Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы количество заболеваний костей и суставов у человека неуклонно растет (Поздникин Ю.И. с соавт., 2004; Орешков Б.И., 2004; Дрожжина Л.А., 2007; Миронов С.П. с соавт., 2007; Троценко В.В. с соавт., 2007; Мандриков В.Б. с соавт., 2008; Андреева Т.М. с соавт., 2008; . et al., 2006). Среди них ведущее место занимают различные деформации стопы (Погосян И.А., Куранов В.Б., 2004; Каменев Ю.Ф., 2004; Конюхов М.П. с соавт., 2004; Николаева А.А. с соавт., 2005; Шапиро К.И., 2006; Лашковский В.В., 2008; Walczak M., Napiontek M., 2003; . et al., 2005; . et al., 2006; M. et al., 2006; Wong R.A., 2007).
Несмотря на существование множества подходов к решению проблемы сохранения, укрепления физического здоровья и уменьшения патологии опорно-двигательного аппарата, не изученным остается вопрос об особенностях анатомо-функциональных свойств стопы человека в связи с его типом телосложения, возрастом, полом и уровнем физической активности (Дубровский В.И, 1999; Колпиков В.В., 2001; Сапин М.Р., 2007; Асфандияров Р.И. с соавт., 2007; Клаучек С.В. с соавт., 2007; Аверьянова-Языкова Н.Ф., 2007; Негашева М.А., 2008; Сердюков А.Г. с соавт., 2008; ., ., 2004; ., ., 2005; ., 2005; . et al., 2006; . et al., 2006).
Для получения достоверной информации, предусматривающей выбор методов консервативного и оперативного лечения, проектирования и изготовления корригирующих приспособлений и изделий, разработки специальных технологий и материалов, крайне актуальным является изучение изменения основных элементов стопы в процессе ее формирования в постнатальном онтогенезе, а также в зависимости от статических и динамических нагрузок, геометрических и функциональных особенностей (Ежов М.Ю., 2008; Скворцов Д.В., 2008; I. et al., 2002; O. et al., 2006; . et al., 2006; . et al., 2007).
При оценке общего состояния организма, крайне актуальным представляется характеристика анатомо-функциональных особенностей стопы (Панасюк Т.В., 2008; Федотова Т.К., 2008; Харламов Е.В., 2008; Мандриков В.Б. с соавт., 2008; . et al., 2004; . et al., 2005; ., ., 2005; . et al., 2005; . et al., 2006; . et al., 2006; . et al., 2006; . et al., 2006; S. et al., 2007; . et al., 2007). Раннее приобщение детей к физической культуре и спорту, определение у лиц разного возраста допустимой интенсивности нагрузки на стопу, а также спортивной специализации и будущей профессии требуют новых научных данных о возрастных особенностях структуры и функции стопы (Кашуба В.А., Сергиенко К.Н., 2008; . et al., 2004; . et al., 2005; R.J. et al., 2008). Не изученным остаются анатомо-функциональные параметры стопы у спортсменов, испытывающих разные виды интенсивных нагрузок, нередко приводящих к ее травме (Michelson J.D. et al., 2002; . et al., 2006).
Актуально решение проблемы контроля морфологического и функционального состояния стоп с целью выявления их нарушений. (. et al., 2001; Dehne R., 2001; . et al., 2006; . et al., 2007, 2008). Анатомо-функциональное состояние стопы в необходимой мере может быть оценено с помощью современных программно-аппаратных средств, обеспечивающих визуализацию соответствующих параметров (Калужский С.И., 2005; Самусев Р.П. с соавт., 2006; Давыдов В.Ю., 2008; Гавриков К.В. с соавт., 2008; Краюшкин А.И. с соавт., 2008; Black P.R. et al., 2000; Chen M.J. et al., 2003; A.K. et al., 2004; . et al., 2006). Поэтому актуальным является создание программно-компьютерных комплексов, предназначенных для получения первичных данных о физическом состоянии стопы, как важнейшей опорной части скелета (Лашковский В.В., Игнатовский М.И., 2008; Свиридёнок А.И., 2008, Сергиенко К.Н., 2008).
Вместе с тем, проблемы закономерностей в строении и функциях стопы человека в связи с типом телосложения, полом и периодом постнатального онтогенеза в литературе отсутствуют. Не изучена вариантная анатомия стопы в пределах одной возрастной группы, отсутствуют необходимые данные о разграничении возрастных особенностей стопы и начальных стадий ее деформации, не определены параметры функциональной нормы этой части опорно-двигательного аппарата (Мицкевич В.А, Арсеньев А.О., 2006; R.M. et al., 2007). Это позволило считать исследование анатомо-функционального состояния стопы человека на этапе ее формирования в постнатальном онтогенезе с учетом типа телосложения и пола с использованием оригинальной компьютерной технологии, обладающей высокой информативностью, доступностью, надежностью, быстротой выполнения, а также способностью к дистанционной передаче изображения, актуальной задачей, решение которой имеет как теоретическое, так и практическое значение.
Цель работы – изучить закономерности формы и строения стопы человека, ее функциональные особенности в зависимости от типа телосложения, пола, возраста в период постнатального формирования и установить изменения стопы под воздействием различных физических нагрузок.
Задачи планируемого исследования.
-
Получить антропометрические данные лиц первого и второго периодов детства, подросткового и юношеского возраста.
-
Определить возрастные и соматотипологические изменения анатомических параметров стопы человека в периоды первого и второго детства, подростковом и юношеском возрасте.
-
Выявить соматотипологические особенности формирования полового диморфизма и гендерные различия асимметрии стопы.
-
Установить корреляционную зависимость у лиц обоего пола и разных типов телосложения между анатомическими параметрами стопы на этапе ее формирования в постнатальном онтогенезе.
-
Установить корреляционную зависимость между анатомическими параметрами стопы и соматотипом у лиц от 4 лет до 21 года.
-
Создать математические модели стопы на основе уравнений множественной регрессии, позволяющие разработать нормативные анатомо-функциональные параметры по соматометрическим показателям.
-
Изучить анатомические и функциональные параметры стопы у лиц юношеского возраста, занимающихся различными видами спорта.
-
Выявить прогностические соматотипические и гендерные признаки, предрасполагающие к возникновению патологии стопы.
Научная новизна.
Впервые установлены закономерности различий морфологического и физиологического состояния стопы, определяемые динамичными формообразующими факторами (типом телосложения и полом) в зависимости от периода онтогенеза.
Впервые определены для каждого возраста и соматотипа линейные, угловые и плоскостные параметры стопы. В период первого детства выявлено, что наименьшие линейные параметры стопы отмечены у астеников (длина - 186,4±2,5 мм, ширина – 62,55±0,62 мм), а наибольшие - у гиперстеников (длина - 199,6±2,5 мм, ширина – 70,47±0,93 мм), и установлено, что у детей всех типов телосложения с 4 до 7 лет отмечается увеличение продольного свода.
В период второго детства впервые установлено, что у девочек с астеническим телосложением отмечена наименьшая длина стопы среди всех соматотипов, тогда как наибольшая у гиперстеников. Отмечено, что у мальчиков наибольшая длина стопы выявлена у лиц с гиперстеническим телосложением (216,24±1,07 мм), а наименьшая - у астеников (214,57±1,78 мм).
В подростковом возрасте впервые выявлено, что у девочек длина стопы наибольшая у лиц с гиперстеническим типом телосложения, а наименьшая - с астеническим телосложением. Показано, что наибольшая ширина и опорная поверхность стопы отмечаются у гиперстеников, а наименьшая – у астеников. Относительная площадь опоры переднего и заднего отделов больше у астеников, а меньше – у нормостеников. У мальчиков длина стопы наибольшая у лиц с нормостеническим телосложением, а наименьшая – с астеническим. Наибольшая ширина стопы у них отмечена у гиперстеников, наименьшая – у астеников.
В периоде юношеского возраста впервые установлено, что у девушек-гиперстеников длина переднего отдела стопы (96,89±0,62 мм) больше этого параметра у нормостеников (95,03±0,21 мм). Наибольшая ширина и опорная поверхность стопы отмечается у нормостеников (82,28±0,2 мм и 61,98±1,35 см2 соответственно), а наименьшая – у астеников (81,03±0,49 мм и 54,1±1,76 см2 соответственно). Впервые определено, что у юношей длина стопы наибольшая у лиц с гиперстеническим типом телосложения (271,26±1,38 мм), а наименьшая - с нормостеническим телосложением (265,89±0,77 мм). Отмечено, что наибольшая ширина стопы была у гиперстеников (93,15±0,82 мм), а наименьшая – у астеников (87,74±1,05 мм).
Впервые выявлено, что для всех изученных соматотипов характерны закономерные однонаправленные возрастные изменения продольного свода (рессорной функции) стопы. До периода второго детства включительно он увеличивается, а затем снижается до юношеского периода онтогенеза. Впервые показано, что наряду с анализом линейных и угловых характеристик морфо-функционального состояния стопы, высокой диагностической эффективностью обладают показатели абсолютной площади опорной поверхности и ее составляющие компоненты (площади опоры переднего, среднего и заднего отделов).
Впервые установлено, что в периоды от первого детства до юношеского линейные параметры динамических рядов (абсолютный прирост, темпы роста и прироста) выше у лиц разных типов телосложения мужского пола по отношению к аналогичным типам телосложения лиц противоположного пола.
Впервые выявлены типологические признаки формирования полового диморфизма стоп, статистически достоверно проявляющиеся, начиная с периода второго детства. Впервые установлено, что асимметрия стоп статистически значимо наблюдается, начиная с пубертатного периода, у лиц женского пола, и заключается в увеличении анатомо-функциональных параметров правой стопы (площади опоры, пяточного угла и коэффициента К).
Впервые, с использованием уравнений множественной линейной регрессии, создана математическая модель различных параметров стопы с учетом типа телосложения, возраста и пола, позволяющая разработать нормативные анатомо-функциональные параметры. Установлена корреляционная зависимость между анатомическими и функциональными параметрами стопы в период ее формирования у лиц обоего пола различных типов телосложения. Выявлена корреляционная зависимость между анатомическими параметрами стопы и соматотипом у лиц первого, второго детства, подросткового и юношеского возраста.
На основе линейных и угловых показателей впервые создана математическая модель стопы, отличающаяся от известных ранее расширенным набором параметров, и позволяющая повысить точность и эффективность диагностики, уменьшить время исследования анатомо-функционального состояния стопы. Установлены прогностические соматотипические признаки, предрасполагающие к возникновению патологии стопы.
Получены новые данные о влиянии воздействия многократно используемых различных видов физической нагрузки на структуру и функцию стопы. Установлено, что у юношей наибольшие изменения со стороны структуры и функции стопы, находящиеся на границе нормы, отмечены у тяжелоатлетов, легкоатлетов и у лиц, занимающихся спортивными играми. Впервые показано, что наибольшие анатомо-функциональные изменения характерны для девушек, занимающихся легкой атлетикой, гимнастикой и аэробикой. Определено, что наименьшие изменения, как у девушек, так и у юношей отмечены у пловцов.
Научно-практическая значимость.
Полученные данные расширяют имеющиеся представления о закономерностях организации опорно-двигательного аппарата человека в норме с учетом телосложения, пола, возраста и физиологической нагрузки.
Созданная технология на основе планшетного сканирования и оригинальной компьютерной программы с графико-расчетным способом и автоматической выдачей заключения, может быть использована для получения новой морфометрической информации о строении стопы человека (патенты РФ №2253363 “Способ диагностики состояния отделов стопы” и № 2331360 “Способ оптимизации информационной поддержки врача ортопеда-травматолога в диагностике плоскостопия”).
Данные о градации разных анатомических и функциональных параметров стопы, как в условиях нормы, так и при ее патологии могут быть использованы в работе лечебно-профилактических, спортивных и образовательных учреждений (патент РФ№ 2309663 “Способ определения анатомо-функционального состояния стоп”).
Способ определения рессорной функции стопы под воздействием возрастающей нагрузки может быть использован в клинической практике (получено решение о выдаче патента по заявке №2007139135/14(042833) “Способ определения рессорной функции стопы с использованием возрастающей нагрузки”).
Оценочные уравнения для индивидуального определения варианта различных анатомических параметров стопы по соматометрическим показателям (масса, рост и окружность грудной клетки) могут быть использованы в диагностических и реабилитационных учреждениях.
Установленная взаимосвязь между формообразующими факторами (возрастом, полом и типом телосложения) и риском возникновения патологии стопы может применяться в лечебно-профилактических учреждениях.
Разработанные индивидуальные программы укрепления стопы и реабилитации нарушений ее функции, а также рекомендации по использованию новой технологии диагностики для массовых обследований с применением технологии планшетного сканирования стопы целесообразно использовать в практике работы учебных образовательных, лечебно-профилактических и спортивных учреждений.
Метод исследования анатомо-функционального состояния стопы, обладающий высокой медико-экономической эффективностью, рекомендуется к использованию в практической медицине.
Результаты исследования будут полезны в учебном процессе на кафедрах анатомии человека, нормальной физиологии, травматологии и ортопедии, физической культуры и здоровья, физической реабилитации и спортивной медицины.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Анатомическое и функциональное состояние стопы определяется в различные периоды онтогенеза типом телосложения.
-
Половой диморфизм стоп статистически значимо проявляется с периода второго детства и наиболее выражен в юношеском периоде.
-
Асимметрия стоп в большей степени характерна для лиц женского пола и статистически значимо проявляется, начиная с подросткового возраста.
-
Тип телосложения определяет темпы изменения анатомо-функциональных параметров стопы в периоды ее формирования.
-
Для каждого периода онтогенеза характерны определенные закономерности регрессионных и корреляционных взаимосвязей анатомо-функциональных параметров стопы, определяемых соматотипом.
-
Воздействие разных видов многократно повторяющейся спортивной физической нагрузки на стопу закономерно проявляется изменением ее морфологических характеристик и физиологических свойств.
-
Антропометрические параметры типов телосложения в разные возрастные периоды могут быть использованы для прогнозирования риска развития деформаций стопы.
Апробация работы и публикации.
Основные материалы диссертации были изложены и обсуждены на следующих национальных и международных конференциях и симпозиумах:
Международная конференция «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2004); 3-ая, 4-ая и 5-ая Всероссийские научно-практические конференции “Медико-биологические и психолого-педагогические аспекты адаптации и социализации человека” (Волгоград, 2004, 2005, 2008); Научно-практическая конференция «Информационно-вычислительные технологии и их применения» (Пенза, 2005); Научно-практическая конференция «Новые технологии в хирургии и клинической анатомии» (Пермь, 2005); V11, V111 и IX Региональные конференции молодых исследователей Волгоградской области (2002-2004); Областная научно-практическая конференция «Вопросы диагностики, реабилитации патологии опорно-двигательного аппарата у детей» (Волгоград, 2005); Научно-практические конференции детских травматологов-ортопедов России (Волгоград, 2003; Воронеж, 2004; Саратов, 2005); Всероссийская конференция с международным участием "Управление движением" (Великие Луки, 2006); Научная конференция с международным участием Волжского гуманитарного института (Волжский, 2006); Международная научно-практическая конференция ВГСХА (Волгоград, 2006); 111 Международная научно-практическая конференция «Современное профессиональное образование в сфере физической культуры и спорта: актуальные проблемы и пути совершенствования» (Волгоград, 2006); III Международная научно-практическая конференция: «Физическая культура и спорт в 21 веке» (г. Волжский, 2006); Всероссийская конференция с международным участием “Новые информационные технологии в медицине”, (Волгоград, 2006); Всероссийская научно-практическая конференция “Опыт работы центров социально-психологической адаптации студентов” (Волгоград, 2006); Научно-практическая конференция “Современная стратегия преодоления дефицита кальция и витамина Д у детей и подростков” (Волгоград, 2006); 1 Международная научно-практическая конференция “Биомеханика стопы человека” (Беларусь, г. Гродно, 2008); Международная научно-практическая конференция “Проблемы диагностики, укрепления и реабилитации опорно-двигательного аппарата у спортсменов", (Волгоград, 2008); 1-ая Всероссийская конференция “Физиология адаптации”, (Волгоград, 2008).
Автоматизированный комплекс для диагностики плоскостопия демонстрировался на международной выставке в Москве в 2003 г. Технология исследования анатомо-функционального состояния стопы была представлена: на выездной сессии Президиума РАМН (Волгоград, 15-16 июня 2005 г.); Всероссийском конкурсе на лучшие научные работы по естественным, техническим наукам (проекты в области высоких технологий) и инновационным научно-образовательным проектам в сфере приоритетных направлений науки и техники (Москва, 2004); круглом столе Волгоградского медицинского форума: «Инновационные проекты в области медицины» (Волгоград, 2005).
Апробация диссертации проведена на расширенной межкафедральной конференции с участием сотрудников кафедр: анатомии человека; патологической анатомии; судебной медицины; нормальной физиологии; лучевой диагностики и терапии; гистологии, цитологии и эмбриологии; физической культуры и здоровья Волгоградского государственного медицинского университета 22 декабря 2008 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 70 научных работ, в том числе 11 - в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в действующий “Перечень… ВАК” (медицинские науки, редакция апрель 2008); получены 3 патента на изобретения.
Реализация и внедрение результатов исследования.
Материалы диссертации внедрены в научно-педагогический процесс кафедр анатомии человека; нормальной физиологии; травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии; физической культуры и здоровья; физической реабилитации и спортивной медицины Волгоградского государственного медицинского университета. Результаты исследования используются в учебной и научной работе Волгоградского научного центра РАМН и администрации Волгоградской области, а также кафедры социальной работы и медицины Волгоградского государственного университета, и кафедры анатомии и биомеханики Волгоградской государственной академии физической культуры. Разработанные и апробированные методы внедрены в диагностический процесс лечебно-профилактических учреждений г. Волгограда: детского ортопедического и травматологического отделений ГУЗ “Волгоградская областная клиническая больница №1”, ортопедических отделений МУЗ “Городская клиническая больница №3”, санаторной школы-интернат для детей со сколиозом “Созвездие”, Волгоградского областного клинического центра восстановительной медицины и реабилитации №1.
Объем и структура диссертации.
