Биомеханические особенности коррекции деформации позвоночника
корсетами  Шено  и  Узор

 

   Последние полгода я часто слышу вопрос от новых пациентов: «Почему вы делаете корсет «УЗОР», а не «Шено»?» Он широко освещается в интернете и находится «на слуху» у массы родителей и врачей ортопедов.  Просто ответить фразой: «Корсет «УЗОР» лучше по абсолютному большинству характеристик» - малоубедительно и отдает банальным пиаром. Прочитать каждому пациенту во время приема лекцию по теме хотя бы на полчаса не представляется физически возможным, даже для потенциально подготовленного человека. Все это привело меня к мысли осветить данный вопрос в статье, причем в такой степени, чтобы и технически не подготовленные люди могли бы сориентироваться по основным проблемам коррекции деформации позвоночника и  приемах коррекции. В статье не ставится рекламная задача – хочется, чтобы читатель получил достаточно информации для самостоятельных оценок и принятия будущих решений. Попробую  технически  сложные проблемы осветить максимально просто.

 

Объект коррекции. Звучит несколько странно, поскольку речь идет о детях и юношах со сколиотической деформацией позвоночника. Однако, с позиции биомеханики, лежащей в основе всех процессов коррекции, применение законов физического воздействия на туловище и проявление реакции тела на это воздействие, требует определения предмета воздействия. Мы будем рассматривать тело ребенка как биологический объект с, присущими ему, биологическими свойствами  и как физический объект, наделенный массой и упругопластическими свойствами. Именно, последнее позволяет строить модели коррекции деформации и практические технологии  для их реализации. На рис. 1 показано туловище подростка со сколиотически деформированным позвоночником и  скелет такого туловища.

 

В отличие от нормального туловища, для деформированного  характерными  признаками являются  асимметрия левой и правой половин, выраженные изгибы позвоночного столба  во фронтальной плоскости, а также зоны выпуклости и  впадины реберного каркаса. Кроме этого, на рентгенограммах позвоночника всегда можно увидеть зоны  скручивания позвоночника – зоны торсии. Искривления позвоночного столба выше некоторых норм, называют деформацией позвоночника.

Такие особенности проявления заболевания оказывают сильное влияние на  состояние организма и в зависимости от их величины, проблемы лежат в диапазоне от нарушения косметического состояния до выраженных нарушений работы внутренних органов, иногда, даже, с угрозой жизни человека. Поэтому,  устранение нарушений или их существенное ослабление, является чрезвычайно актуальной задачей.

 

В интернете можно найти массу различных предложений и не меньшее количество методов для лечения сколиоза, многие из которых красноречиво рекламируются специалистами разного уровня.  И это, конечно, является огромной проблемой для родителей детей при выборе места лечения. Нередко и сами врачи ортопеды предлагают родителям слабо действенный формат   лечения – массаж, ЛФК и плавание, вместо того, чтобы направлять пациентов на современные передовые эффективные технологии.  Квалифицированный анализ информации  убеждает, что реально существует только два значимых метода: консервативно, качественным корригирующим корсетом и грамотным ортезистом и оперативно, в клиниках с достаточным опытом работы. Первый метод используется при начальных стадиях развития заболевания, а второй – при продвинутых. Вместе с тем, существует достаточно широкий коридор пересечения этих двух способов лечения. Разумеется, каждая из сторон доказывает исключительность, эффективность и перспективность существования своего способа коррекции деформации.    Результаты лечения при консервативном и оперативном  способах  принципиально различаются последствиями. Многосторонняя оценка состояние организма после лечения, перспективы состояния на десять и более лет, является чрезвычайно сложной задачей, поэтому  в настоящее время остается только темой споров и  до широкой публики не доводится.   Эту сторону общей  проблемы мы здесь касаться не будем.  Рассмотрим исключительно особенности консервативного лечения сколиоза, причем методом и техническими средствами д-ра Шено (Chenau) на фоне корсета УЗОР .

 

Технические приемы коррекции деформации позвоночника.

 

 

На рис 2. изображены основные приемы коррекции деформации. Показан вариант  растяжения туловища для коррекции  изгиба позвоночника продольной силой Р, коррекция изгиба поперечными силами TA , TR1 и TR2  и отдельно деротация позвоночника крутящим моментом  МА. Первые два варианта предназначены для выполнения одной и той же задачи – коррекция сколиотической компоненты общей деформации.  Они могут использоваться либо самостоятельно, либо в сочетании друг с другом. Сразу отметим, что любой тип приложенного вектора усилия имеет противоположно направленного антагониста в виде единственного усилия, как в случае  P - P’ или MA MR, либо в виде нескольких сил, как в случае TA – (TR1,TR2). Только в этом случае, согласно законам физики, тело остается в состоянии равновесия.

 

Кроме этого, важно отметить, что с точки зрения энергозатрат, исправление изгиба продольным усилием – растяжением,  намного затратней, чем коррекция поперечными силами. Поэтому, часто используемые в корсете Шено конструктивные элементы, якобы создающие эффективное корригирующее продольное растяжение не только бесполезны, но и вредны, в связи с, негативно воздействующими на тело пятнами  высокого давления. На рис. 3  показано исполнение корсета, с выраженной продольной растягивающей  нагрузкой Р - Р’, а области неоправданного давления  обведены красным кружком.  Может показаться, что такая конструкция корсета направлена на создание изгибающего момента силы - Мизг, способствующего коррекции грудной правосторонней дуги позвоночника. Но, это предположение ошибочно, так как  горизонтальная составляющая общей силы Р, создающая изгибающий момент Мизг, чрезвычайно мала и по сути в процессе коррекции не участвует. Здесь можно рассчитывать только на горизонтальное усилие, получаемое плотным застегиванием корсета. Это поперечные усилия, участвующие в схеме изгиба тела.

Ниже, мы подробно рассмотрим  механику коррекции деформации поперечными силами для того, чтобы понимать в деталях требования  к корсету, возможности коррекции и ожидаемый эффект коррекции.

 

 

 Представим позвоночник в виде изогнутого стержня некоторой жесткости и размеров. На бытовом уровне мы интуитивно представляем, что для его выправления нужно опереть стержень  двумя основаниями на плоскость и ударить  по  вершине деформации, подобно выпрямлению гвоздя  молотком.  В технике такой прием называется  схемой 3-х точечного изгиба изогнутого стержня, рис.  4.  При этой схеме активное усилие РА, генерируемое молотком, уравновешивается двумя реактивными силами PRA и PRB. Стержень  сохраняет состояние покоя – остается неподвижным, пока он находится в равновесии, а именно алгебраическая сумма сил, действующих на стержень равна нулю.

                                                                                             

Рис. 4

 
  Внимательный читатель может возразить: «Невозможно человека положить боком на твердую поверхность  и непрерывно колотить чем-либо по вершине деформации». Конечно, это абсолютно правильное замечание. Нужно отметить, что силовая схема, представленная на

 рис. 4, является схемой  открытого физического воздействия, при которой силовой поток  замыкается через генератор активного усилия - человека с «молотком», стоящего на земле (условно) и твердое основание со стержнем, также покоящееся  на земле.

   В случае коррекции деформации корсетом необходимо создать схему нагружения закрытого типа. Особенность ее состоит в том, что  силовой поток должен  замыкаться только через туловище человека, рис. 3, не касаясь внешней среды – земли, либо устройств, стоящих на земле. Принципиально здесь то, что открытая схема нагружения применяется при коррекции деформации на, различного рода, стендах и тренажерах, а коррекция корсетом может быть реализована  только  посредством силовых закрытых схем нагружения. Подчеркнем, что физически, с точки зрения силовых факторов воздействия, принципиальной разницы между этими двумя типами нагружения, нет.

 

 Рассмотрим теперь несколько важных обстоятельств, из-за которых следуют не менее  важные следствия. Они отражают  типы сил и их взаимоположением  в схеме 3-х точечного изгиба.

То, как  изображены силы  на рис.2 и 4 следует расценивать как систему сосредоточенного типа сил. Давление, которое они оказывают на физическое тело сосредоточено на малой площадке. Вторым типом сил является распределенный тип. Для таких сил характерно их действие на значительной площади. Для  образного представления можно принять, что, давление шпильки женской туфли создается сосредоточенной силой, а давление колеса машины на грунтовую дорогу создается (в сравнении  со шпилькой) распределенной нагрузкой. При этом распределенная нагрузка, как и сосдоточенная, может быть как  активной, так и  реактивной,  тем более что оба этих термина являются не более чем условностью. Схема 3-х точечного изгиба при распределенном типе нагрузки Q будет выглядеть, как показано на рис.5.

В корсете Шено давление создается жесткими конструктивными элементами - пелотами, которые наклеиваются  на внутреннюю поверхность корпуса (гильзы) в зоне проектного давления на туловище, рис. 14. О расстановке пелотов, формировании вектора корригирующего усилия и возможных вариантах силового воздействия пелотами мы детально ознакомимся несколько ниже.

Сейчас важно рассмотреть возможные варианты организации давления на туловище пелотами корсета.  Сосредоточимся  на 3 основных вариантах, схематично представленных ниже.

  1. Схема поперечного корригирующего изгиба, рис. 4. Характерной особенностью силовой схемы в данном случае является достаточно большое расстояние между областями активной и реактивной нагрузок – А и В. Для эффективного процесса коррекции изгиба желательно, чтобы это расстояние было в несколько раз больше размера сечения стержня.

 

  1. Схема изгиба силами распределенного типа.  Для этой схемы характерно большая площадь, через которую воздействует корригирующая  сила, рис  5, и, соответственно, уменьшенные расстояния А и В между смежными областями нагруженных зон.  Практическая реализация такой схемы  довольно распространена, а результатом реализации является резкое снижение потенциала коррекции деформации. 

          Можно отметить две основные причины построения таких корсетов:

            -  недостаточность знаний биомеханики у ортезиста.

           -  ограниченные конструктивные возможности корсета в условиях высоко

          расположенной вершины деформации или короткой дуги, например одной дуги S-образной деформации.

          В отдельных случаях расстояние А между смежными областями нагруженных зон столь мало, что разно направленные силы лежат на одной образующей, рис. 6. Принято говорить, что силовые потоки организованы по схеме среза.

    

На рисунке показано, что расстояние «А» между активной силой QA и реактивной силой QRC стремиться к нулю, т.е.  в вертикальном направлении эти силы пересекаются. Условный срез происходит по сечению N-N.  Конечно, это не означает, что туловище будет перерезано пополам, как в цирке у фокусника, но в случае реального стержня и  значительных усилий  срез вполне возможен. Получить эффект изгиба, или коррекции изгиба, при такой схеме расстановки сил практически невозможно, а вот значительно затруднить дыхание вполне вероятно.

    

3.      Наконец,  третья схема расстановки сил для коррекции, еще более абсурдна, рис. 7. Пелоты внутри гильзы расставлены так, что разнонаправленные силы пересекаются по большой площади. На примере стержня, изображенного на рисунке, это означает двустороннее сжатие на участке «А», а на практике корсетолечения это приводит к серьезному затруднению дыхания и, как следствие,  снижению жизненной емкости легких.  Самое главное, что  такая схема нагружения не способна дать  эффект коррекции. Несмотря на теоретическую ясность вопроса, в практике изготовления корсетов можно довольно часто встретить именно такую реализацию.


        Можно показать немало примеров такого исполнения корсетов Шено различными ортезистами, например изображенный на рис. 8 и 9.

 

Корсет Шено и биомеханические особенности коррекции

деформации позвоночника

 

На рис. 10 представлен корсет иного Российского ортезиста. И на фронтальном виде, и на виде  сверху       нетрудно заметить, что пелот активной нагрузки находится на одной горизонтали с опорной областью (в данном корсете нет вклеенного  пелота) реактивной нагрузки.

Напрашивается вопрос: «почему ортезисты допускают такие серьезные ошибки, нивелирующие корригирующие свойства корсета? Неужели не знают элементарного? Или, может быть, какие-то другие условия диктуют такое изготовление  корсета?»

Чтобы разобраться с этим рассмотрим топологию фронтальной  проекции туловища при наличии сколиотической деформации позвоночника ребенка юношеского возраста, рис. 11. 

 

 

 

                                                                  Рис. 10

 

На рисунке 11 изображена часто встречающаяся деформация грудного отдела позвоночника (ГОП) с вершиной на Th6-Th8 и основаниями на Th3 (верхнее) и Th11 (нижнее).

                                        

Для коррекции такой деформации необходимо создать условия для генерации 3-х сил:  на двух основаниях и на  вершине деформации,  рис.11.  Активную нагрузку TA создают вклеиванием пелота в зоне вершинных позвонков, перекрывая площадку шириной 80-100 мм, т.е. примерно позвонки с Th6 по Th8, или чуть больше. В зоне верхнего основания и реактивного усилия TR1 стараются ширину пелота уменьшить, но в любом случае она составляет  не менее 45-60 мм и перекрывает  позвонки в области с Th3 по Th5, так как выше надавить пелотом физически невозможно ввиду конструктивных возможностей корсета. В зоне нижнего основания дуги большинство ортезистов стараются надавить пелотом в область Th12-L2, а часто еще и ниже L2, рис. 11. Последнее сопряжено с тем, что в нижне грудном и поясничном отделе фиксируется дуга противо искривления, на вершину которой стараются воздействовать усилием T'R2.

На рисунке  приведены размеры пелотов и расстояния между их границами с учетом возможной точности изготовления и вклеивания.  Получается, что  область взаимодействия силовых потоков, в районе верхнего основания дуги, может быть либо разделена полосой 10-15 мм, в лучшем случае, либо пересекаться в полосе 20-40 мм, в худшем случае. Но, в обеих ситуациях это не дает возможности для эффективной коррекции. Выходом из положения было бы уменьшение ширины пелота, но, в условиях вклеивания «вслепую», оно резко увеличивает вероятность непопадания усилия в требуемую область дуги позвоночника. Может оказаться, что давление будет оказано таким образом, что вместо коррекции получится обратный эффект – прогрессирование деформации.

 

Замечание. Примерка корсета «УЗОР» происходит в условиях полной «прозрачности» на теле пациента корсета. Потому, ортезисту не представляет труда очень точно назначить трассировку силовых ремней и выбрать степень локализации (площадь опоры) корригирующих усилий будущего корсета. Только благодаря визуальной доступности и возможности сравнения клинической и рентгенологической картины, в процессе примерки, возможна оптимизация локальности и местоположения  силовых элементов в схеме коррекции деформации.

   

 Подобный анализ, для иного расположения дуги, показывает, что рассчитывать на эффект коррекции корсетом Шено можно только для С-образных дуг с вершиной на Th8-Th10.

 

 

 

Особо нужно отметить свойства «окна», вырезанного в гильзе корсета. Это так называемая «зона расширения». Точнее ее нужно бы определить зоной заполнения перемещаемой массы туловища в результате силового воздействия на деформированную область.

Для предотвращения чрезмерного давления на туловища под действием активной силы делается  вырез в стенке, напротив пелота активной нагрузки. Размер и геометрия окна выбираются максимально возможными, при условии сохранения  прочности гильзы после вырезки стенки. К сожалению, нет никаких гарантий, что размер  окна будет достаточным для беспрепятственного перемещения нагруженного участка туловища. Наиболее вероятен эффект торможения перемещаемой зоны. Даже частичное  торможение приведет к серьезным ограничениям дыхательных функций и, возможно, болевым проявлениям. Корригирующие усилия, в этом случае, будут ограничены. 

 

Замечание.  В корсете УЗОР зона расширения является естественной, максимально возможной и гарантирующей беспрепятственное заполнение всей перемещенной массы туловища. рис. 19.

  

 В заключение этой части анализа можно сделать следующий вывод:  конструктивные особенности корсета Шено представляют проблематичным возможность эффективной коррекции кротких дуг – 4…6 позвонков, высоко расположенных дуг и дуг маленьких – до 9-10 летнего возраста, детей. Ожидаемый эффект коррекции  можно прогнозировать только на С-образные дуги пациентов юношеского возраста.

 

Рассмотрим теперь другую, не менее важную, проблему коррекции деформации. Это проблема устойчивости  процесса сжатия и следствия из нее, для коррекции деформации позвоночника. Из практики исследования механических свойств материалов в технике известно, что большую проблему составляет испытание образцов материалов или конструкций на сжатие.  Абсолютное большинство испытаний образцов проводится при растягивающих нагрузках. И для этого есть серьезные причины.

 Дело в том, что процесс сжатия,  тот же, что и при коррекции деформации туловища,  является неустойчивым по физической природе.  Неустойчивость процесса проявляется в том, что кроме эффекта «чистого сжатия», при испытательном нагружении образца, немедленно появляется изгибающий момент в связи с нарушением соосности испытательных сил сжатия по целому ряду причин. Например, проявлением пластической деформации в образце, особенно при циклических знакопеременных нагрузках.

  Именно такой процесс характерен для ребенка в корсете, в связи с экскурсиями грудной клетки при дыхании. Изменяется силовая картина в области давления на туловище и,  даже при условии начальной идеальной установки сжимающих векторов усилий, появляются эксцентриситеты и несоосности сил давления, приводящие к развитию изгибающих и крутящих моментов сил. Подробнее результаты этого эффекта рассмотрены ниже.

Для ясного представления объекта сжатия рассмотрим  сечение туловища в зоне корригрующих усилий. Оно представлено на рис. 12. Авторы рисунка показали один из вариантов того, как выглядит сечение туловища на высоте вершины деформации. Бледным контуром показано нормальное положение ребер в сечении, не деформированного туловища. Несмотря на то, что этот рисунок довольно грубо отражает действительность, он дает общие представления о  том, как искажается геометрия реберного каркаса на стадии зрелого сколиоза. Стоит обратить внимание на то,   что на рисунке умышленно не представлены усилия коррекции деформации. Это просто невозможно сделать на представленном сечении.  Усилия коррекции – активное и реактивные,  прикладываются на разном высотном уровне туловища, рис. 11. В связи с этим, на рис. 13 изображено комбинированное сечение туловища – справа область активной силы в зоне вершины деформации, а слева область реактивного усилия в зоне верхнего основания деформации. Отдельно – пунктирной линией выделена переходная зона, которая имеет изменчивую по высоте геометрию. Переходная зона в данном случае не является предметом нашего интереса, поэтому позволим ей оставаться любой по форме.  

 

Корригирующие усилия (PP') - активное и реактивное, генерируются в области пелотов,

характерных для корсета Шено, а площадки с усилиями Т – это так называемая боковая поддержка, оказывающая сопротивление  развороту гильзы корсета относительно туловища в связи с действием крутящего момента сил. Местоположение этих опор не менее важно и критично, чем местоположение корригирующих усилий. Важно установить, как теоретически происходит процесс коррекции и какие условия необходимо создать для получения практически значимого эффекта.

  Поскольку проводить анализ явления на натурном объекте всегда затруднительно, в силу проявления множества дополнительных факторов, рассмотрим это явление на модели  по рис. 14, максимально приближенной к сечению туловища.  Задача состоит в том, чтобы усилиями FF` изменить форму эллипса,  в направлении  к окружности, подобно представленной на

  рис. 12.   

Для того, чтобы процесс сжатия эллипса оставался непрерывным, нужно чтобы силы FF` , были строго сосны и лежали на нейтральной оси oo`. Малейшее отклонение одной из сил от оси oo`, а тем более смещение от нее,   приведет к появлению крутящего момента, взаимному развороту туловища и системы корригирующих сил, и прекращению (или изменению) планового процесса коррекции.

Такой эффект представлен на рисунке в виде сил Т – Т'. Конечно, это весьма грубое изображение, но понятное по сути. Сила Т может быть разложена на две компоненты – горизонтальную и вертикальную. Пара разнонаправленных вертикальных сил TvT'v создает крутящий момент сил  Мкр., приводящий к смещению системы сил (устройство коррекции) относительно туловища и процесс коррекции становится неопределенным и неуправляемым.  В этих условиях всегда актуальны два главных вопроса – две проблемы:

1. как практически определить требуемые точки давления на деформацию реберного каркаса?

2. как практически организовать требуемый вектор корригирующего усилия, т.е. усилия по величине и направлению?

Эти две проблемы усиливаются еще и тем, что деформация, в условиях постоянных корригирующих нагрузок, постоянно меняется, следовательно точки приложения сил и их направление также должны корректироваться вслед за изменениями деформации. Чтобы коррекция была непрерывной необходимо поддерживать оптимальный уровень корригирующих усилий и управлять позиционированием векторов сил на туловище. Причем, последнее должно учитывать начальные деформационные свойства  области давления и их изменения в процессе меняющейся деформационной картины. Таким образом, изменение положения корригирующих сил должно происходить непрерывно, соответственно изменению деформационной картины области коррекции  деформации.

  Если  коррекция не происходит синхронно с изменениями деформации туловища, то  либо коррекция остановится на первоначальном этапе, либо деформация туловища будет происходить хаотично, включая вариант прогресса существующей деформации.

    В  корсете Шено эффект смещения корсета относительно системы корригирующих сил, всегда имеет место по ряду причин. Вот некоторые из них:

  1. можно  утверждать, что ни один человек не в состоянии так точно «вслепую» вклеить опорные площадки – пелоты, внутри гильзы корсета и так точно задать геометрию поверхности этих площадок, чтобы обеспечить условия устойчивого сжатия, к каким бы технологическим приемам разметки туловища и корпуса корсета не прибегать,
  2. деформативность зоны туловища под площадкой пелота всегда остается неопределенной. Поэтому   неизвестно в какой конкретно точке пелота какое возникнет  усилие по величне и направлению. По этой же причине никакие современные технологии, типа CAD/CAM engineering, направленные на получение максимально точной пластиковой копии поверхностной геометрии туловища, не имеют особого смысла. Актуальная область давления на реберный каркас может сильно не совпадать с внешне максимально выпуклой поверхностью гибуса, так как  огромное значение здесь имеет деформативность всей поверхности реберного каркаса. Определить ее заранее не представляется возможным,
  3. положение вектора корригирующей силы остается неопределенным в связи еще и тем, что оно зависит от положения бортов корсета – от того насколько сильно приближен один борт к другому. Требование начальной затяжки и наращивания корригирующих усилий и их коррекции, в связи с изменением геометрии деформации, является обязательным в технологии коррекции. Практическая реализация этого требования состоит  в том, что  борта корсета сводятся или, наоборот, разводятся, соответственно выбору нагружающего усилия.  Имеет смысл более детально рассмотреть проявление этого фактора для  ясного представления механизмов работы корсета Шено.

 На рис. 15 изображена модель  корсета на виде сверху.  На фрагменте «А» показано условно сечение туловища с силами коррекции F-F`, стрелками в области смыкания бортов корсета показано направление раскрытия и закрытия бортов корсета и условная точка шарнира «С», относительно которой могут перемещаться борта корсета в окружном направлении.

 

На фрагменте рисунка «В» показана половинка сечения корсета, с помощью которой можно проследить  перемещение интересующей точки «k» , как одной из точек пелота, смещающейся при открытии – закрытии бортов корсета. Теоретически эта точка должна принадлежать вектору «нормального» к поверхности туловища, корригирующего  усилия F. В действительности, конечно, максимальное давление пелота на туловище может быть в какой-то иной точке по причинам, отмеченным выше.

  Будем перемещать только половину сечения  фрагмента «А», в осях координат X Y, левая половина не отличается кинемаикой и процессами. Но, для большей информативности к половинному сечению модели гильзы корсета надстроены еще  некоторые отрезки прямых, например «m-n» . Два  отрезка, параллельных оси Y, кроме отрезка (m-n) будут поворачиваться вместе с кривой модели гильзы корсета. Отрезок прямой (oo`) , будет указывать на направление вектора силы F. Нашей задачей будет оценить, существенно ли перемещается точка пелота «k» при реальном перемещении бортов корсета в диапазоне   выбора корригирующей нагрузки на туловище.

    Смещение пятна давления от планового положения обязательно приведет к появлению крутящего момента сил и непредсказуемому  результату силового нагружения туловища. Стоит заметить, что размеры модели приняты соответствующими реальному корсету.

На рис. 16  показаны результаты углового перемещения кривой – борта корсета, соответствующие закрытию его на 4 градуса и раскрытию на 8 градусов. Отмечено несколько положений кривой при угловом смещении с шагом в 2 градуса. Кинематический анализ закрывания – раскрывания борта корсета показал следующее:

А.  при угловом смещении кривой борта в сторону закрывания на 4 градуса - попросту перекрывания бортов корсета на 15 мм, линейное смещение точки пелота «k» по оси Y составило 14 мм, а по оси X15 мм,

В.  при раскрывании корсета на 8 градусов, или раскрытия бортов корсета на 30мм, соответствующие параметры для точки «k» составили 26 мм и 30 мм.

 Следует помнить, что такие манипуляции с бортами корсета являются главным инструментом при настройке усилий коррекции и текущее положение бортов корсета зависит от целого ряда причин: начальная адаптация и привыкание, динамическое увеличение корригирующей нагрузки, изменения текущих антропометрических параметров туловища  сезонные, изменением веса, связанные с болезнями и пр. Практически это означает, что выбор корригирующего усилия путем более или менее плотного застегивания бортов корсета приводит к существенному смещению вектора корригирующего усилия, а следовательно смещению корпуса корсета относительно туловища, появлению нового непланового состояния туловища в корсете и появлению нового  непланового силового состояния туловище – корсет.

Образно, процесс коррекции деформации туловища можно представить как эквилибриста, жонглирующего на твердом шаре. Кроме общих уникальных способностей управлять собственным телом, для поддержания равновесия, он постоянно смещается ногами по шару,   точно позиционируя себя в пространстве так, чтобы гравитацонная ось туловища точно совпадала с вертикалью, проходящей через вершину шара. Без этого, шар просто выкатится из под его ног.

  Положение векторов усилий, создаваемых корсетом, должно отслеживать и непрерывно изменяться  параллельно с изменениями деформационной картины туловища, деротацией, если она реально имеет место, и изменениями величин корригирующих усилий. Для выполнения этих условий корсетом Шено, необходимо, чтобы местоположение и геометрия вклеенных пелотов постоянно менялись в процессе коррекции, чего практически сделать невозможно.

 Хаотичное смещение вектора корригирующего усилия, как по локализации, так и по направлению противоречит требованию точного позиционирования его и направленности, отмеченного выше. Эти особенности кинематики корсета Шено кардинально понижают  вероятность эффективной коррекции сколиотической деформации.   Рассчитывать можно только на случайное совпадение ряда проявлений, способных обеспечить хоть какой-нибудь положительный результат, но вероятность такого проявления невелика.

 

      Несогласные с, выше сделанными,  выводами автоматически  принимают утверждение о том, что корсет Шено – это такое чудесное медицинское устройство, при котором эффективная коррекция деформации гарантируется при любой локализации и направленности  вектора корригирующего усилия. Правда, такое утверждение само по себе кажется патологией.    

 

 Можно, конечно искусственно создать на короткое время видимость коррекции деформации разными ухищрениями, но это уже лежит в русле умышленного обмана или просто непонимания тонких механизмом прикладной биомеханики.  Для наглядности общая картина изображена  на рис. 17.   На нем показан позвоночник в привязке к плоскостям, определяющим  положение в пространстве. Согласно определению сколиоза, как бокового отклонения позвоночника во фронтальной плоскости, плоскость дуги всегда имеет некоторый угол относительно фронтальной плоскости туловища – угол кифозирования/лордозирования  дуги (пусть будет угол «ψ»). Для одной и той же  дуги, угол дуги «α», который можно видеть на регистраторе изображения (рентгенограмме) зависит от угла   ψ. Причем, чем меньше угол ψ, тем больше угол дуги α можно увидеть на фронтальной плоскости для одной и той же дуги и наоборот. Если угол ψ будет равен 90 ̊ , то угол дуги α на фронтальной плоскости будет равен нулю и вместо дуги на рентгенограмме будет видна прямая линия; это состояние чистого кифоза для грудной дуги.

     Изготовители корсета Шено оценивают текущее состояние сколиоза путем рентгенодиагностики пациента в корсете. Корсет затягивается предельной нагрузкой на момент экспозиции. При этом плоскость дуги разворачивается в сторону сагиттальной плоскости туловища, угол ψ увеличивается, а угол дуги α  уменьшается. Уменьшение угла дуги трактуется потенциальным эффектом коррекции деформации на начальном этапе и достигнутой коррекцией на промежуточных этапах.

 Однако поскольку организму в столь зажатом состоянии находится невозможно и нагрузку на туловище приходится снимать немедленно после диагностики, то и естественная деформация вернется в свое начальное состояние.

 

 

Замечание.   В корсете УЗОР реализован принципиально иной способ нагружения туловища. Модель нагружения корсетом УЗОР, по аналогии с уже рассмотренными  случаями, представлена на рис. 18.  Отличительной чертой здесь является нагружение туловища гибким силовым ремнем. Он обеспечивает, во-первых прилегание к поверхности туловища по всей площади под ремнем и, во-вторых,  исключает неопределенность  положения вектора силы в связи с неопределенностью прилегания силовой опоры на поверхности туловища. Кроме того, в силу физических законов наибольшее давление ремень оказывает в области меньшего радиуса кривизны поверхности, т.е. в области наиболее остро выступающей поверхности туловища. На модели это усилие точно совпадает с большей осью эллипса, что показано на эпюре давлений в виде упорядоченных линий. Здесь же можно видеть, что давление на поверхности эллипса не постоянно, а уменьшается  в сторону  меньшей оси эллипса. Это создает эффект боковой поддержки, необходимой для устойчивости процесса сжатия, как уже отмечалось выше. Если все же эллипс (тело) по какой-либо причине, например в связи с особенностями проявления деформативных свойств среды  под силовым ремнем, будет стремиться повернуться в любую сторону, то немедленно возрастет боковое давление  на  выпуклую часть  тела со стороны ремня, которое заставит эллипс вернуться в исходное положение. Происходит эффект постоянного отслеживания нагрузкой зоны наиболее острой поверхности - куда вершина, там и увеличение давления, подобно смещениям эквилибриста на шаре. В результате процесса возрастания-убывания давления, вершина будет позиционирована около исходного положение и   силовая «атака» на деформацию будет непрерывна. Вместе с этим, точка действия вектора максимального усилия и его направление не зависят, в отличие от корсета Шено, от величины нагрузки – вектор усилия всегда направлен по нормали к поверхности.

   Как видно, в корсете УЗОР используются естественные физические законы, выполняющие необходимые и полезные функции.

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

Есть еще ряд принципиальных отличий одного корсета от другого:

- в корсете Шено единственным регулятором корригирующего усилия является застежка бортов корсета. Если же пелоты корсета не оптимально давят на туловище и требуются какие-либо изменения на текущий момент времени, например, откорректировать нагрузку по высоте зоны давления в связи с особенностями взаимодействия пелот-туловище, то сделать это вообще невозможно. Невозможно также увеличить или уменьшить площадь давления или сместить пятно давления. Невозможно постоянно изменять сагиттальный профиль корсета как условие для коррекции грубых кифозов, в том числе коррекции при болезни Шойермана-Мау.

     Жесткая гильза с пелотами – это тупиковая, визуально закрытая  конструкция, не позволяющая никаких регулировок. Подобно старой ламповой электронике, которая выполняла только одну задачу и в узком диапазоне режимов. В отличие от нее, современная программируемая микропроцессорная электроника имеет очень широкие возможности выбора задач и пути их решения.

В корсете УЗОР, прямо противоположно корсету Шено, нагрузки могут регулироваться в широком диапазоне как по величине, так и по локальности воздействия. Нужно только хорошо представлять ортезисту биомеханику коррекции деформации туловища.

  На виде корсета УЗОР, рис.19, показано расположение силовых ремней для одной из силовых схем коррекции правосторонней грудной дуги деформации. Очевидные достоинства корсета УЗОР на фоне корсета Шено состоят в следующем:

- во время примерки корсета положение всех силовых элементов назначаются строго по особенностям туловища и максимально точно, так как реализовано условие абсолютной визуальной доступности к туловищу и планируемым элементам корсета,

 - каждый силовой элемент имеет регулятор коррекции давления на туловище, посредством  изменения длины ремня,

-при необходимости, например в связи с ростом ребенка или изменениям геометрии деформации, силовые ремни могут быть переустановлены по высоте и положению на раме корсета,

- сагиттальный профиль рамы корсета легко корректируется на   силовом стенде лаборатории для решения текущих задач коррекции. Это свойство корсета позволяет эффективно корректировать деформации позвоночника, присущие сагиттальной плоскости, такие как грубые кифозы, кифосколиозы, болезнь Шойермана-Мау и др.,

 - в корсете УЗОР не составляет технических трудностей организация любого типа нагрузки – сосредоточенной или распределенной. Это позволяет добиться высокой избирательности нагружения туловища, что необходимо для коррекции дуг короткого туловища, характерного для маленьких детей, а также для коррекции коротких дуг S-образных деформаций позвоночника. Корсет Шено, с этой  точки зрения, может рассчитывать в основном на С-образные деформации длинных дуг детей ,начиная с 9-10 летнего возраста.

-корсет УЗОР имеет минимальный контакт с туловищем, в связи с чем обеспечивается повышенный бытовой комфорт эксплуатации. Ношение гильзы Шено становится мукой для ребенка, особенно в летнее время, поэтому дети с истерикой массово отказываются от эксплуатации этого корсета,

- то же относится и к отсутствию каких-либо болезненных локальных давлений на туловище, характерных корсету Шено. Ребенок с первых минут пользования корсетом УЗОР не испытывает какого- либо дискомфорта присутствия корсета – это обязательное условие, без выполнения которого,  новый  пациент не выходит  из стен лаборатории,

- и др. Здесь не ставится задача подробно описывать преимущества корсета УЗОР над  крсетом Шено – это прерогатива пользователей, которые оставляют свои отзывы в «книге пациентов».

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В одной из назидательных  басен И.А. Крылова есть замечательные слова, знакомые многим с детства: «.. Беда, коль пироги начнет печи сапожник, А сапоги тачать пирожник:  …».

Профессия врача дает круг знаний исключительно для врачебной практики, несмотря на звания и должности, полученные в жизни. В проблеме сколиоза и его лечения существует огромное количество вопросов, надлежащих исследовать и решать врачам.

Однако, есть немало  досадных примеров того, когда врач, полагая, что полученные звания автоматически  наделяют его способностью устанавливать законы во всех смежных областях знаний, в том числе биомеханике, математике, приборостроении и др. Вот  некоторые из них, касающиеся темы сколиоза:

  1.    Угол дуги по  Cobb - одна из основных оценок величины деформации позвоночника. По сути это  ошибочный параметр,  много лет вводивший в заблуждение тысячи врачей и пациентов и продолжающий это делать в настоящее время. Строго математически угол дуги равен произведению длины дуги на ее кривизну. То есть, при анализе рентгенограммы конкретной дуги позвоночника (конкретной кривизны), угол дуги функционально связан только с выделенной длиной дуги. Ели выделили больше позвонков в дуге, то получили больший угол, если меньше – то меньше и угол. Реальная кривизна дуги существует сама по себе и никак не зависит от прихоти аналитика рентгенограммы.

Кривизна дуги, функционально связанна с радиусом дуги, причем, обратной зависимостью и обладает свойством однозначности. В отличие от нее, в поле любого угла можно построить бесконечное количество дуг разного радиуса  с кривизной от очень высокой до самой малой. Результат измерений дуги по Cobb не дает представления о исинной кривизне дуги. В этом состоит абсурдность угла дуги, как мерила ее искривления.

       2.    Степень сколиоза, определяемая исключительно величиной дуги в градусах, как это установлено, например, классификатором Чаклина. Подобно тому, как невозможно определить степень полноты человека только по его весу, т.е без соотношения веса с ростом человека, нельзя определять степень сколиоза только по величине угла дуги, т.е. без соотношения угла дуги с количеством позвонков (длиной) дуги и другими поправками, например возрастом и пр. Но, к сожалению, требование пользования относительной характеристикой не единственное.

                 Если же деформация позвоночника являет собой не плоскую, а пространственную кривую, характерную для тяжелых состояний сколиоза, то угол охвата фрагмента кривой, это вообще неосмысленный параметр, не несущей какой-либо полезной  информации. Более того, констатация угла фрагмента 55, 60 и выше градусов – это просто самообман. Для пространственной кривой корректно построить угол охвата участка кривой вообще невозможно и геометрически его просто не существует - образующие гипотетического угла не имеют точки пересечения в качестве вершины угла.

             Задача корректной оценки степени сколиоза имеет решения, сильно отличающиеся от классификатора Чаклина и ему подобных.

3.    Корсет Шено. Разработкой такого рода устройств должны заниматься специалисты (биомеханики), имеющие механико-математическое базовое образование. В противном случае получается  концентрат безграмотных, в смысле биомеханики, и несостоятельных конструктивно - технологических решений. Можно, конечно пожалеть автора устройства и, даже попробовать оправдать под лозунгом того, что он незнаком с механикой твердого деформируемого тела, строительной механикой, теорией упругости и пластичности и другими областями необходимых знаний, о которых, возможно, и не слышал даже.  Но, кто отменит проявление, скрытых для несостоятельного  разработчика, законов механики?

 

 

 

 

                                   Зав. орто-технической лабораторией позвоночника   С.А. Шуц,

                                                                                                              PhD,  NASS member