснефаланговом суставе приводит к тому, что ось мышечного брюшка короткого и длинного сгибателей I пальца будет располагаться под углом по отношению к месту прикрепления их сухожилий к проксимальной и дистальной фалангам I пальца соответственно. Кроме того, в этом положении обе мышцы имеют эффективное плечо рычага для сгибания I пальца или, другими словами, ограничивают разгибание I пальца в плюснефаланговом суставе (рис. 7, б). При положении пятки на поверхности и по причине отсутствия разгибания I пальца активации мышц сгибателей пальцев не происходит. При этом тяга длинного сгибателя I пальца, а также короткого сгибателя I пальца стопы без эффекта блока при нахождении сесамовидных костей под головкой плюсневой кости будет стабилизировать I палец стопы против головки плюсневой кости, но не против поверхности (рис. 7, а) [22].

Абдуктор и аддуктор I пальца стопы обеспечивают стабильность первого плюснефалангового сустава в горизонтальной плоскости. H. Kelikian и соавт. [36] предположили, что стабилизация данного сустава осуществляется за счет влияния аддуктора и абдуктора I пальца на структуры «гамака». Аналогичную точку зрения выразил M.A. MacConaill [56]. Автор предположил, что за счет тяги дорсально-плантарных и медиально-латеральных волокон «гамака» поддерживается стабильность головки плюсневой кости при ее сгибании во время ходьбы. По мнению исследователей, развитие вальгусной деформации I пальца стопы может быть ассоциировано с дисфункцией компонентов сесамовидного аппарата. Подобное патологическое состояние приводит к избыточной тяге латеральных волокон «гамака» и латеральному смещению аддуктора I пальца с последующим прогрессирующим боковым смещением I пальца в горизонтальной плоскости и развитием деформации.

Важный аспект — определение функции первого луча стопы при ходьбе. Так, разгибание I пальца в плюснефаланговом суставе в фазе терминальной опоры и предпереноса сопровождается сгибанием первого луча стопы. Это движение первого луча после отрыва пятки необходимо для разгибания I пальца в плюснефаланговом суставе в данные фазы цикла походки [16, 22].

По данным M.L. Root [31], сгибание первого луча — одна из основных детерминант, определяющих нормальную функцию стопы в фазах «третьего переката» наряду с мышцами, обеспечивающими стабильность I пальца и первого луча стопы, работой сесамовидного аппарата, инверзией пяточной кости в подтаранном суставе.

Во время первичного контакта (initial contact) первый луч стопы находится в положении максимального разгибания за счет тяги передней большеберцовой мышцы. Затем под контролем данной мышцы первый луч сгибается, пока стопа полностью не коснется поверхности.

В фазе принятия нагрузки (loading response) амортизирующая функция стопы осуществляется за счет вальгуса заднего отдела, пронации и разгибания среднего отдела и супинации переднего отдела стопы. Вальгус заднего отдела стопы в данную фазу периода опоры обусловлен эверзией пяточной кости, внутренней ротацией костей голени с фиксированной в «вилке» голеностопного сустава таранной костью, которая находится в положении приведения, сгибания и супинации. Подобное соотношение в подтаранном суставе определяет паралелльное расположение осей таранно-ладьевидного и пяточно-кубовидного суставов, что увеличивает мобильность шопарова сустава, приводя к пронации и разгибанию среднего отдела стопы. Передний отдел стопы в данной фазе супинирован относительно пяточной кости преимущественно за счет разгибания, аддукции и инверзии первого луча (см. рис. 8, а, б).

В среднеопорную фазу происходит перенос тела над одноопорной конечностью. В данной фазе кости голени с фиксированной в «вилке» голеностопного сустава таранной костью двигаются вперед в голеностопном суставе, осуществляя сгибание в голеностопном суставе, и ротируются кнаружи в подтаранном суставе, приводя к отведению, разгибанию и пронации таранной кости. Пяточная кость при этом движется в направлении инверзии, уменьшая вальгус заднего отдела стопы. Инверзия пяточной кости будет приводить к потере соосности между таранно-ладьевидным и пяточно-кубовидным суставами, уменьшая мобильность шопарова сустава, супинируя и сгибая средний отдел стопы. Супинация переднего отдела относительно заднего отдела стопы уменьшается по причине начала сгибания первого луча.

В фазах терминальной опоры и предпереноса инверзия пяточной кости достигает максимальных значений, что приводит к «блокированию» движений в шопаровом суставе и крайнему супинационному и сгибательному положению среднего отдела стопы. Кроме того, в данных фазах первый луч продолжает пассивно сгибаться для обеспечения разгибания в первом плюснефаланговом суставе, пока не достигнет конца предельного допустимого объема движений (рис. 8, в, г).

По данным S.R. Kravitz и соавт., для достаточного разгибания I пальца при ходьбе необходимо сгибание первого луча 10°. По мнению автора, сгибание первого луча снижает степень компрессии в первом плюснефаланговом суставе при ходьбе [57].

Heatherington определил, что средний угол разгибания I пальца до начала сгибания первого луча составляет 34° [37]. В то же время во время фазы терминальной опоры и предпереноса I палец стопы находится в положении разгибания 50–60° относительно продольной оси I плюсневой кости [16, 22].

M.L. Root [31] утверждает, что способность первого луча к сгибанию во время движения тела вперед над I пальцем стопы обеспечивается инверзионным положением пяточной кости в подтаранном суставе и, как следствие, «блокированным» шопаровым суставом. При этом супинация и сгибание среднего отдела стопы приводят к увеличению высоты поперечной арки и формируют эффективное плечо рычага крутящего момента сухожилия длинной малоберцовой мышцы (рис. 8, г). Предполагают, что в подобных биомеханических условиях длинная малоберцовая мышца в данных фазах цикла походки является активным сгибателем и стабилизатором первого луча относительно среднего отдела стопы, а также I плюсневой кости против плеча рычага разгибательного крутящего момента сил реакции опоры (рис. 8, б). Другими словами, ограничивает тыльную флексию первого луча стопы.

Однако, по мнению S.R. Kravitz и соавт. [57], плечо рычага длинной малоберцовой мышцы как сгибателя первого луча недостаточное. Авторы предположили, что основная функция длинной малоберцовой мышцы заключается в активном контроле переноса проекции сил реакции опоры в фазе терминальной опоры и предпереноса с латерального на медиальный отдел стопы, когда возникает не только разгибательный, но и латеральный крутящий момент в среднем отделе стопы против жестко фиксированной головки I плюсневой кости (рис. 8, б–г) [57].

В то же время часть авторов [23, 57] рассматривают действие абдуктора I пальца как сгибателя первого луча. По данным исследователей, вместе с сесамовидными костями во время «третьего переката» абдуктор I пальца находится в хорошем положении для развития эффективного плеча рычага сгибания первого луча [57].

Оценивая разгибание в первом плюснефаланговом суставе с движением в других суставах нижней конечности в сагиттальной плоскости, J. Perry [16] пришла к выводу, что в норме при «третьем перекате» данное движение I пальца стопы сопровождается сгибанием в коленном суставе 35°, плантофлексией в голеностопном суставе 20°.

Механизм блокировки переднего отдела стопы

Функционально стопу рассматривают, с одной стороны, как своего рода адаптер поглощения энергии при первичном контакте с поверхностью, с другой — как ригидный рычаг, необходимый для осуществления эффективного «толчка» в конечные фазы периода опоры [58].

Таранно-ладьевидный и пяточно-кубовидные суставы составляют шопаров, или среднетарзальный, сустав, который способен осуществлять блокировку для обеспечения стабильности. Данный механизм критически важен для перехода стопы от мобильного адаптера, поглощающего энергию начального контакта, до ригидного рычага при «толчке». Положение пятки во фронтальной плоскости играет важную роль в данном блокирующем механизме. Оси пяточно-кубовидного и таранно-ладьевидного суставов пересекаются, когда пяточная кость инвертирована, образуя упор между пяточной костью и таранной костью, что ограничивает движение (см. рис. 8, г) [59–62]. В части работ представлена количественная оценка функции блокирующего механизма среднетарзального сустава при различном положении переднего и заднего отделов стопы [62, 63].

Подобный механизм описан для коленного сустава [64].

C.H. Johnson и соавт. [63] на кадаверном материале установили, что первый луч может ротироваться во фронтальной плоскости. По мнению автора, натяжение длинной малоберцовой мышцы приводит к эверзии первого луча в большей степени, чем к его сгибанию. Данное эверзионное положение первого луча оказывает блокирующий эффект на передний отдел стопы посредством особой формы строения межплюсневого сочленения I и II плюсневых костей. Медиальная поверхность основания II плюсневой кости имеет выпуклую форму, тогда как латеральная поверхность I плюсневой кости — вогнутую. При ротации I плюсневой кости в направлении эверзии происходит блокирование движений I плюсневой кости в сагиттальной плоскости (рис. 9) [65]. Кроме того, активация длинной малоберцовой мышцы в данные фазы цикла походки блокирует суставы среднего отдела стопы, участвуя в формировании ригидного рычага стопы [31].

ОБСУЖДЕНИЕ

Ведущее биомеханическое событие в фазы терминальной опоры и предпереноса периода опоры — дорсофлексия I пальца стопы в первом плюснефаланговом суставе, которое невозможно без сгибания первого луча стопы. Данное движение, на первый взгляд не представляющее сложностей, возможно благодаря последовательным сложнейшим многоплоскостным взаимодействиям в мультисегментарной системе всей нижней конечности. Роль двигательного контроля со стороны центральной нервной системы при этом заключается в поддержании достаточной высоты и минимизации колебаний центра тяжести тела, а также в обеспечении правильной локализации проекции центра тяжести на область первого плюснефалангового сустава и I пальца стопы.

Локализация проекции центра тяжести тела на площадь опоры определяет работу мышц и характер движения в суставах стопы. В норме к началу «толчка» проекция центра тяжести на площадь опоры смещается вперед от оси подтаранного сустава в сагиттальной плоскости и стремится к его оси в горизонтальной плоскости, то есть от наружного отдела стопы в направлении к первому плюснефаланговому суставу [16, 22]. Данное перемещение центра тяжести сопровождается инверзией пяточной кости, супинацией среднего отдела стопы и контролируется работой m. peroneus longus.

Описываемый объем движений первого луча и его компонентов представлен без указания сустава или суставов, в которых это движение происходит. Это может быть связано с трудностями в регистрации угловых смещений между короткими костями стопы.

Важный вопрос — определение механизма, обеспечивающего сгибание первого луча стопы при ходьбе, а также характер данного движения: происходит ли оно в суставах медиальной колонны или связано с изменением его пространственного положения относительно структур стопы и нижней конечности?

J.H. Hicks [66] движение сгибания первого луча рассматривает относительно пяточной кости, активируемое с помощью механизма «лебедки» (wind lass mechanism). Натяжение плантарного апоневроза, вызванное разгибанием в плюснефаланговых суставах, будет приводить к инверзии пяточной кости и позиционному сгибанию первого луча (см. рис. 8). Напротив, в пилотном исследовании R.D. Phillips и соавт. [67] обнаружена корреляция между разгибанием I пальца и сгибанием в первом ладьевидно-клиновидном суставе. Авторы обратили внимание, что первые 20° разгибания в первом плюснефаланговом суставе не сопровождаются каким-либо сгибанием первого луча, но при дальнейшем движении подошвенное сгибание I плюсневой кости относительно заднего отдела стопы будет происходить в объеме 1° на каждые 3° разгибания в первом плюснефаланговом суставе. Авторы сделали вывод, что сгибание первого луча обеспечивает уменьшение объема плантофлексии в голеностопном суставе, уменьшает сгибание в коленном и тазобедренном суставах, удерживая центр масс тела на необходимой высоте.

В свою очередь S.R. Kravitz поддерживает мнение Hice (неопубликованные данные) о том, что основная фаланга I пальца в конечные фазы периода опоры оказывает ретроградное действие на головку I плюснефаланговой кости, толкая ее кзади и обеспечивая сгибание первого луча [57].

Функция абдуктора I пальца стопы как активного сгибателя первого луча достаточно дискутабельна. Данная мышца располагается под углом 45° к оси первого луча, создавая эффективный рычаг для его сгибания. Однако ось сухожилия длинной малоберцовой мышцы находится под углом 90° к оси движения первого луча, что делает ее сгибательный крутящий момент более эффективным (рис. 10). В то же время короткий сгибатель I пальца, прикрепляющийся на плантарно-медиальной поверхности кубовидной кости и латеральной клиновидной кости, некоторые авторы рассматривают как сгибатель первого луча [22, 57].

Положение в голеностопном, коленном и тазобедренном суставах в фазе терминальной опоры и фазе предпереноса периода опоры может влиять на плантофлексию первого луча стопы при ходьбе. Однако данные исследования проведены с оценкой объема движений в сагиттальной плоскости [16]. Следует отметить, что ротационные движения в тазобедренном и коленном суставах, совершаемые в горизонтальной плоскости и влияющие на положение пяточной кости в подтаранном суставе при опоре на поверхность и, следовательно, на плантофлексию первого луча, не исследованы. Подобные работы нами в литературных источниках не обнаружены.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нормальное функционирование переднего отдела, первого плюснефалангового сустава и первого луча стопы — один из важнейших элементов походки человека. Дальнейшее исследование функции данных компонентов стопы, изучение межсегментарных и внутрисегментарных взаимодействий в суставах стопы, а также всей нижней конечности поможет в определении этиопатогенеза заболевания.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Государственное бюджетное финансирование.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. В.В. Умнов — разработка основной идеи исследования, этапное редактирование текста статьи; В.А. Новиков — разработка дизайна исследования, поиск и анализ литературных источников, этапное редактирование; Д.С. Жарков — дизайн исследования, окончательное редактирование, написание текста статьи; Д.В. Умнов — поиск и анализ литературных источников.

Все авторы внесли существенный вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

About the authors

Valery V. Umnov

H. Turner National Medical Research Center for Сhildren’s Orthopedics and Trauma Surgery

Email: umnovvv@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5721-8575
SPIN-code: 6824-5853

MD, PhD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, 64-68 Parkovaya str., Pushkin, Saint Petersburg, 196603

Dmitriy S. Zharkov

H. Turner National Medical Research Center for Сhildren’s Orthopedics and Trauma Surgery

Email: striker5621@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8027-1593

MD, orthopedic and trauma surgeon

Russian Federation, 64-68 Parkovaya str., Pushkin, Saint Petersburg, 196603

Vladimir А. Novikov

H. Turner National Medical Research Center for Сhildren’s Orthopedics and Trauma Surgery

Email: novikov.turner@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3754-4090
SPIN-code: 2773-1027

MD, PhD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 64-68 Parkovaya str., Pushkin, Saint Petersburg, 196603

Dmitriy V. Umnov

H. Turner National Medical Research Center for Сhildren’s Orthopedics and Trauma Surgery

Author for correspondence.
Email: dmitry.umnov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4293-1607
SPIN-code: 1376-7998

MD, PhD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 64-68 Parkovaya str., Pushkin, Saint Petersburg, 196603

References

Supplementary files