Не завершённый перевод статьи из Биомеханики

Fatemeh Rasouli, Kyle B. Reed, "Journal of biomechanics" 98 (две тысячи двадцатый год)


От переводчика
1. Готовлю перевод всей статьи, по мере ощутимого прогресса данный документ будет обновляться. В окончательной версии документа будет блок примечаний.
2. На качество перевода негативно повлияли два фактора. Первый: с английским у меня плохо ("Как пианистка я не очень"), со спецтерминологией, и тем более неоднозначными аббревиатурами - ещё хуже (если то что касается непосредственно клюшек, я ещё худо/бедно понимаю, то "силы реакции земли" и BW (вес тела, как выяснилось из контекста) приводят меня (а иногда и переводчик "гугля") в замешательство). Второе: английский - язык приказов, и в самих предложениях у каждой части речи тут своё неизменное место ("Ай вилл врайт зе май хомворк афтернун", "Вилл ай врайт зе май хомворк?"), поэтому дословный перевод долгого повествования напоминает сочинение дошкольника с ограниченным словарным запасом. Когда же "британцы" пытаются в синонимы, становится ещё хуже: вот кто бы знал, что "экстримитес" - это конечности, а не, извините, экстримисты, и "лимбс" - они же. Усугубляет общее однообразие текста постоянное повторение авторами при появлении малейшего повода одного и того же тезиса, который они прямо выжигают на коре читателя: "Большинство предшественников узко смотрело на изучение темы". Лично у меня этот подход вызвал обратную от ожидаемой авторами компиляции реакцию (об этом - в следующем пункте). Временами я, устав от однообразия, вносил некую художественность,граничащую с отсебятиной, но это, как вы понимаете, недопустимо в случае перевода серьёзного научного текста. Одним словом, на качество перевода прошу не серчать. Если статья имеет для Вас значение, скачайте оригинальный PDF-документ, хотя бы для того, чтобы посмотреть иллюстрации (одна из них приложена к этой статье, а внутри неё (RARJPEG) есть ещё рисунки).

2. Признаться, я слегка разочарован статьёй, потому что она не привносит ничего нового, а лишь как воду в ступе толчёт вершки от чужих многочисленных исследований. Типичный современный "курсач": рекомпиляция имеющейся информации с целью порождения новой информации, чтение которой напоминает пережёвывание ранее жёванной жевательной резинки; при этом цели работы заоблачные: задать учёным и конструкторам направление изысканий, определить походки-панацеи, создать чудо-костыль (одним словом, залезть всем на головы и назначить правила). Сделал я опосредованный вывод и о качестве рассмотренных исследований: начавшись с серьёзных фундаментальных изысканий, они пришли к конвейерным акциям с участием обвешанных сенсорами пациентов. Скажу так: человек - слишком сложное существо, чтобы подгонять даже одну только его физическую активность в какие-то чётко оформленные рамки. Один и тот же человек на одних и тех же костылях будет показывать различные результаты в зависимости от того, как он поспал, как он поел, какое у него настроение, как долго он не ходил, как долго он живёт... Кое-что зависит от характера. Если мне скажут "Вот это - правильно, поэтому ты должен ходить так", то я продолжу ходить по-своему. Результат у "породителей информации" (бездарей) всегда един: увеличение нагрузки на кошелёк потребителя, что выгодно бизнесу, а раз выгодно бизнесу, то и задавать официальное направление будут именно "породители информации" (при том что воспитать талант гораздо труднее). Простой пример из программирования: вместо того чтобы "с нуля" писать движок игры, сочинять сценарий и моделировать объекты, всегда можно купить движок, сценарий основать на модных шаблонах, а графику с моделями купить на фрилансе. Итог: прожорливая "вавилонская башня", вылепленная из разнородных, подчас плохо подогнанных кусков, но быстрая в изготовлении и "премиальная" по стоимости. Плохая оптимизация - повод купить новый компьютер, и не беда, а общая поганость игры - это прибыльная возможность публично покринжевать. Вот только кринжевать на костылях не всем и не всегда охота. Последний раз что-то толковое в данной сфере было изобретено в сороковом году двадцатого века, если не считать толковой разработкой "iWalk", который, вероятнее всего, убивает нервы голени наповал и подходит далеко не всем.
3. Данная статья разрушила распространённые заблуждения: во-первых, костыли, которые мы привыкли называть "канадками", "канадками" не являются, а "канадкой" называется костыль, который Томас Феттерман называет "Кенни" (инструкция по изготовлению у меня в ссылках); во-вторых, Томас Феттерман не является изобретателем костыля с опорой под локоть (того, который "не-канадка"), и даже Андерс Лофстранд не является им, потому как согласно приложенной линии времени костыль с опорой под локоть в тысяча девятьсот сороковом году описал Филипп Кедерстром (панет США номер два миллиона сто девяносто две тысячи семьсот шестьдесят шесть от пятого марта тысяча девятьсот сорокового года).
4. Искал я иллюстрации по теме. Изображения египтянина на клюшках не видел, фотографий американских солдат-калек времён Гражданской войны тоже, равно как и костылей Шлика и Борувка. В электронном каталоге Музея истории Америки нашёл клюшки генерала Джона Мосби, воевавшего за Юг, воевавшего за сохранение института рабства, и по их эргономике понятно, что изготовивший их раб Ассак симпатизировал Северу (кому интересно, в каталоге музея экспонат проходит под номером 11971).


Ссылка на оригинал:

  Костыли являются самым распространённым средством реабилитации. Физическая активность при их использовании выше, чем у других средств реабилитации, что положительно сказывается на здоровье пациента при длительном восстановлении. Последние разработки позволили увеличить их эффективность, однако по-прежнему человек на костылях передвигается медленнее здорового и тратит на это больше сил, а также страдает от перегрузок и часто натирает кожу. Требуется продолжение борьбы с данными недостатками, для чего пользователи костылей сегодня должны понимать ограничения, различия между походками на костылях, включая биомеханические аспекты, как конструкция костыля взаимодействует с телом человека. Важно, что исследование работ и различных конструкторских решений множит способы оценки производительности людей с ограниченными возможностями для определения наилучших способов использования костылей. Большинство существующих работ по теме ограничивается анализом множества количественных переменных, однако в целом сравнивать напрямую преимущества той или иной конструкции или модификации невозможно. Важным фактором в данном исследовании является также человек - пользователь костылей; любой тип костылей обладает особенностями, более пригодными для того или иного состояния здоровья, физического развития и типа походки. Также должны учитываться возможные боль и травмы при перегрузках для пациентов с длительным временем реабилитации.
  Данная работа затевалась также для поиска предыдущих исследований и соответствующих патентов по теме конструкций костылей и их использования. Рассмотренные по темам обзора документы включают: параметры эффективности костылей при той или иной походке, типы походок с использованием костылей, повышение эффективности ходьбы через изменение конструкции костыля, а также определение важнейших моментов при изучении походок. Данный обзор даёт представление о свойствах имеющихся видов костылей и указывает авторам будущих работ, как им следует комплексно оценивать изменения конструкций. Данный документ рассматривает различные типы походок на костылях, пациентов, компоненты и размеры костылей, успехи конструкторов.

1. Введение
  Каждый день по причине ослабленности одной или обеих ног для своего перемещения костылями пользуется множество человек. В США таковых порядка шести миллионов, в Европе три целых четыре десятых процента мужчин и четыре целых два десятых процента женщин имеют проблемы с опорно-двигательным аппаратом, около двух целых восьми десятых миллиона человек в Канаде испытывают трудности с перемещением. Проблемы с мобильностью среди всех случаев нетрудоспособности составляют двадцать процентов в Европе (Евростат, две тысячи одиннадцатый год) и тридцать девять процентов в Канаде (Моррис и другие, две тысячи семнадцатый год). Рост количества людей, вынужденных для своего перемещения пользоваться средствами реабилитации, превышает общий рост населения (Рассел и другие, тысяча девятьсот девяносто четвёртый год; Kaye и другие, двухтысячный год). Однако это лишь приблизительные числа, не учитывающие людей с частичной потерей свободы перемещения, использующих костыли, инвалидные кресла, скутеры или протезы нижних частей ног (Дрибен, две тысячи шестой год). Если использующий костыли человек хочет заменить их на инвалидное кресло, он должен помнить о том, что костыли позволяют сохранить вертикальное положение тела, оставаться активным и незавизимым, и всё это имеет огромное значение в условиях длительной реабилитации (Deaver, тысяча девятьсот тридцать третий год; Haubert и другие, две тысячи шестой год).
  Несмотря на многочисленные преимущества использования костылей, исследования показали, что они замедляют походку (Макбет и другие, тысяча девятьсот семьдесят четвёртый год; Санкаранкатти и другие, тысяча девятьсот семьдесят девятый год), расходуют больше сил (Макбет и другие, тысяча девятьсот семьдесят четвёртый год), повышают нагрузку на сердце (Санкаранкатти и другие, тысяча девятьсот семьдесят девятый год). Они также нарушают естественную работу суставов (Shoup и другие, тысяча девятьсот семьдесят четвёртый год), меняют давление на подошву стопы (Ли и другие, две тысячи одиннадцатый год) и силы, действующие на тело по вертикали и горизонтали (Стеллард и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год). Несмотря на немалое количество существующих усовершенствований костылей, необходимо дальнейшее их развитие.
  Данный обзор обобщает проведённые в течение двадцатого века исследования в области костылей и историю развития их конструкции и указывает направление дальнейшего изучения. Во втором пункте рассмотрены типы походок на костылях, базовое устройство костылей и их пользователей. В третьем пункте подробно рассмотрены числовые характеристики костылей, такие как силы, энергетические затраты и переменные походки. В четвёртом пункте разбираются маргинальные типы костылей.


2. Основные сведения о костылях

2.1. Типы походок с использованием костылей
  Позволяя ходить людям с ослабленным организмом, костыли всех типов значительно меняют естественную походку (Shoup и другие, тысяча девятьсот семьдесят четвёртый год). Шмидт и Момменс (тысяча девятьсот восьмидесятый год) утверждают, что скорость естественной ходьбы превышает скорость ходьбы с использованием любого вспомогательного средства реабилитации. На рисунке номер один показаны основные различия между естественной походкой и ходьбой маховым шагом с использованием костылей. Тогда как при естественной походке плечи в любой момент времени расположены на одной и той же высоте, а верхняя часть тела сохраняет строго вертикальное положение, при движении на костылях угол её наклона и высота расположения плеч постоянно меняются. Другим отличием является то, что руки при естественной ходьбе могут оставаться в покое, но вынуждены следовать за костылями при их использовании. Наклоны торса и колебания верхних конечностей изменяют естественный диапазон движений суставов и формируемые ими углы.
  Существуют различные способы применения костылей при перемещении, зависящие от типа травмы или недомогания пациента. Структуры походок на костылях зависят от длительности опоры на костыли и ноги, количества точек опоры и последовательности действий. Распространённая классификация походок с использованием средств реабилитации (Шмидт и Момменс, тысяча девятьсот восьмидесятый год) приведена на рисунке номер два. Трости рассматриваются для сравнения и полноты работы.
  На основании классификации Шмидта и Момменса (тысяча девятьсот восьмидесятый год), структура походки графически описывается точками опоры (следами). Количество точек опоры - это количество контактирующих с поверхностью земли в рамках одного полного цикла шага ног и средств реабилитации, которые попеременно устанавливаются на поверхность земли и отрываются от неё. В зависимости от типа средства реабилитации минимальной по количеству точек опор является двухопорная походка, максимальной - пятиопорная. Два других типа походки - приставной шаг и маховый шаг - означают, что движение нижней части тела прекращается возле опоры средства реабилитации или продолжается проходом через средство реабилитации насквозь. Не все известные типы походок могут быть совместимы с тем или иным средством реабилитации. На рисунке номер два рядом с типами походок нарисованы значки, обозначающие средства реабилитации, совместимые с данными походками. Например, трёхопорная походка может быть воспроизведена только при помощи костылей. Параметр "задержка" означает, что нога устанавливается только после установки опоры на средство реабилитации, что обычно приводит к увеличению длины шага и времени его осуществления (Шмидт и Момменс, тысяча девятьсот восьмидесятый год). Параметр "последовательность" означает, что только одно средство реабилитации переставляется в тот или иной момент времени. С изменением количества точек опоры в походке с использованием вспомогательных средств меняется как её структура, так и характеристики вроде времени завершения цикла, времени производства шага, длины шага, double-stance time и ускорения (Шмидт и Момменс, тысяча девятьсот восьмидесятый год). На рисунке номер три показаны примеры нормальной походки здорового человека, двухопорной и четырёхопорной походок. Траектория центра давления (ЦД) существенно отличается между четырёхопорной походкой на костылях и нормальной, и в целом принципы четырёхопорной походки противоестественны, тогда как двухопорная имеет некоторые сходства с нормальной походкой (Ли и другие, две тысячи одиннадцатый год).
  Под понятием ограниченной весовой нагрузки (ОВН) понимается необходимость распределения нагрузки от веса тела между костылями и травмированной ногой; данное ограничение указывается в процентах. Например, ограничение весовой нагрузки в десять процентов означает, что лишь десять процентов веса тела может быть передано на травмированную ногу, тогда как остальной вес поддерживается костылями и здоровой ногой. При полном запрете нагружать больную ногу и применении маховой походки на костылях для опоры используется только здоровая нога, тогда как больная не касается поверхности (секция "А" четвёртого рисунка), тогда как при разрешении частичной нагрузки и маховой походке на костылях (секция "Б" четвёртого рисунка) в перемещении участвуют обе ноги (Шмидт и Момменс, тысяча девятьсот восьмидесятый год). Определение ограничения весовой нагрузки и выбор наиболее подходящей походки зависят от уровня физического развития нижних конечностей пациента и состояния травмированной ноги. Однако, применение трёхопорной походки на костылях (секция "В" четвёртого рисунка) подразумевает три точки опоры на поверхность одновременно, что позволяет дозировать нагрузку. Наблюдения за пациентами с ограничениями весовой нагрузки в десять процентов, пятьдесят процентов и девяносто процентов показали, что наиболее точно соблюдается ограничение в пятьдесят процентов.
  Исследованием Макбета и коллектива авторов тысяча девятьсот семьдесят четвёртого года, в котором сравнивались двухопорная, трёхопорная и маховая походки на костылях с опорой подмышку и костылях с опорой под локоть, определено, что по энергозатратности трёхопорная походка с полным запретом нагружать больную ногу ближе всего к маховой походке, тогда как трёхопорная походка с частичным ограничением весовой нагрузки - к двухопорной походке на костылях или походке с использованием трости. Энергозатратность (расход кислорода в минуту) и эффективность (расход кислорода на метр) у трёхопорной походки с полным запретом нагружать больную ногу и маховой походки выше, чем у трёхопорной походки с частичным ограничением весовой нагрузки и двухопорной походки на костылях.

2.2. Основные конструкции костылей и их деталей
  На схеме номер пять показаны основные события развития конструкции костылей в двадцатом веке. Все виды костылей принято делить на две категории: с опорой на подмышки и без опоры на подмышки (Лоуманн и Раск, тысяча девятьсот шестьдесят первый год; Американская академия ортопедической хирургии, тысяча девятьсот восемьдесят пятый год). Самыми распространёнными типами являются костыли с опорой под локоть и костыли с опорой подмышки. Особые типы будут рассмотрены в четвёртом пункте.
  Об использовании костылей с опорой подмышку известно по крайней мере со времён господства Древней Греции в Древнем Египте (Loebl и Нунн, тысяча девятьсот девяносто седьмой год). Все эти костыли имеют подмышечную перекладину и дополнительные стойки, число которых у них превышает таковое у прочих типов (Американская академия ортопедической хирургии, тысяча девятьсот восемьдесят пятый год). Вес тела при использовании таких костылей сосредоточен в основном на ручках, тогда как подмышечные перекладины используются для стабилизации. Один из первых патентов на такой костыль зарегистрирован в тысяча девятьсот восьмом году (Харгров, тысяча девятьсот восьмой год) и описывает костыль с опорой подмышки, включающий ручку, подмышечную перекладину и телескопическую систему регулировки высоты.
  Типы костылей с отсутствующей опорой подмышки представлены разнообразными формами и конструкторскими решениями. Широкую известность имеет костыль с опорой под локоть, в котором подмышечная перекладина заменена охватывающей локоть манжетой, что позволяет исключить нагрузку на подмышки (Торссен, тысяча девятьсот сороковой год). Такие костыли подходят пациентам с ослабленными мышцами бедра, отвечающими за сжатие и растяжение. Кроме того, скорость передвижения на них может быть выше, чем при использовании костылей с опорой подмышки (Американская академия ортопедической хирургии, тысяча девятьсот восемьдесят пятый год).
  Костыль Андерса Лофстранда, описанный в тысяча девятьсот сорок восьмом году (Лофстранд, тысяча девятьсот сорок восьмой и тысяча девятьсот пятьдесят пятый годы), включает рукоятку, присоединённую к стойке, а также расположенную под углом к стойке манжету для локтя, в которой рука может свободно двигаться. На основе костыля Лофстранда созданы различные запатентованные модификации (Барри и Кристи, тысяча девятьсот пятидесятый год; Эббот, тысяча девятьсот пятьдесят седьмой год).
  Другим распространённым типом, не имеющим опоры на подмышку, является "канадский костыль", объединивший в своей конструкции решения костыля с опорой подмышку и костыля с опорой под локоть (Стеллард и Роуз, тысяча девятьсот семьдесят восьмой год; Санкаранкатти и другие, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Dounis и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год), причём от первого прототипа он отличается отсутствием давления на подмышки, а от второго - большей стабильностью. "Канадка" имеет две манжеты: одну в области предплечья и вторую чуть выше локтевого сустава. Данные манжеты могут иметь различную ширину: узкие манжеты позволяют рукам двигаться более свободно, тогда как широкие облегчают передвижение пациентам с ослабленными трёхглавыми мышцами (Лоуманн и Раск, тысяча девятьсот шестьдесят первый год).

2.3. Пользователи костылей и подопытные
  Костыли являются важнейшим средством реабилитации для широкого спектра проблем со здоровьем, включая частичный паралич, травму спинного мозга, рассеянный склероз и так далее. Выбор наиболее подходящего средства реабилитации для каждой категории требует оценки на основании симптомов, ограничений и физических возможностей пациента.
  Между тем, большинство задействованных в исследованиях подопытных отличаются относительно неплохим состоянием здоровья, и их показатели при применении средств реабилитации близки к показателям здорового человека, перемещающегося естественным путём.
  Чрезмерно здоровые подопытные не могут передать всех особенностей походки на костылях, присущих людям с настоящими ограничениями, из-за их способности лучше отталкиваться, диапазона движений туловища и полного задействования голеней и коленей (Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Noreau и другие, тысяча девятьсот девяносто пятый год).
  Пациенты с параличом нижних конечностей испытывают острый недостаток движущей силы, что вносит коррективы в их перемещение на костылях (Noreau и другие, тысяча девятьсот девяносто пятый год). При ужесточении ограничения возможности задействовать ноги здоровые подопытные начинают устанавливать костыли ещё дальше от себя, что приводит к переходу от маховой походки к приставному шагу (Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год). Сравнение маховой походки у пациентов с параличом нижних конечностей и у здоровых подопытных показало увеличенное время опоры на костыли в соответствующей фазе шага среди группы пациентов с параличом нижних конечностей, обусловленное медленной реакцией бёдер и повышенной нагрузкой на верхнюю часть тела. Укорочение длины шага также требует перехода от маховой походки к приставной в группе пациентов с параличом нижних конечностей (Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Noreau и другие, тысяча девятьсот девяносто пятый год).
  Исследование, охватившее взрослых пациентов с травмой спинного мозга, использовавших костыли с опорой под локоть, выявило значительные различия между маховой и двухопорной походками в усилиях, возникающих в верхней, средней и нижней частях тела, а также общие траектории плечевого пояса (Перез-Ризо и другие, две тысячи семнадцатый год). Результаты ходьбы с применением средств реабилитации между пациентами с разными категориями заболеваний не должны рассматриваться как взаимозаменяющие исследования, так как пациенты с рассеянным склерозом и травмой спинного мозга обладают различными двигательными возможностями при использовании средств реабилитации (Souza и другие, две тысячи десятый год). Работы, рассматривавшие пациентов с лёгкими формами травм спинного мозга, показывают, что для обеспечения лучшей устойчивости они вынуждены значительно уменьшать длину шага и скорость перемещения (Мелис и другие, тысяча девятьсот девяносто девятый год; Saensook и другие, две тысячи четырнадцатый год). Следовательно, очень важно уметь определять наиболее подходящиее средство реабилитации индивидуально для каждого пациента.
  Точное воспроизведение походок при перемещении на костылях бывает непростой задачей для новичков. Тридцать четыре процента пациентов, участвовавших в проведённом Гохом и коллективом авторов в тысяча девятьсот восемьдесят шестом году исследовании, перегружали подмышки вследствие неправильного использования костылей с опорой на подмышки. Нынешние виды костылей с опорой под локоть могут вызывать гематомы и боль в области локтевой кости (Фишер и другие, две тысячи четырнадцатый год). Неправильный подбор высоты костылей вызывает боль в мышцах плеча и предплечья, что в конечном итоге может привести к травмированию нервов с долгосрочными последствиями.


3. Освоение костыля: устройство и размеры
  Освоение ходьбы на костылях требует понимания движений человека при перемещении и того, как костыль взаимодействует с человеком. Следовательно, существует два основных направления исследований, применяемых при сравнении и анализе походок с использованием костылей. Первое исследует характеристики производительности человека, которые физически или физиологически связаны с процессом перемещения человека на костылях. Эти показатели включают в себя потребление кислорода (Гош и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год; Thys и другие, тысяча девятьсот девяносто шестой год), расход энергии (Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Санкаранкатти и другие, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Гош и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год; Thys и другие, тысяча девятьсот девяносто шестой год), пиковую частоту сердцебиения (Санкаранкатти и другие, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Гош и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год), предельную нагрузку на верхние конечности (Вилсон и Гилберт, тысяча девятьсот восемьдесят второй год; Гох и другие, тысяча девятьсот восемьдесят шестой год; Мелис и другие, тысяча девятьсот девяносто девятый год; Requejo и другие, две тысячи пятый год) и другие. Данное направление занимается также изучением долгосрочных последствий, вызываемых неправильным использованием костылей, с особым вниманием к верхним конечностям, для которых измеряется давление на подмышки, предплечья и кисти (Гох и другие, тысяча девятьсот восемьдесят шестой год; Сэла и другие, тысяча девятьсот девяносто восьмой год; Requejo и другие, две тысячи пятый год; Гинаннесчи и другие, две тысячи девятый год; Фишер и другие, две тысячи четырнадцатый год).
  Второе направление рассматривает динамические аспекты ходьбы на костылях, включая измерение двигательных характеристик. Сюда входят скорость (Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Гош и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год; Thys и другие, тысяча девятьсот девяносто шестой год), собственно перемещение (Shoup и другие, тысяча девятьсот семьдесят четвёртый год; Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Noreau и другие, тысяча девятьсот девяносто пятый год) и ускорение в трёхмерном пространстве (Tsuda и другие, две тысячи четырнадцатый год; Dlugosz и другие, две тысячи семнадцатый год), взаимодействие с поверхностью (Стеллард и Роуз, тысяча девятьсот семьдесят восьмой год; Стеллард и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год; Вилсон и Гилберт, тысяча девятьсот восемьдесят второй год; Ли и другие, две тысячи первый год), фазы шага (Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Шмидт и Момменс, тысяча девятьсот восьмидесятый год; Гох и другие, тысяча девятьсот восемьдесят шестой год; Noreau и другие, тысяча девятьсот девяносто пятый год; Ли и другие, две тысячи одиннадйатый год), возникающие в суставах углы (Shoup и другие, тысяча девятьсот семьдесят четвёртый год; Мелис и другие, тысяча девятьсот девяносто девятый год; Ли и другие, две тысячи первый год) и тому подобное.
  Между двумя этими направлениями существует тесная связь, поэтому для наилучшего понимания действия костыля они должны изучаться вместе. В таблице номер один приведён список всех параметров из обоих направлений с учётом порядка их описания в соответствующей литературе. Обратите внимание, как много включённых в эту таблицу работ ограничиваются сравнением параметров и сфокусированы преимущественно только на одном направлении. Например, исследования, рассматривающие возникающие при ходьбе углы, не затрагивают вопроса расхода энергии. Большинство сфокусированных на параметрах походки исследований не содержит сведений о возникающих в суставах углах и углах наклона костылей. а имеющие сведения об углах работы обычно не рассматривают параметров походки. Тем не менее, для уверенного применения костылей необходимо знать, как характеристики обоих направлений влияют на процесс.

3.1. Силы и их измерение
  Использование костылей приводит к значительному изменению действующих на тело сил. Тогда как при естественной ходьбе нагрузке подвергаются только ноги, при ходьбе на костылях они распространяются также на верхние конечности, в особенности на руки и подмышки в случае применения костылей с опорой подмышки и на руки с предплечьями в случае применения костылей с опорой под локоть, как показано на шестом рисунке. В фазе отрыва ног от земли и переноса тела вперёд через костыли на верхние конечности передаются воздействующие на тело со стороны поверхности силы, то есть вес тела полностью передаётся рукам.
  Возникающие на рукоятке костыля, в подмышке и/или предплечье силы могут измеряться прямым путём (Tsuda и другие, две тысячи десятый год; Варото и другие, две тысячи четырнадцатый год; Сардини и другие, две тысячи четырнадцатый год; Фишер и другие, две тысячи четырнадцатый год; Ланчини и другие, две тысячи шестнадцатый год; Мекки и другие, две тысячи семнадцатый год; Сейлан и Саранли, две тысячи восемнадцатый год; Чен и другие, две тысячи восемнадцатый год; Сезар и другие, две тысячи девятнадцатый год) либо, как показано на шестом рисунке, вычисляться математически на основании относящихся к силам реакции поверхности формул и углов наклона костылей (Вилсон и Гилберт, тысяча девятьсот восемьдесят второй год). При прямом измерении используют как правило системы захвата движений, чувствительные к давлению коврики и/или нательные сенсоры. Нательные сенсоры наиболее доступны и могут использоваться вне лабораторий (Ланчини, две тысячи восемнадцатый год). Костыль оснащается сенсорами, вычисляющими силы реакции поверхности, замеряющими ускорение и наклон, поскольку костыль испытывает боковые нагрузки. Исследователи создали достаточно точные алгоритмы определения углов наклона наконечников костылей (Сезар и другие, две тысячи девятнадцатый год). Для анализа и корректировки полученных замеров используются обучаемые системы (Чен и другие, две тысччи восемнадцатый год). <При помощи квадратной сетки и с применением чувствительных к силовому воздействию резисторов, способных вычислять силы реакции поверхности и углы, был создан дешёвый костыль с опорой под локоть (Сейлан и Саранли, две тысячи восемнадцатый год).> Беспроводная передача данных важна для специально оснащённых средств реабилитации, используемых при исследованиях (Сардини и другие, две тысячи четырнадцатый год; Мекки и другие, две тысячи семнадцатый год). В две тысячи семнадцатом году Мекки со своей командой сконструировал особую беспроводную трость, способную анализировать параметры походки пациентов с болезнью Паркинсона и предупреждать их в случае появления отклонений. В рамках другой работы на десяти здоровых подопытных был испытан оснащённый анализаторами костыль, с высокой точностью определявший углы своего наклона и угловую скорость (Tsuda и другие, две тысячи десятый год).
  <В тысяча девятьсот восемьдесят втором году Вилсон и Гилберт установили, что воздействие на подмышки около семи с половиной процентов веса тела является нормальным в сагиттальной плоскости при маховой походке. Ими же обнаружено, что в среднем около одной целой восьми десятых веса тела передаётся на руки через ручки костылей.> Согласно другой работе, от ста одиннадцати до ста двадцати процентов веса тела воздействует на верхние конечности в процессе ходьбы и бега на костыле Лофстранда (Татар и другие, две тысячи восемнадцатый год). <В тысяча девятьсот восемьдесят шестом году Гох вместе с соавторами определил, что сила, действующая на руки, проявляется как сжатие при неправильном применении костылей и как растяжение - при правильном.> Измерение переносимого на предплечье при использовании костыля с опорой под локоть давления показало, что наивысшим и средним оно было в средней и локтевой частях, а увеличение нагрузки на костыль приводило к смещению <COP> с середины в область локтя (Фишер и другие, две тысячи четырнадцатый год).
  Исследователи обнаружили взаимосвязь между движениями, силой и инерцией верхних конечностей и суставами и объяснили поражение верхних конечностей походкой пациентов с затянувшейся реабилитацией (Requejo и другие, две тысячи пятый год; Славенс и другие, две тысячи десятый год; Славенс и другие, две тысячи одиннадцатый год; Perez-Rizo и другие, две тысячи семнадцатый год). Обратное от естественного использование верхних конечностей показало увеличение пиковых нагрузок и повышение двигательной активности суставов при маховой походке в сравнении с двухопорной походкой (Славенс и другие, две тысячи десятый год). Проецирование вышесказанного к пациентам с миеломенингоцеле (Славенс и другие, две тысячи десятый год), церебральным параличом, травмой спинного мозга и несовершенным остеогенезом (Славенс и другие, две тысячи одиннадцатый год) показало, что значительные пиковые нагрузки при использовании костыля с опорой под локоть располагались в сагиттальной плоскости, а наибольшая инерция - в плечах. <Сравнение двух похожих походок у пациентов с травмой спинного мозга, использующих костыль с опорой под локоть, выявило значительные пиковые нагрузки по всем направлениям, подобные крутящему моменту при флексографском растяжении при маховой походке (Перез-Ризо и другие, две тысячи семнадцатый год).> Исследование пациента с частичной травмой спинного мозга, использующего костыль Лофстранда и четырёхопорную походку, показало значительную пиковую нагрузку и инерцию в верхней конечности, противоположной больной нижней (Requejo и другие, две тысячи пятый год). Понимание обратной динамики поможет оптимизировать методы реабилитации и определить наиболее подходящую походку с учётом индивидуальных особенностей.
  Хождение на костылях увеличивает силы реакции земли, действующие на нижние конечности. В тысяча девятьсот семьдесят восьмом году Стеллард и Роуз показали, что вес тела при хождении на костылях логически повышается на три-восемнадцать процентов от веса при обычной походке. При опоре на одну ногу при использовании костылей пиковая нагрузка увеличивается на двадцать пять процентов по сравнению с обычной походкой, а при одновременном переносе обеих ног - на тридцать три процента. Схожая ситуация наблюдается при использовании костылей-"канадок" (Стеллард и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год), но максимальные вертикальные нагрузки и пиковые горизонтальные здесь ещё больше. В другой работе (Гох и другие, тысяча девятьсот восемьдесят шестой год) утверждается, что при использовании костылей вертикальные нагрузки возрастают на двадцать один процент. Авторы утверждают также, что при ходьбе на костылях сорок четыре процента веса тела переносятся на верхние конечности, причём тридцать два процента веса тела приходятся на подмышки в случае неправильной походки.
  Менее изученной областью в исследовании ходьбы на костылях остаётся давление на подошву стопы. В две тысячи одиннадцатом году Ли в составе группы исследователей обнаружил значительное снижение давления на переднюю часть стопы при четырёхопорной походке на костылях по сравнению с двухопорной походкой на костылях и нормальной ходьбой. Для сохранения равновесия пациенты полагаются в большей степени на костыли и в меньшей - на ноги, что концентрирует нагрузку в передней части тела и приводит к наклону корпуса вперёд. Авторы пришли также к выводу, что увеличение времени контакта и применение верхних конечностей для отталкивания вместо реакции земли могут быть причинами подобного смещения центра тяжести.

3.2. Энергозатраты
  Расход энергии обычно определяют косвенными методами, например, измерением потребления кислорода (Гош и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год; Thys и другие, тысяча девятьсот девяносто шестой год), частоты биения сердца (Санкаранкатти и другие, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Гош и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год) или потенциальной и кинетической энергии (Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Thys и другие, тысяча девятьсот девяносто шестой год). Если эффективность остаётся неизменной, энергоэффективность имеет линейную связь с механической работой (Thys и другие, тысяча девятьсот девяносто шестой год). Соответствующие составляющие показаны на рисунке номер семь. Расход энергии включает в себя потребление кислорода и анаэробный гликолиз; однако, доля анаэробного гликолиза составляет всего один-восемь процентов и обычно не учитывается (Thys и другие, тысяча девятьсот девяносто шестой год). Вся механическая работа в целом состоит из внешних движений тела и внутренних движений конечностей.
  Сравнение энергозатратности и объёма механической работы при хождении на костылях (Thys и другие, тысяча девятьсот девяносто шестой год) показало приблизительно пятидесятипроцентное падение эффективности по сравнению с обычной походкой. При этом, несмотря на увеличение энергозатратности в два с половиной раза при ходьбе на костылях, уровень мышечной работы повышается лишь в одну целую четыре десятых раза. Для падения эффективности существует несколько причин. Первая из них, - это меньшая устойчивость на костылях, для нивелирования которой требуется дополнительная энергия. Вторым фактором является необходимость действовать и верхними и нижними конечностями при ходьбе на костылях, тогда как при обычной ходьбе задействованы только ноги. В-третьих, костыли обладают жёсткой негнущейся конструкцией, что создаёт задержку между переносом их и переносом ноги, которой нет при обычной ходьбе.
  Измерение частоты биения сердца и измерение потребления кислорода являются основными способами оценить энергоэффективность (Санкаранкатти и другие, тысяча девятьсот семьдесят девятый год). Оба подхода являются самодостаточными для измерения, если прочие параметры остаются неизменными (Гош и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год). Скорость ходьбы тесно связана с энергозатратностью и эффективностью. Энергопотребление при ходьбе на костылях значительно превышает таковое для нормальной ходьбы при невысокой скорости, но примерно сравнивается с ростом последней (Гош и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год).
  При двухопорной и трёхопорной походке без возможности наступать на вторую ногу костыль с опорой подмышку требует больших энергозатрат, чем костыль Лофстранда (Mcbeath и другие, тысяча девятьсот семьдесят четвёртый год). Энергозатратность костылей с опорой подмышку растёт вместе со скоростью, а для костылей с опорой под локоть данный рост выражен в виде кривой. Наименьшее потребление энергии у костылей-"канадок" (Стеллард и Роуз, тысяча девятьсот семьдесят восьмой год; Санкаранкатти и другие, тысяча девятьсот семьдесят девятый год). На рисунке номер восемь приведена итоговая таблица сравнения этих трёх типов костылей на основе сопоставления частоты биения сердца и потребления кислорода. Обратите внимание на секцию "Б" восьмого рисунка: сравнение частоты биения сердца не показывает значительных отличий, но они видны при сравнении потребления кислорода (Dounis и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год).

3.3. Характеристики походки
  Всестороннее изучение хождения на костылях требует включения сведений о кинематических параметрах походки, таких как углы и расположение суставов, продолжительность циклов и шагов, double-stance time, длительность контакта, соотношение фаз, длина шага, длина броска, каденс (частота шага), скорость и ускорение. Самой легко устанавливаемой и наиболее изученной характеристикой является скорость (Санкаранкатти и другие, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Шмидт и Момменс, тысяча девятьсот восьмидесятый год; Гох и другие, тысяча девятьсот восемьдесят шестой год; Noreau и другие, тысяча девятьсот девяносто пятый год; Мелис и другие, тысяча девятьсот девяносто девятый год; Ли и другие, две тысячи первый год; Dlugosz и другие, две тысячи семнадцатый год) or set to a desired value (Гош и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год; Thys и другие, тысяча девятьсот девяносто шестой год).

3.3.1. Углы и расположение суставов
  Возникающие в суставах углы рассматривают, сравнивая образуемые при движении на костылях позы. Расположение суставов и отклонение от среднего значения в сагиттальной и фронтальной проекциях устанавливаются путём измерения углов в плече, бедре, колене и голеностопном суставе (Shoup и другие, тысяча девятьсот семьдесят четвёртый год). Суставы торса и таза при ходьбе на костылях наклонены вперёд, а запас их хода уменьшен (Ли и другие, две тысячи первый год). При нормальной ходьбе активность суставов по мере их отдаления от поверхности земли (например, плечевой сустав) уменьшается, однако при использовании костылей точка соприкосновения с землёй расположена в ручке костыля, в результате чего плечевой сустав становится подвижнее (Shoup и другие, тысяча девятьсот семьдесят четвёртый год). Увеличение внешних и внутренних вращений бедра вызывает смещение центра тяжести при ходьбе на костылях (Ли и другие, две тысячи первый год).
  В тысяча девятьсот семьдесят девятом году Веллс обнаружил, что с уменьшением свободы суставов длительность фазы переноса тела во время опоры только на костыли также уменьшается. С другой стороны, в тысяча девятьсот девяносто пятом году Noreau в составе группы исследователей установил, что продолжительность данной фазы у пациентов с параличом нижних конечностей увеличена, и это в условиях пониженного отклика в бедре, когда меняются углы в нём, плече и локте. Проведённое среди пациентов с синдромом центрального спинного мозга исследование выявило уменьшение диапазона движений в голеностопном суставе при использовании двух костылей вместо одного (Gil-Agudo и другие, две тысячи девятый год), что вызвано снижением риска падения во время перемещения стопы.

3.3.2. Время, длина и соотношение фаз
  Измерение времени, например времени контакта, может выявить изменение в образце походки. В одном из исследований походки на костылях (Ли и другие, две тысячи одиннадцатый год) замечено значительное увеличение промежуточной стойки и уменьшение времени опоры на пятки. Авторы связали данное изменение с поддержанием равновесия и, как итог, центра тяжести.
  Длина броска - одна из характеристик походки, используемая для определения степени нарушения двигательной активности (Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Noreau и другие, тысяча девятьсот девяносто пятый год). Сильное ограничение двигательной функции у людей, страдающих параличом нижних конечностей, связано со значительным снижением длины броска (Noreau и другие, тысяча девятьсот девяносто пятый год). Каденс имеет обратную зависимость от длины шага, то есть увеличение каденса приводит к уменьшению длины шага (Noreau и другие, тысяча девятьсот девяносто пятый год).
  Вся продолжительность шага делится между фазами, представленными стойками и переносом ног или костылей, в виде относительного процентажа. По сравнению с нормальной ходьбой, где на фазу каждой ноги приходится по пятьдесят процентов, для походок на костылях на фазу последних выделяется обычно около сорока четырёх процентов (Стеллард и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год). По мере повышения скованности движений растёт фаза двойной поддержки (Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год). Пациентам необходимо больше времени для переноса костылей, в результате чего фаза опоры на одну ногу увеличивается на одиннадцать процентов (Гох и другие, тысяча девятьсот восемьдесят шестой год). В исследовании Гоха также говорится об уменьшении скорости передвижения при использовании костылей, что подтверждается в другой работе (Ли и другие, две тысячи одиннадцатый год). Согласно ещё одному исследованию (Noreau и другие, тысяча девятьсот девяносто пятый год), здоровые подопытные и страдающие параличом нижних конечностей имеют примерно одинаковую скорость передвижения на костылях, однако фазы стойки и переноса у них различаются. У людей с нарушениями фаза стойки на костылях длится дольше из-за слабого отклика в бёдрах и их медленного движения. Авторы сделали вывод, что это приводит к более быстрым движениям в плечах и локтях и, следовательно, большому физическомурастяжению в верхних конечностях.
  В связи с базовыми различиями между нормальной ходьбой и ходьбой на костылях, трёхопорная походка имеет укороченную фазу стойки и увеличенную фазу переноса тела при опоре на костыли. Следовательно, изменения в скорости ходьбы и движении бедра приводит к смещению центра равновесия по направлению к здоровой ноге (Ли и другие, две тысячи первый год).

3.3.3. Скорость и каденс
  Скорость чаще других характеристик ходьбы фигурирует в соответствующих исследованиях. Во многих работах она измеряется на практике, однако в некоторых исследованиях задаётся в качестве исходной константы (Веллс, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Гош и другие, тысяча девятьсот восьмидесятый год; Thys и другие, тысяча девятьсот девяносто шестой год). Самоопределяемая скорость для перемещающихся с использованием любых средств реабилитации значительно ниже, чем при нормальной ходьбе (Mcbeath и другие, тысяча девятьсот семьдесят четвёртый год). Обычно константная скорость задаётся в диапазоне от пятидесяти до шестидесяти пяти метров в минуту, в то время как наиболее эффективной для ходьбы с использованием средств реабилитации является скорость семьдесят метров в минуту (Mcbeath и другие, тысяча девятьсот семьдесят четвёртый год). Рядом исследований было доказано, что при использовании любых костылей скорость и каденс ниже, чем при нормальной ходьбе (Санкаранкатти и другие, тысяча девятьсот семьдесят девятый год; Noreau и другие, тысяча девятьсот девяносто пятый год).

3.3.4. Ускорение
  При стабильной ходьбе ускорение носит периодичный характер, тогда как при неаккуратной походке - произвольный (Tsuda и другие, две тысячи четырнадцатый год). Это делает ускорение важной характеристикой, требующей измерения. Оно может определяться непосредственно с помощью акселерометров (Dlugosz и другие, две тысячи семнадцатый год) либо же косвенными способами. Одним из примеров (Tsuda и другие, две тысячи четырнадцатый год) служит определение ускорения вычислением линейной регрессии между коэффициентом ускорения и коэффициентами движений тела. Авторы метода пришли к выводу, что существует линейное отношение между движениями бедра и ускорением. Однако в каждом из экспериментов они рассматривали по четыре шага, что не позволяет говорить о достоверности результатов для всех типов походок на костылях (Tsuda и другие, две тысячи четырнадцатый год). Ускорение сильно зависит от количества шагов (Шмидт и Момменс, тысяча девятьсот восьмидесятый год).

3.4. Выводы по вопросу измерения характеристик
  Во время проведения исследований по ходьбе на костылях для обеспечения качественного анализа характеристики всех категорий должны измеряться и сравниваться. Однако в таблице номер один показана сосредоточенность большинства исследований на ограниченной области вопроса. Сфокусированные на энергопотреблении работы не рассматриввют сил и углов суставов и наоборот, хотя важны обе категории.
  Учёт действующих сил имеет особое значение при сравнении нормальной ходьбы и ходьбы на костылях. Оснащённые датчиками костыли применяются для получения информации о действующих силах в процессе изучения и тренировки. Экспериментально установлено, что при ходьбе на костылях верхние и нижние конечности испытывают перегрузки, которыми объясняется и завышенное энергопотребление. Информацию о расходе энергии целесообразно получать косвенными путями, такими как измерение потребления кислорода и частота биения сердца. Механическая работа линейно связана с энергопотреблением при условии неизменности продуктивности.
  Характеристики ходьбы охватывают широкий диапазон, от углов суставов до скорости и ускорения. Смещение точки опоры при ходьбе на костылях приводит к наибольшей подвижности плечевых суставов по сравнению с другими. Скорость перемещения на костылях значительно ниже таковой при нормальной ходьбе. В некоторых исследованиях с использованием беговой дорожки скорость задаётся как константа для изучения и сравнения других характеристик без отвлечения на фактор скорости. Установлено, что самоопределяемая скорость при нормальной ходьбе близка к оптимальной скорости нормальной ходьбы, в то время как люди, использующие костыли, склонны двигаться медленнее оптимальной скорости движения на костылях; такие пациенты нуждаются в дополнительных тренировках на более высоких скоростях.
  Разные нарушения здоровья по-разному влияют на те или иные характеристики ходьбы на костылях, и об это не следует забывать. Прорывные результаты при использовании средств реабилитации в рамках одного вида патологии не могут быть безусловно распространены на другие виды. В таблице номер два приведены все важнейшие аспекты экспериментальных исследований ходьбы на костылях за последние сорок лет, включая патологии, средства реабилитации, походки и измеренные характеристики. В качестве примера качественной разницы между патологиями Souza в составе коллектива авторов (две тысячи десятый год) приводит следующее наблюдение: пациентам с травмой спинного мозга удобнее передвигаться в инвалидных креслах с ручной тягой, тогда как для пациентов с рассеянным склерозом оно малопригодно, поскольку часть применяемых ими к креслу сил препятствует движению вперёд, в результате чего энергия расходуется нерационально. Таким образом, если некоторое средство реабилитации или тип походки приводит к повышению производительности для одного вида патологии, то же самое нельзя преждевременно утверждать по отношению к другому.


4. Альтернативные конструкции костылей и отдельных их узлов
  Важной частью изучения перемещения с применением средств реабилитации являются эти самые средства реабилитации. Большое число имеющихся работ сконцентрировано на каком-то одном аспекте производительности костыля, вместо того чтобы всесторонне рассматривать особенности хождения на костылях. При создании нового дизайна необходимо учитывать множество факторов. Каждое устройство обладает своими особыми характеристиками, которые имеются в виду при предписании пациенту конкретной модели. Например, Мелис и его команда в тысяча девятьсот девяносто девятом году установили, что ходунки способны поддерживать сто процентов веса пациента, костыли - менее пятьдесяти процентов, а трости - менее двадцати пяти процентов. В то время как костыли и трости ограничивают движения, для ходунков создаваемая ими неповоротливость рассматривается как положительная черта, способствующая сохранению направления движения. Ходунки дают наименьшую длину и частоту шага, в результате чего скорость перемещения на них меньше, чем на костылях или тростях (Мелис и другие, тысяча девятьсот девяносто девятый год).