Механическое тестирование функциональных брейсов

Механическое тестирование функциональных брейсов коленного сустава: Сравнительное
исследование индивидуальных (сделанных на заказ) и стандартных функциональных брейсов (в том
числе брейса “BREG FUSION XT”).
E.Paul France, Ph.D.*, Patrick Cawley, D.Sc., OPA, RT**
*MRA Forensic Sciences, 125 West Burton Ave, Salt Lake City, UT 84115
**Vice President Research, BREG, Inc. 2611 Commerce Way, Vista, CA 92081
Введение
В 1991 году в статье Американского журнала спортивной медицины мы (Cawley P. и соавторы) отметили, что
существуют небольшие противоречия в использовании функциональных брейсов при повреждении связочного
аппарата колена. Противоречивые мнения существовали также относительно использования брейсов после
оперативных реконструкций связок коленного сустава.
До 1991 года было проведено большое количество исследований по функциональному и механическому
тестированию различных брейсов. Однако, несмотря на постоянное совершенствование хирургических и
реабилитационных техник, лишь небольшое количество функциональных исследований было проведено после
обзора 1991 года. За это время, произошла cущественная перемена в самой цели назначения брейсов. Сегодня это,
прежде всего, профилактическая, защитная цель. В настоящее время функциональные брейсы широко
используются для обеспечения защиты мягкотканых структур-стабилизаторов коленного сустава спортсменов. При
этом, существует множество субъективных мнений об их эффективности, однако исследований биомеханики
практически нет.
Данное исследование посвящено оценке механической эффективности в предотвращении вальгусного и переднего
смещения голени индивидуальных (сделанных на заказ) и стандартных функциональных брейсов.
Специально для этого исследования была создана механическая модель нижней конечности. Для того, чтобы как
можно точнее воспроизвести физиологические условия, модель несла нагрузку весом тела, была снабжена
пневматическими приводами. Аксиальная нагрузка модели составляла 125 фунтов (56.7 кг). Сгибание в суставе
осуществлялось за счет приводов, моделирующих мускулатуру, которые сохраняли осевые соотношения
нормального коленного сустава. Аналог надколенника использовался для воспроизведения точного действия
четырехглавой мышцы. Размеры модели и сила, развиваемая приводами соответствовали стандартным
антропометрическим данным. Модель была максимально анатомически приближена к коленному суставу человека.
Динамический ответ и стабильность на нагрузку позволяли отслеживать датчики, расположенные на месте
аналогов менисков и основных связок колена: передней и задней крестообразной, медиальной и латеральной
коллатеральной связками. Сенсоры компрессионных нагрузок были установлены на латеральном и медиальном
участках тибиального плато.
Мягкие ткани были сформированы из эластичного полиуретана и латекса, повторяющие среднестатистические
антропометрические особенности.
Применялась широкая выборка индивидуальных (сделанных на заказ) и стандартных брейсов (сделанный на
заказ/стандартный брейс):
Innovation Sports C.Ti.2/Innovation Sports Aspire
Omni Rage/Innovation Sports Edge
Townsend Premier/Generation II Paradigm
Lenox Hill (Seattle Systems)/Lenox Hill CrossTrainer (Seattle Systems)
Generation II 3DX/ Bledsoe Ultimate
EBI® Alliance™/Townsend Rebel
DonJoy Defiance™/DonJoy 4titude™
BREG X2K/DonJoy Armor, Bledsoe Ultimate/BREG X2K
BREG FUSION™ XT (OTS)/BREG FUSION XT
При этом, сделанные на заказ брейсы подгонялись непосредственно на модели, при подборке стандартных брейсов
использовались рекомендации производителей.
Кабели от каждого аналога структур сустава были присоединены к сенсорном анализаторам сил нагрузки и
компрессии (MLP-150, LBO-500, Transducer Techniques, Temecula, CA). Переднее и заднее смещение
большеберцовой кости измерялось при помощи линейной датчика смещения LVDT (LD-600- 50, Omega Engineering,
Stamford, CN). Вальгусное смещение колена и стопы исследовалось с применением ротационного датчика (RVDT LXPA-25, Unimeasure, OR). Выходные данные каждого сигнала обрабатывались с помощью программы Midi GL-400
(Western Graphtec, Irvine, CA) на компьютере.
В первую очередь тестировалось состояние без брейса. Затем надевался брейс. Для переднего и вальгусного
смещения голени была выбрана нагрузка в 80 фунтов (36.3 кг). Переднее смещение голени тестировалось на
колене, согнутом под углом 20°.
При тестировании вальгусного смещения нагрузка была направлена на наружную поверхность при полном
разгибании колена, при этом стопа была фиксирована (моделирование удара другим спортсменом в реальных
условиях). Для того, чтобы воспроизвести "бесконтактный” механизм повреждения с фиксированной стопой,
нагрузка была локализована также на внутреннюю поверхность стопы. Необходимо заметить, что никакой осевой
ротации не использовалось. Все данные были статистически проанализированы.
Результаты
При тестировании всех типов брейсов, сделанных на заказ, было установлено значительное снижение вальгусного
смещения в колене по сравнению с моделью без брейса. Результаты для стандартных брейсов были более
вариабельны. Суммарное уменьшение вальгусного смещения было значимо меньше в этой категории, хотя и
статистически отличалось от моделей без брейса. При этом, два типа стандартных брейсов были существенно
лучше – Armor и FUSION XT. Мы связываем это прежде всего с свойствами материала, из которого сделаны эти
брейсы. Результаты следующего этапа исследования вальгусного смещения голени при нагрузке на стопу были
менее отчетливыми. В то время как различие между наличием брейса и его отсутствием было менее очевидно,
отмечено, что сделанные на заказ брейсы значительно снижали вальгусное смещение по сравнению с моделью без
брейса.
Данные по переднему смещению голени показали, что оба типа брейсов (сделанные на заказ и стандартные)
существенно уменьшали переднее смещение голени по сравнению с моделью без брейса. Интересно, что при
сравнении суммарных результатов, оказалось, что стандартные брейсы оказывали чуть большее сопротивление
переднему смещению голени, что может свидетельствовать о преимуществе скорее дизайна, чем свойств
материала этих брейсов при данной нагрузке.
Дискуссия
Как нами было отмечено в введении, наряду с эволюцией хирургических и реабилитационных технологий, роль
функциональных брейсов коленного сустава существенно изменилась за последние два десятилетия. Для
консервативного ведения повреждений мягких тканей колена функциональные брейсы продолжают обеспечивать
механическую стабильность коленного сустава, позволяя травмированным тканям восстановиться.
После хирургических реконструкций связок колена, функциональные брейсы преимущественно используются для
защиты, создания условий для ремоделирования и восстановления мягких тканей. Среди хирургов, проводящих
оперативные вмешательства на коленных суставах, существуют парадоксальные мнения о том, что
реконструктивные процедуры достигли уже того уровня, когда не требуется протекция после операции.
Повышается частота использования функциональных брейсов в чисто профилактических целях неповрежденных
коленных суставов, например, у футболистов. В то время, как существует множество субъективных выводов о
пользе такого применения для уменьшения количества и предотвращения тяжести травм, имеется немного
современных научных исследований, подтверждающих это.
При профилактическом применении первоначальная роль брейса заключается в предотвращении или уменьшении
вальгусного сдвига или ротации коленного сустава, в котором передняя крестообразная связка (или ее
трансплантат) вклиниваются под латеральный мыщелок бедренной кости, что приводит к разрыву или растяжению
связки.
Данные, представленные в нашей работе показывают, что все исследованные брейсы обеспечивают существенное
и, в некоторых случаях очень значительное уменьшение вальгусного сдвига при нагрузке, направленной на колено.
Менее выраженное, но статистически значимое позитивное влияние отмечено при так называемом “бесконтактном”
механизме повреждения.
При тестировании переднего смещения голени все брейсы в данном исследовании продемонстрировали
значительное уменьшение данного смещения по сравнению с ситуацией без брейса. Интерпретация полученных
данных возможна с некоей долей осторожности, поскольку механическая модель неполностью учитывает
нормальные двигательные ответы спортсмена и дублирует поверхность- брейс/конечность. Однако, эти
исследования позволяют сделать вывод, что большинство брейсов увеличивают механическую стабильность колена
и при вальгусном стрессе и при переднем смещении голени in vivo (в реальных спортивных условиях).
Этот результат может быть вариабельным и основан не только на дизайне и свойствах материала индивидуальных
брейсов, но также на сочетании всех структур нижней конечности и брейса. Увеличение механической
стабильности может влиять на предотвращение и уменьшение тяжести повреждений, происходящих из-за
вальгусной нагрузки на колено или переднего смещения голени. Данное увеличение механической прочности
способно также обеспечивать защиту для ремоделирования (восстановления) мягких тканей реконструированного
колена.
В данном исследовании не была проведена оценка субъективных особенностей применения функциональных
брейсов коленного сустава - таких факторов, как комфорт, удобство, смещение во время нагрузки и
результативность спортивной активности. Эти особенности будут оценены в последующих исследованиях.