36, s. 49-54, Gliwice 2008
ANALIZA SIŁ REAKCJI PODŁOśA U DZIECI ZE STOPĄ PŁASKO-KOŚLAWĄ
1M
ARCIND
ERLATKA, J
OLANTAP
AUKKatedra Automatyki i Robotyki, Politechnika Białostocka e-mail:mder@pb.bialystok.pl
Streszczenie. W pracy przedstawiono analizę sił reakcji podłoŜa u dzieci w wieku 8-13 lat ze stopą płasko-koślawą. Na podstawie typowych wartości ekstremalnych występujących w przebiegach poszczególnych składowych sił reakcji podłoŜa oraz dwóch własnych parametrów przeprowadzono analizę statystyczną (test t-studenta) chodu człowieka. Uzyskane wyniki wskazują na występowanie statystycznie istotnych róŜnic w przypadku obu grup. Stwierdzono, Ŝe analiza sił reakcji moŜe być uzupełnieniem stosowanych obecnie metod wykrywania stopy płasko-koślawej oraz śledzenia postępów rehabilitacji.
1. WPROWADZENIE
Stopa odgrywa ogromną rolę w lokomocji człowieka. W czasie chodu bezpośrednio styka się z podłoŜem i jednym z jej zadań jest amortyzacja - przyjmowanie cięŜaru całego ciała.
Niewłaściwie ukształtowana stopa moŜe być źródłem problemów w Ŝyciu codziennym Dlatego teŜ podstawową sprawą jest badanie i usprawnianie stanu stóp u dzieci. Wczesne zastosowanie odpowiedniej rehabilitacji skutkuje zahamowaniem rozwoju patologii narządu ruchu u dzieci, a w duŜej części przypadków następuje znaczna poprawa.
Stopa płasko-koślawa jest jednym z najczęściej występujących schorzeń w obrębie stopy.
W zaleŜności od źródeł literaturowych częstość jej występowania szacuje się od kilku do kilkudziesięciu procent dzieci w wieku wczesnoszkolnym [1,5,6,7, 11,13,14,15]
Obecnie do diagnostyki stopy płasko-koślawej wykorzystuje się następujące metody:
- ocenę ortopedyczną – najczęściej subiektywną, polegającą na obserwacji ustawienia stopy w obciąŜeniu i ewentualnie odciąŜeniu; ocena ortopedyczna zostaje czasami wzbogacona o analizę zdjęć RTG (kąt infleksji oraz kąt Nikołajewa) [16],
- metodę badań czynnościowych – wykorzystującą szereg testów pomagających określić wydolność mięśni stopy [9],
- metodę plantokonturograficzną polegająca na analizie odbitki podporowej powierzchni stopy poprzez wyznaczenie np. połoŜenia osi stopy, kąta Clarka, wskaźnika Bałakirewa, wskaźnika ‘Ky’ (Sztritera-Godunowa) itp. [9, 12],
1 Praca finansowana ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Sąsiedztwa Polska – Białoruś - Ukraina INTERREG III A / TACIS CBC projekt NEB/PL/PDL/2.1/05/238
- analizę z wykorzystaniem podoskopu (rys. 1), która, szczególnie przy sprzęgnięciu podoskopu z komputerem, umoŜliwia wyznaczenie z duŜą dokładnością tych samych parametrów jak metoda plantokonturgraficzna;
- analizę pomiarów baropedograficznych – analiza ciśnień w obrębie stopy [3, 7];
- analizę sił reakcji podłoŜa;
- inne.
NaleŜy zaznaczyć, Ŝe powyŜszy podział jest subiektywny, a wykonywane badania mogą łączyć kilka powyŜszych metod.
a) b)
Rys. 1.Obraz z podoskopu: a) stopa płasko-koślawa; b) stopa prawidłowa
Diagnostyka stopy płasko-koślawej przy wykorzystaniu sił reakcji podłoŜa wydaje się szczególnie istotna w coraz bardziej popularnych laboratoriach lokomocji człowieka, wykorzystujących optoelektroniczną aparaturę pomiarową (Vicon, SMART itd.). Laboratoria te wyposaŜone są najczęściej równieŜ w platformy dynamometryczne. W piśmiennictwie z zakresu analizy sił reakcji podłoŜa w schorzeniach stóp spotyka się szereg publikacji [2,4,10]. JednakŜe nie dotyczą one bezpośrednio diagnostyki stóp płasko-koślawych.
Celem niniejszej pracy jest analiza porównawcza sił reakcji podłoŜa u dzieci w wieku 8-13 lat ze stopą płasko-koślawą.
2. MATERIAŁ I METODA
W badaniach wykonanych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej wzięło udział 45 dzieci ze stopą płasko - koślawą statyczną i 20 dzieci zdrowych (jako grupa referencyjna). Wśród dzieci chorych 2/3 było w wieku 8-10 lat. Grupę badawczą dzieci ze stopą płasko-koślawą statyczną tworzyło 30 chłopców oraz 15 dziewcząt (2 razy więcej chłopców niŜ dziewcząt). Większość dzieci została wyselekcjonowana w badaniach przesiewowych przeprowadzonych w Szkole Podstawowej w Białymstoku – przebadano ogółem 250 dzieci w wieku 8-13 lat. U dzieci ze stopą płasko-koślawą stwierdzono obniŜenie sklepienia podłuŜnego w obciąŜeniu, które w odciąŜeniu korygowało się u wszystkich poza 4 dzieci. U 31 dzieci stwierdzono koślawość stępu, u 4 dzieci z przykurczem ścięgna Achillesa;
zniekształcenia przodostopia – odwiedzenie lub przywiedzenie - 6 dzieci; modzele po przyśrodkowej stronie podeszwowej stopy - 4 dzieci. Zespół wiotkości wielostawowej rozpoznano u 15 dzieci (1/3 grupy badanych dzieci chorych).
Podczas badań w laboratorium analizy chodu dziecko kroczyło boso z prędkością swobodną po ścieŜce pomiarowej, na której była ukryta platforma dynamometryczna KISTLER. Proces ten był powtarzany kilkakrotnie. Z dalszej analizy wykluczono te przejścia, w których dziecko stawało na platformę częścią stopy lub obiema stopami w tym samym cyklu chodu.
Podczas analizy sił reakcji pod uwagę brano następujące parametry [8]:
• dla składowej pionowej:
o maksimum fazy przeciąŜenia (Fy.max.przec), o minimum fazy odciąŜenia (Fy.min.odc.), o maksimum fazy napędowej (Fy.max.prop.);
• dla składowej przednio-tylnej siły reakcji podłoŜa, o czas trwania fazy hamowania (Fx.t.ham), o minimum fazy hamowania (Fx.min.ham.), o maksimum fazy przyspieszania (Fx.max.psp.);
• dla składowej bocznej:
o maksimum fazy przeciąŜenia (Fz.max.przec), o minimum fazy odciąŜenia (Fz.min.odc.), o maksimum fazy napędowej (Fz.max.prop.).
-0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
0 0.04 0.07 0.11 0.14 0.18 0.22 0.25 0.29 0.32 0.36 0.4 0.43 0.47 0.5 0.54 0.58 0.61 czas [s]
[F/mg]
Rys. 1. Rozkład sił reakcji podłoŜa dziecka ze stopą typową
Na rys. 1 i 2 przedstawiono wykresy składowych sił reakcji podłoŜa dziecka ze stopą typową (rys. 1) i płasko-koślawą (rys. 2). Porównując oba wykresy, moŜna zauwaŜyć, Ŝe pierwsze maksimum dla składowej pionowej (Fy – linia kreskowana) jest nieco większe w przypadku dzieci zdrowych (por. [4]). NaleŜy równieŜ zwrócić uwagę na brak typowego dla stopy zdrowej załomku występującego w fazie kontaktu pięty z podłoŜem.
-0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
0 0.03 0.07 0.1 0.14 0.17 0.2 0.24 0.27 0.31 0.34 0.37 0.41 0.44 0.48 0.51 0.54 0.58
czas [s]
[F/mg]
Rys. 2. Rozkład sił reakcji podłoŜa dla dzieci ze stopą płasko-koślawą
W tabeli 1 zamieszczono podstawowe dane statystyczne wraz z testem t-Studenta na róŜnicę średnich w przypadku osób ze stopą płasko-koślawą a typową.
Tab.1. Parametry charakterystyczne stóp prawidłowych i płasko-koślawych uzyskane z platformy dynamometrycznej KISTLER
Średnia Odch. standardowe
Stopa p płasko- koślawa
Stopa prawidłowa
Stopa płasko- koślawa
Stopa prawidłowa
Fy.max.przec 1.101199 1.243869 0.119539 0.153021 0.000033 Fy.min.odc. 0.792013 0.791535 0.091616 0.145563 0.985374 Fy.max.prop. 1.070064 1.079158 0.061382 0.101704 0.694198*
Fx.t.ham 0.5483 0.537733 0.065671 0.068491 0.515508
Fx.min.ham. -0.18965 -0.217747 0.047673 0.059842 0.025612 Fx.max.psp. 0.182814 0.173843 0.047673 0.087672 0.514480 Fz.max.przec 0.071554 0.086418 0.024961 0.038694 0.101597* Fz.min.odc. 0.031675 0.031381 0.017641 0.01689 0.945123 Fz.max.prop. 0.057978 0.065748 0.022351 0.028327 0.185405
* poziom istotności dla testu t-Studenta z oddzielną oceną wariancji po odrzuceniu hipotezy (test Browna i Forsythe'a) o jednorodności wariancji w obu zbiorach.
NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe analiza chodu tylko na podstawie powyŜszych wielkości jest zuboŜona o brak informacji dotyczącej zarówno zaleŜności wzajemnych powyŜszych ekstremów, jak i przebiegu sił reakcji podłoŜa pomiędzy ekstremami. Mając powyŜsze na uwadze, wprowadzono dwa następujące wskaźniki:
Wskaźnik R1 = |Fz.max.przec. – Fz.min.odc.|, (1) Wskaźnik R2 = |Fz.min.odc. – Fz.max.prop.|.
(2)
Przeprowadzono test t-Studenta na róŜnicę średnich wielkości wskaźników R1 i R2 dla stopy prawidłowej i płasko-koślawej. Wynik testu zamieszczono w Tab.2.
Tab.2. pWskaźniki R1 i R2 dla stóp prawidłowych i płasko-koślawych
Średnia Odch. Standardowe
Stopa płasko- p koślawa
Stopa prawidłowa
Stopa płasko- koślawa
Stopa prawidłowa
R1 0.040811 0.057364 0.016357 0.033294 0.033851*
R2 0.027236 0.036694 0.011189 0.015038 0.002006
* poziom istotności dla testu t-Studenta z oddzielną oceną wariancji po odrzuceniu hipotezy (test Browna i Forsythe'a) o jednorodności wariancji w obu zbiorach.
Uzyskane wyniki wskazują na istotne statystycznie róŜnice pomiędzy wartościami średnich wskaźników R1 i R2 dla stopy prawidłowej i płasko-koślawej. NaleŜy podkreślić fakt, Ŝe te róŜnice (R1 i R2) są mniejsze dla stopy płasko-koślawej. MoŜna domniemywać, Ŝe jest to wynik mniejszych zmian w ustawieniu stopy w płaszczyźnie bocznej w przypadku stopy płasko-koślawej.
PODSUMOWANIE
Na podstawie odpowiednich testów statystycznych porównano wartości ekstremalne występujące w przebiegach poszczególnych składowych sił reakcji podłoŜa oraz dwa własne parametry dla dzieci zdrowych i dzieci ze stopą płasko-koślawą. Uzyskane wyniki są dobre i wskazują, Ŝe analiza sił reakcji podłoŜa moŜe być uzupełnieniem stosowanych obecnie metod wykrywania stopy płasko-koślawej oraz śledzenia postępów rehabilitacji.
Niewątpliwie zastosowanie innej formy zapisu matematycznego przebiegu składowych sił reakcji pozwoliłby na pełne przedstawienie zmienności omawianych wielkości w czasie trwania fazy podporowej. JednakŜe naleŜy sobie zdawać sprawę, Ŝe zbytnie sformalizowanie moŜe pociągnąć za sobą kłopoty w rozumieniu i interpretacji wyników przez personel medyczny, a co za tym, idzie utrudnić wprowadzenie do praktyki klinicznej takiej metody.
LITERATURA
1. Аnosow W.S.: Компьютерно-фотоплантографическая методика диагностики патологии стоп//Рецепт.2006, 6, s.153-158.
2. Bertani A., Cappello A., Benedetti M.G., Simoncini L., Catani F.: Flat foot functional evaluation using pattern recognition of ground reaction data. “Clinical Biomechanics”
1999, 14, p. 484-493.
3. Chesnin K. J., Selby-Silverstein L., Besser M. P.: Comparison of an in-shoe pressure measurement device to a force plate: concurrent validity of center of pressure measurements. “Gait & Posture” Vol. 12, Iss. 2, p. 128-133.
4. Claeys R: The analysis of ground reaction forces in pathological gait secondary to disorders of the foot. “International Orthopaedics” 1983, Vol. 7, p. 113-119
5. García-Rodríguez A, Martín-Jiménez F., Carnero-Varo M., Gómez-Gracia E., Gómez- Aracena J. and Fernández-Crehuet J.: Flexible flat feet in children: a real problem?
“Pediatrics” 1999, 103(6), p. 84.
6. Hlaváček P, Stastna P.: Level of footwear by children and youth contrasts with the health of their feet. W: Materiały Międzynarodowej Konferencji “Baltic Textile and Leather”. Litwa 2003.
7. Ihnatouski M.I., Sviridenok A.I., Gaida L.S., Krupich B., Lahkovski V.V., Sychevski L.Z.: Biomechanical research and elaboration the methods for improvement of children gait from Podlasie and Grodno are. W: Proceeding of VII international scientific conference “Energy- & resource saving ecological pure technology”. Mińsk 2007, p.302- 307.
8. Jureczko P., Michnik R., Jurkojć J.: Zastosowanie platformy Kistlera do monitorowania postępów rehabilitacji. W: V Międzynarodowe Seminarium Mechaniki Stosowanej.
Wisła 2001, s.49-55.
9. Kasperczyk T.: Wady postawy ciała – diagnostyka i leczenie. KASPER, s.c, Kraków 2004.
10. Ledoux W. R., Hillstrom H. J.: The distributed plantar vertical force of neutrally aligned and pes planus feet. “Gait and Posture” 2002, Vol. 15, p. 1–9.
11. Leung AK., Cheng JC., Mak AF.: A cross-sectional study on the development of foot arch function of 2715 Chinese children. “Prosthet Orthot Int.” 2005, 29(3), p.241-253.
12. Malinowski A.: Podstawy antropometrii: metody, techniki, normy. Warszawa: PWN, 1997.
13. Nadolska-Ćwikła I.: Wysklepienie stopy dzieci i młodzieŜy 7-14 letnich ze szkół koszalińskich. Poznań :AWF, 1994. Monografie nr 315.
14. Pfeiffer M., Kotz R., Ledl T., Hauser G., Sluga M: Prevalence of flat foot in preschool- aged children. “Pediatrics” 2006, 118(2), p.634-639.
15. Rao UB., Joseph B.: The influence of footwear on the prevalence of flat foot. A survey of 2300 children. “Bone Joint Surg Br.” 1992, 74(4), p.525-527.
16. Wołkow М.W., Dedowa W.D.: Ortopedia dziecięca. Medycyna 1980.
ANALYSIS OF GROUND REACTION FORCES FOR CHILDREN WITH PLANO-VALGUS
Summary. The ground reaction forces for children in the age of 8-13 with pes plano-valgus has been shown in the paper. The statistic analysis (t-test) has been made based on typical extreme values in components of all ground reaction forces and two own additional parameters. Obtained results show that there is significant statistical difference in both groups of subjects (with pes plano-valgus and control group). Conclusion is that analysis of ground reaction forces could be an useful an useful supplement of used recently methods.
