Способ и устройство для исправления дефектов стопы

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано при создании обуви. Воздействуют на основные опорные точки стопы с помощью устройства, обеспечивающего в процессе работы стопы кручение самой стопы или отдельных ее частей относительно сагиттальной, горизонтальной, фронтальной плоскостей. Кручение направлено на приведение стопы к нормальной физиологической форме. Устройство для исправления и профилактики дефектов стопы имеет скрученные относительно друг друга внутренние и/или внешние поверхности под основными опорными точками стопы и/или внешние поверхности продольного и поперечного сечения округлой формы выпуклостью наружу как минимум от вертикальной поверхности, ограничивающей периметр стопы, до проекции центров давления основных опорных точек стопы на внешнюю часть устройства. Изобретение позволяет улучшить контакт стопы с подстилающей поверхностью. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 19 ил.

 

Предлагаемое изобретение предназначено для нехирургического лечения опорно-двигательного аппарата (человека) и его профилактики. Может быть востребовано в ортопедии и обувной промышленности.

Современная медицина на сегодня для этих целей пользуется в основном тремя способами воздействия на стопу:

- специальная гимнастика;

- хирургическое вмешательство;

- ортопедическая обувь, главным элементом которой является супинатор.

В основу этих способов положено предположение, что подошвенный свод стопы есть система арок (внутренняя, передняя и наружная) с эффектом рессоры, фиг.1. Поэтому все они пытаются исправлять кривизну свода путем вертикального воздействия на отдельные части стопы, в основном для их разгрузки. Способ воздействия на стопу кручением, более или менее осознано, пока применяется только врачами для исследования восстановимости продольной части свода и для вправления вывихов (механических повреждений стопы), фиг.2. Для профилактики и исправления дефектов его сложно использовать из-за следующих недостатков:

1) незначительная по времени продолжительность воздействия,

2) наличие внешних сил, не связанных с движением человека,

3) пассивное состояние опорно-двигательного аппарата человека.

Технической задачей заявленного способа является использование кручения в качестве постоянного воздействия на стопу в процессе ее работы. В результате чего суставы, связки и мышцы будут постепенно восстанавливать функции самостоятельного поддерживания физиологически нормальной формы стопы. Под постоянным воздействием подразумевается непрерывное давление необходимой части устройства на стопу в нужном направлении.

Для данного способа важна не форма арок, а возможность передней части стопы (до шопарова сустава) скручиваться относительно ее задней части (после шопарова сустава), а также кручение наружного и внутреннего сводов относительно друг друга, фиг.3 и 4. Разделение это достаточно условное, т.к. стопа имеет большое количество суставов, поэтому далее будем вести речь о кручении стопы или ее частей относительно сагиттальной, горизонтальной и фронтальной плоскости.

Чтобы применить данный способ в динамике (когда стопа выполнят свои основные функции) необходимо под ней создать такую форму подстилающей поверхности (п.п.), чтобы она обеспечила кручение в нужных плоскостях. Для этого необходимо устройство в виде физиологической подошвы.

Современная промышленность выпускает достаточно большое количество устройств для исправления и профилактики дефектов стопы - супинаторы. Конструктивные особенности и предназначение некоторых из них указаны на сайте httD://lubavak.ru - Ортопедический салон «Любава-К».

Общими недостатками данных устройств являются:

1) не учитывают влияние современной обуви на стопу;

2) разгружают мышцы, т.е. выполняют за них работу по поддержанию свода;

3) мешают мышцам стопы естественно сокращаться по кратчайшему расстоянию между местами их прикрепления, а не по дуге супинатора;

4) моменты сил от их воздействия прикладываются, как правило, не к основным опорным точкам либо перпендикулярно плоскости следа;

5) ни один из супинаторов не оправдывает своего названия, т.е. не приводит стопу кнаружи до положения, при котором ее медиальный край приподнят, т.к. нет ни одной реальной силы, воздействующей на пяточную кость в данном направлении.

Наиболее же близким аналогом внутренней части заявленного устройства является стелька-супинатор RU 2160572 C1, A61F 5/14, 20.12.2000 г.

Недостатками данного устройства являются:

1) воздействие осуществляется в вертикальной плоскости и не предусматривает кручения стопы или ее частей;

2) воздействие осуществляется не на все опорные точки стопы, а на некоторые из них, в результате чего отдельные суставы, связки и мышцы «выпадают» из физиологической последовательности взаимодействия;

3) зависит от влияния внешней формы подошвы современной обуви, фиг.8, 9;

4) зависит от формы внутренней части подошвы, т.к. является гибкой и мягкой стелькой.

Технической задачей предлагаемого устройства является приведение всех костей стопы к физиологической норме для улучшения ее контакта с п.п. с целью устранения или предотвращения искажения формы нижней конечности. Для этого необходимо регулировать наклон п.п. под основными опорными точками стопы, фиг.5. Обозначим их цифрами по степени приоритета:

0 - подошвенная бугристость пяточной кости;

1 - выступ основания V плюсневой кости;

2 - головка V плюсневой кости;

3 - головка I плюсневой кости;

4 - головка II плюсневой кости;

5 - головка III плюсневой кости;

6 - головка IV плюсневой кости.

Если детально подходить к данному вопросу, то нужно регулировать наклон поверхностей под каждой опорной точкой. Это сложно. В большинстве случаев достаточно разделить след от стопы (ее проекция на плоскость) на 3 части, фиг.6. Граница и форма между этими частями достаточно условные. Так, например, между передними его частями она может меняться в промежутке между внутренними сторонами I и V плюсневых костей в зависимости от дефекта стопы и походки, а между передней и задней частью - в промежутке между внутренними сторонами головок плюсны и опорной части пяточной кости. Теперь, если мы будем изменять наклон любой из частей следа, то при взаимодействии стопы с такой п.п. возникнут силы реакции искусственной п.п., направленные в сторону наклона этих частей. Скрутив поверхности так, чтобы момент от результирующе силы передней части следа был противоположен по направлению моменту от результирующей силы задней части следа и/или наружной относительно внутренней, получим эффект, позволяющий воздействовать на суставы. Данный эффект будет лечебным, если оказывать воздействие в направлении, необходимом для приведения стопы (и, как следствие, ноги) к нормальной физиологической форме. Равенство моментов от передней и задней, внутренней и наружной частей стопы возможно как частный случай, например в процессе опоры на всю стопу. В большинстве случаев эти моменты будут неравными, т.к. для поддержания равновесия, особенно в движении, необходим постоянный перекат с пятки на носок, с наружной части на внутреннюю и обратно. Сразу же возникают изменяющиеся во времени и направлении моменты сил, для компенсации которых необходимо затрачивать усилия мышц, чтобы сохранить равновесие. Равенство моментов будет наступать в различных частях стопы, а в некоторых случаях и всей ноги.

Таким образом, подбирая наклон поверхностей под основными опорными точками стопы, мы будем воздействовать на суставы и заставлять сокращаться необходимые для «тренировки» мышцы, приучая работать их в определенной последовательности и с необходимым усилием, т.е. в определенном биоритме.

Геометрическое сопряжение скрученных поверхностей будет наиболее точно соответствовать физиологической форме подошвенной части стопы, следовательно, последовательно распределять скручивающие моменты на все суставы. Скручивать можно как внутренние (прилегающие к стопе), так и внешние (контактируемые с п.п.) поверхности устройства либо в комплексе.

В частности, при плоскостопии, если применить мягкую и тонкую подошву, достаточно скрутить внешние ее поверхности под основными опорными точками, а геометрическое сопряжение внутренняя часть примет самостоятельно под воздействием стопы.

В примере с «приведенной стопой» устройство может иметь своеобразный «конек» как на внешней (контактируемой с п.п.) - фиг.7, так и на внутренней (прилегающей к стопе) поверхности. Подробнее - далее в тексте.

Ближайшим аналогом внешней части заявленного устройства является подошва современной обуви. Она также имеет ряд существенных недостатков:

1) наличие каблука;

2) широкие и длинные формы, выступающие за контур стопы, как правило, острыми гранями;

3) толстую и плоскую поверхность между точками контакта пяточной кости и головками плюсны.

Все они в динамике создают дополнительные моменты, отличные от физиологических. Для доказательства рассмотрим влияние подошвы на характер движения стопы в продольной (сагиттальной), фиг.8, и в поперечной (фронтальной) плоскости, фиг.9.

На рисунках видно, что современная подошва увеличивает естественные рычаги стопы. В продольной (сагиттальной) плоскости, фиг.8, это создает:

- дополнительный момент (Δм) для подошвенного сгибания;

- дополнительное ускорение, уменьшающее время прохождения передней части стопы (т.2) до соприкосновения с п.п., и увеличивает силу, с которой эта часть ударяется о п.п. Кроме этого, вся стопа перемещается дополнительно и в горизонтальной плоскости (т.2', 2'', 2'''), как будто бы «поскальзывается» вместо «перекатывается». Т.е. нарушается нормальная физиологическая последовательность работы мышц и суставов, т.к. мышцы начинают работать в противофазе подошвенного и тыльного сгибания.

Теперь рассмотрим влияние подошвы на характер движения стопы в поперечной (фронтальной) плоскости, фиг.9, на примере самого распространенного дефекта - плоскостопия.

Если расслабить стопу и поднять ее над п.п. так, чтобы пяточная кость (сзади) имела вертикальное положение, то согласно масс-инерционных характеристик передняя часть стопы будет наклонена кнаружи (супинация). Причем угол наклона пропорционален степени уплощения стопы (чем площе, тем больше). Это самый простой способ определения плоскостопия. Значит, при ходьбе первоначальный момент касания придется на внешнюю сторону подошвы. Снова повторяется ситуация, описанная выше только теперь уже в другой плоскости:

- дополнительный момент (Δм) через рычаги АС и ВД для вращения стопы внутрь (пронация),

- дополнительное ускорение для того, чтобы быстрее и сильнее ударить стопу о землю.

Получим еще одну ударную нагрузку со смещением теперь уже внутрь (т.1',1'' 1''') и противофазу наружному и внутреннему сгибанию стопы. А если учесть, что верх обуви шьется по колодкам с «так называемым физиологическим вальгусом» стопы в 3-10 градусов (для ортопедии это норма - Атлас переломов лодыжек и их лечение, стр.10, авторы: А.Н.Шабанов, И.Ю.Каем, В.А.Сартан, Москва, «Медицина», 1972), то даже идеальная стопа со временем приобретет завал пятки от вертикали и уменьшает своды.

Современная обувь способствует смещениям стопы в боковом, продольном и вертикальном направлениях. (Изгиб вызывается воздействием в одной плоскости. Кручение - в нескольких плоскостях.) Т.о. подобная обувь выполняет кручение стопы в направлениях, противоположных нормальным физиологическим. Другими словами, мы неосознанно используем способ кручения для формировать дефектов. Заявленные изобретения предлагают это учитывать при конструировании обуви и супинаторов. Иначе невозможно получить даже профилактический эффект, тем более - лечебный.

Большинство суставов имеют более чем одну степень свободы, т.е. возможность скручиваться. Такой сустав как голеностопный, например, даже при вертикальном воздействии все равно будет обеспечивать кручение, фиг.10. Т.е. любое тыльное или подошвенное сгибание - это уже вид кручения. Остается только обеспечить правильное его распределение между остальными суставами. Значит, чтобы сформировать стопу или исправить ее дефект, необходимо управлять изгибно-крутящими моментами.

Частный случай заявленного изобретения - обувь с каблуком, особенно с большим, фиг.11. Только в отличие от него, оно служит не для формирование нормальной физиологической стопы, а для создания ее дефекта. Данное устройство помогает подошвенному сгибанию и почти полностью исключает тыльное. Результат - изменяется длина икроножных мышц и сухожилий, а также подвижность в суставах стопы, особенно в голеностопном, «выпадает» из работы полностью или частично выступ основания V плюсневой кости, уменьшается давление на пяточную кость. Внешняя часть такого устройства вызывает дополнительные отрицательные моменты - выше изложенные, см. фиг.8 и фиг.9.

Женщины, которые в своем гардеробе имеют только обувь на высоком каблуке, через определенный промежуток времени не могут ходить босиком без болевых ощущений в икроножной мышце и голеностопном суставе. Они фактически сформировали своего рода конскую стопу с помощью устройства, выпускаемого нашей обувной промышленностью. Вышеописанный пример подтверждает наличие эффекта от взаимодействия стопы со скрученными поверхностями.

Заявленное устройство предназначено для исправления подобных дефектов и предлагает использовать такие формы, чтобы и статические, и динамические моменты от внутренней и внешней ее части формировали нормальную стопу или устраняли отрицательные моменты (если речь идет о профилактике). А т.к. процесс работы стопы - не что иное, как поддержание равновесия при различных видах движения, то стояние на ногах - тоже процесс движения, т.к. суставы и мышцы работают. Пусть это микродвижения, но даже им будет мешать наличие «так называемого физиологического вальгуса» верха обуви, жесткие и высокие берцы, широкая и плоская подошва. Обувь должна стимулировать вертикальное положение пятки и возможность кручения стопы и ее частей.

Чтобы исключить или существенно уменьшить нежелаемые моменты воздействия современной обуви, необходимо: верх обуви изготавливать без «физиологического вальгуса» и жестких берцев; скруглить края подошвы так, чтобы проекция центра давления опорной части стопы на внешнюю сторону подошвы совпадала с точкой касания последней о подстилающую поверхность, фиг.12, 13, 14. То есть наружная часть продольного и поперечного сечения заявленного устройства должна иметь округлую форму выпуклостью кнаружи, как минимум от вертикальной поверхности, ограничивающей периметр стопы, до проекции центра давления основных опорных точек стопы на внешнюю часть устройства. Если требуется более плавный перенос веса тела с пятки на носок, чтобы обеспечить непрерывность и нужную последовательность воздействия на стопу, например при ходьбе или бега, желательно иметь выпуклую внешнюю поверхность между подошвенной бугристостью пяточной кости и головками плюсны, фиг.15. Если же устройство используется преимущественно для стояния, то эту поверхность можно оставить плоской.

С учетом вышеизложенного приведу некоторые варианты устройств.

Устройство для исправления «плоскостопия» может иметь форму, изображенную на фиг.16.

Устройство для профилактики дефектов - внешняя часть, такая как у фиг.16, а внутренняя - плоская.

Устройство для исправления «полой стопы» должно иметь своего рода зеркальное отражение внутренней части фиг.16. Т.е. горизонтальной будет поверхность под пяткой, а под головками плюсны поверхность будет иметь наклон с подъемом в сторону головки I плюсневой кости. В данном случае устройство будет выполнять ту же функцию, что и врач при выравнивании увеличенного продольного свода, фиг.17.

Устройство для исправления «приведенной стопы» должно иметь внешнюю часть в виде своеобразного «конька», полученного в результате скрученных наружных поверхностей передней и задней части, фиг.7. Если этот «конек» расположить под углом к продольной оси устройства (следа), близким к углу приведения стопы, то это будет стимулировать человека так поставить ногу, чтобы обеспечить перенос веса тела по ходу движения, а не перпендикулярно ему (лево - право), т.е. убрать угол приведения. В противном случае - проблематично сохранять равновесие и устойчивость.

В устройство для исправления «пяточной стопы» целесообразно ввести своеобразный каблук в переднюю часть; скрутить необходимым образом поверхности под головками плюсны и пятки так, чтобы первоначально или хотя бы какое-то времени стопа опиралась на своего рода «цыпочки» - головки плюсны, фиг.18. Это будет стимулировать тренировку нужных мышц.

Устройство для исправления «конской стопы» - зеркальное отражение предыдущего, фиг.19. Оно позволит стопе в процессе ходьбы как можно дольше по времени опираться на пятку и восстанавливать утраченные функции.

В зависимости от дефекта округлая форма может быть выражена не по всему периметру стопы. Так в примере с плоскостопием целесообразно оставить внутреннюю пяточную часть устройства обычной формы для создания дополнительного момента, направленного на супинацию пятки т. Е, фиг.13, а при пяточной стопе - заднюю часть, для помощи подошвенному разгибанию т. В, фиг.18. Редко бывает, чтобы дефекты проявлялись изолированно друг от друга. Это возможно только в начальной стадии. Поэтому устройство для профилактики и исправления дефектов может иметь сочетание скрученных поверхностей различной формы, главное, чтобы результирующие силы от взаимодействия создавали моменты сил, направленные на приведение стопы к нормальной физиологической форме.

Вышеперечисленные устройства воздействуют на стопу без участия внешних сил (врача, массажиста и т.п.). Величина этого воздействия будет зависеть от веса человека, характера его движения и величины наклона поверхностей под основными опорными точками. Согласно математическим законам, чем больше вес тела, тем большее давление оно оказывает на опирающиеся части. Следовательно, для его компенсации требуется большая сила реакции опоры, на которую производится это давление. Характер движения (ходьба, бег, прыжки и т.п.) увеличивает кинетическую энергию стопы при взаимодействии с устройством, следовательно, и силу реакции опоры, направление которой зависит от угла наклона поверхности под опорной точкой. Следовательно, суставы будут скучиваться и получать определенную нагрузку, величину которой необходимо учитывать. Иначе можем получить травму в виде вывиха и т.п. Чтобы это исключить, необходимо величину наклона поверхностей под основными опорными точками регулировать исходя из вышеперечисленных факторов (веса и характера движения).

Что касается самого распространенного дефекта - плоскостопия - имею собственный опыт. Элементы подобной, как на фиг.16, конструкции опробовал на себе (40-летний стаж плоскостопия). Болевые ощущения в голеностопном суставе уменьшились сразу же, после того, как пятка привыкла к вертикальному положению, прошли совсем. Подвижность в суставах стопы, в плане восстановимости продольной части свода, увеличилась. Со временем восстановится нормальная физиология связок и мышц.

1. Способ воздействия на основные опорные точки стопы с помощью устройства, обеспечивающего в процессе работы стопы кручение самой стопы или отдельных ее частей относительно сагиттальной, горизонтальной, фронтальной плоскостей, направленное на приведение стопы к нормальной физиологической форме.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют устройство в виде искусственной подстилающей поверхности для кручения стопы или ее частей.

3. Устройство для исправления и профилактики дефектов стопы, отличающееся тем, что имеет скрученные относительно друг друга внутренние и/или внешние поверхности под основными опорными точками стопы и/или внешние поверхности продольного и поперечного сечения округлой формы выпуклостью наружу как минимум от вертикальной поверхности, ограничивающей периметр стопы, до проекции центров давления основных опорных точек стопы на внешнюю часть устройства.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что имеет округлые формы по периметру стопы, близкие к форме самой стопы.