Биомеханика профилактики и физической терапии дорсалгий при занятиях физкультурой и спортом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биомеханика профилактики и физической терапии дорсалгий при занятиях физкультурой и спортом

Бобрик Ю.В.

В данном литературном обзоре представлены современные сведения о биомеханических принципах профилактики и физической терапии дорсалгий при занятиях физкультурой и спортом.

Ключевые слова: биомеханика, профилактика, терапия, дорсалгии, спорт.

Bobrik Yu.

The review present modern ideas about biomechanical principles of prophylactics and physical therapy dorsalgia during sport activity.

Key words: biomechanics, prophylactics, therapy, dorsalgia, sport.

Постановка проблемы

Анализ последних научных исследований, публикаций. Распространённость боли в спине, дорсалгии (вертеброгенные торакалгии, люмбалгии, люмбоишиалгии, радикулопатии), согласно данными экспертов ВОЗ, в развитых странах приобрела характер пандемии и является важной медицинской и социально-экономической проблемой [1, 3, 4, 5, 7, 12]. В настоящее время известно, что причиной возникновения боли в спине могут быть разнообразные патологические состояния, но имеются многочисленные косвенные данные о том, что в большинстве случаев первопричиной возникновения болевых ощущений, неврологическими нарушений являются дегенеративные изменения со стороны межпозвоночных дисков, суставов (остеохондроз позвоночника, спондилоартроз) [2, 3, 4, 5, 7, 12].

Цель работы формирование концепции профилактики и физиотерапии вертеброгенных дорсалгий при занятиях физической культурой и спортом с использованием основных принципов биомеханики.

Методы исследования: анализ и систематизация данных научной литературы, изучение опыта врачебного контроля при занятиях физическим воспитанием и спортом, современных технологий профилактики и физической терапии вертеброгенных дорсалгий.

Результаты исследования

Среди факторов, провоцирующих возникновение дорсалгий (помимо нарушения обмена веществ, инфекций, генетической предрасположенности и т. п.), на одно из первых мест должны быть поставлены причины биомеханического порядка [1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13].

Позвоночник представляет собой эластичную, вертикально расположенную опору, состоящую из отдельных функциональных единиц - позвоночно-двигательных сегментов (ПДС), прочно связанных между собой межпозвонковыми дисками и мощным связочно-мышечным аппаратом [7, 13].

С биомеханической точки зрения позвоночник подобен кинематической цепи, состоящей из отдельных звеньев. Движения позвоночника слагаются из суммы движений, осуществляемых отдельными звеньями в межпозвоночных суставах и "полусуставах" тел. Сегмент движения слагается из двух смежных позвонков вместе с соединяющим их диском, фиброзными образованиями (капсула суставов, связки) и мелкими мышцами. Межпозвонковый диск играет ведущую роль в биомеханике, являясь "душой" движения позвоночника [13].

В течение всей жизни человек подвергается различного рода нагрузкам и другим силовым факторам, действующих в самых различных плоскостях опорно-двигательного аппарата. Механическая прочность дисков при вертикальном нагружении достаточно высока: она не уступает прочности смежных с ними позвонков. Однако строго вертикальное нагружение позвоночного столба нетипично для реальных повседневных ситуаций; даже при обычном стоянии нагрузка не действует строго вдоль оси из-за кривизны позвоночного столба и возникающих силовых моментов. На межпозвоночные диски действуют - 1) ударные; 2) статические и 3) динамические нагрузки. К последним относят нагрузки не только при поддержании определенной позы, но и при выполнении относительно медленных движений, когда можно пренебречь волнами ударной деформации. Из биомеханического анализа следует, что наиболее травмоопасными являются ситуации, когда большая механическая нагрузка действует на межпозвоночные диски при наклоне или повороте позвоночного столба. При наклоне позвоночного столба студенистое ядро смещается в сторону, противоположную наклону, а фиброзное кольцо при этом несколько выпячивается [11]. У людей с остеохондрозом позвоночника, дископатиями это может привести к раздражению нервных окончаний либо сдавливанию корешков спинного мозга и появлению болезненных ощущений, неврологической симптоматики [1, 3, 4, 7, 12]. Поэтому данной категории лиц для профилактики обострения заболевания следует рекомендовать избегать резких, высокоамплитудных движений, связанных с наклоном и поворотом позвоночника (особенно с грузом) как в повседневной жизни, так и при занятиях лечебной физкультурой и спортом. По необходимости при бытовой деятельности повороты рационально стараться осуществлять всем туловищем [ 4, 6, 8].

Ударные нагрузки - при приземлении после соскоков, в прыжках и беге тело подвергается ударным нагрузкам. Ударная волна, распространяясь, доходит до позвоночника. При оценке ударных нагрузок, действующих на позвоночный столб при приземлении, ориентируются на экспериментально зарегистрированные ускорения разных частей тела, в частности таза и головы. При обычной ходьбе разность ускорений тазовой области и головы составляет от 0,5 до 1,0 g; примерно такую нагрузку приходится амортизировать позвоночнику в каждом шаге. При приземлении в гимнастике после соскоков с перекладины на тонкий слой матов эта разность может достигать 12 g. В прыжках на лыжах с 50-метрового трамплина ускорения тазовой области в момент приземления превышали 10 g, в это же время внутрибрюшное давление повышалось до 90 мм рт ст. Нагрузки на позвоночник были меньше при глубине приседания 40 см и возрастали, если прыгун, приземляясь, сгибал ноги недостаточно. Нагрузки увеличивались пропорционально синусу угла между направлением вектора скорости и склоном горы. Значительным перегрузкам подвергается позвоночный столб при быстром спуске по лестнице. При "катапультировании" нагрузка на позвоночный столб достигает 10-20-кратного ускорения силы тяжести тела. Приведенные примеры свидетельствуют об исключительно больших нагрузках, приходящихся на позвоночный столб при приземлениях в разных спортивных упражнениях, профессиональной и бытовой деятельности. Смягчение (амортизация) ударной нагрузки при приземлении обеспечивается совокупным влиянием четырех факторов:

1) свойствами опорной поверхности;

2) качеством обуви;

3) демпфирующими свойствами двигательного аппарата, прежде всего стоп и коленных суставов (имеются данные о том, что у людей, страдающих остеохондрозом позвоночника, эти свойства нередко снижены);

4) техникой приземления. На основании вышеприведённых фактов можно сделать вывод, что больным остеохондрозом позвоночника противопоказаны занятия теми видами спорта, которые связаны с ударными нагрузками на межпозвоночные диски (спортивная гимнастика, прыжки и т.п.), а для предупреждения осложнений болезни этим пациентам необходимо советовать: ходить в обуви с амортизирующим протектором, заниматься лечебной гимнастикой, используя толстый слой матов, не применять соскоков со спортивных снарядов (гимнастических лестниц, брусьев и т.п.), а спускаться с них на землю медленно и плавно [2, 4, 12, 13].

Нагрузки, действующие на межпозвоночные диски, могут значительно превышать вес тела и поднимаемого груза. Они обусловлены главным образом действием сил мышечной тяги. Рассмотрим механизм возникновения этих нагрузок на примере обычного положения стоя. На IV поясничный позвонок действует в этом случае вес верхней половины тела. Однако центр тяжести вышележащей части тела расположен не непосредственно над межпозвоночным диском, а несколько впереди от него. Поэтому возникает вращательный момент силы, под действием которого тело сгибалось бы вперед, если бы моменту силы тяжести не был противопоставлен момент силы, создаваемый мышцами-разгибателями позвоночного столба. Эти мышцы расположены близко от оси вращения (которая находится приблизительно в районе студенистого ядра межпозвоночного диска), и поэтому плечо силы их тяги небольшое. Чтобы создать необходимый момент силы, эти мышцы обычно должны развивать большую силу (действует закон рычага: чем меньше расстояние, тем больше сила). Поскольку линия действия силы мышечной тяги идет практически параллельно позвоночному столбу, эта сила, суммируясь с силой тяжести, резко увеличивает давление на межпозвоночные диски. Поэтому сила, действующая на IV поясничный позвонок при обычном положении стоя, составляет не половину веса тела, а вдвое большую величину. При наклонах, поднятии тяжестей и некоторых других движениях внешние силы создают большой момент относительно оси вращения, проходящей через поясничные межпозвоночные диски. Мышцы и особенно связки позвоночного столба расположены близко от оси вращения, и поэтому проявляемая ими сила должна в несколько раз превосходить вес поднимаемого груза и вышележащих частей тела. Именно эта сила вносит главный вклад в механическую нагрузку, которая приходится на межпозвоночные диски [2, 11, 13].

Силы, действующие на позвоночник, были измерены на добровольцах путем введения в межпозвонковый диск специальной иглы с манометром. Измерения показали, что давление внутри диска является максимальным в положении сидя, в положении стоя оно уменьшается на 30%, а лежа - на 50%. Так, в положении сидя давление в дисках колеблется в пределах 99-171 кг, а в положении стоя 85-119 кг. По-видимому, это связано с эффектом " шинирования" - понижением давления в брюшной полости в положении сидя и переносом тяжести верхней половины туловища на поясничный отдел позвоночника. Из этого следует, что больным остеохондрозом позвоночника с неврологическими проявлениями в острый и подострый период заболевания не желательно находится в сидячем положение и выполнять упражнения лечебной гимнастики в этом исходном положении, поскольку это может вызвать ухудшение состояния пациента - при увеличении аксиальной нагрузки на межпозвоночный диск студенистое ядро смещается в сторону, а фиброзное кольцо при этом несколько выпячивается, что может привести к увеличению компрессии нервных окончаний синувертебрального нерва либо корешков спинного мозга и появлению болезненных ощущений [15, 16]. Если же сидения нельзя избежать, то для снижения нагрузки на межпозвоночный диск целесообразно опираться спиной на спинку кресла стула или руками и грудью на поверхность стола, т.п. [17].

Для здорового человека средняя нагрузка, вызывающая разрыв фиброзного кольца, равна 940 кг. При выпрямлении туловища давление, оказываемо на межпозвоночный диск (преимущественно L4 - L5 - S1), равно 90-127 кг/см². Если выпрямление сочетается с подъёмом тяжести, нагрузка на межпозвоночный диск увеличивается в 10 раз (пропорционально быстроте подъема груза - по формуле 0,5 mV²). Нагрузка на межпозвоночный диск в подобных условиях может достигать 1500 кг. При подъеме груза изменения происходят не только в позвоночном сегменте, но и во всем мышечно-связочном аппарате туловища. Нагрузка на межпозвоночные диски значительно увеличивается при подъёме тяжести. Например, при подъеме тяжести на вытянутых руках нагрузка на поясничные диски повышается в 22 раза по сравнению с поднимаемой массой груза, что убедительно иллюстрирует "схема рычажных весов" по Армстронгу. Если человек поднимает какие-нибудь предметы на вытянутых руках, то туловище и вытянутые руки образуют рычажные весы, вертикальная ось которых приходится на пульпозное ядро. Отношение между этими двумя рычагами по Армстронгу составляет 15:1. Другими словами, если поднимают груз весом 50 кг, то это уравновешиваться силой сокращения мышц 50x15 и конечная нагрузка на поясничные диски будет составлять 750+50 кг (масса верхнего отдела туловища у среднестатистического человека массой 70 кг). К этому же следует добавить дополнительную нагрузку за счёт скорости поднятия груза [13]. В свете данных фактов становится понятно, что даже практически здоровым людям следует избегать резкого подъёма грузов на вытянутых руках, а тем более пациентам с дископатиями, дабы предупредить травматизацию межпозвоночного диска (больным остеохондрозом позвоночника с неврологическими проявлениями вообще должны быть противопоказаны подъёмы тяжестей, упражнения с отягощениями в острый и подострый период заболевания). Более правильным и физиологичным будет медленное, плавное поднятие тяжёлых предметов, прижимая их к туловищу.

При наклоне туловища вперед активность мышц, разгибающих позвоночный столб, сначала увеличивается, но затем, при более глубоком наклоне, практически полностью исчезает. Нагрузку при этом берут на себя связки и фасции спины. Поскольку они расположены близко от оси вращения, то для противодействия моменту силы тяжести должны проявлять большую силу. При этом давление на межпозвоночные диски оказывается очень большим [11]. Становится понятным, почему работа, физические упражнения, выполняемые при наклоне туловища, крайне неблагоприятны как для здоровых людей, так и особенно для лиц с дископатиями, вызывая у них обострение болезни. При невозможности избежать наклона позвоночника, для снижения риска травматизации структур ПДС, необходимо опираться рукой на близлежащие предметы, уменьшая нагрузку на межпозвоночные диски.

Также относительно расслаблены мышцы позвоночного столба и в начальной фазе подъема небольших тяжестей (примерно до 20-30 кг) из положения глубокого наклона. Начало разгибания и подъема происходит при этом за счет поворота таза. Положение " круглой спины" при подъемах тяжестей оказывается опасным еще и потому, что в данном случае в поясничном отделе позвоночника происходит сильное сгибание, и, следовательно, на переднюю часть межпозвоночного диска действуют сжимающие, а на заднюю часть - растягивающие нагрузки. Давление, т. е. величина силы, приходящаяся на единицу поверхности диска, оказывается при этом очень большим. Отсюда несколько практических советов:

а) поднимать тяжести следует приседая, а не наклоняясь, этому надо учить с детства, чтобы правильные способы подъема тяжестей стали привычны (в процессе физического воспитания, ЛФК надо обращать внимание на развитие силы мышц-разгибателей ног, чтобы человеку было субъективно столь же легко присесть, как и наклониться.);

б) при подъеме тяжестей следует сохранять поясничный лордоз (поскольку предел прочности позвоночника определяется системой физиологических изгибов позвоночного столба, обеспечивающих адаптацию к силам давления по оси позвоночника, что согласуется с известным в технике характеристикой Т-образной балки, предел прочности которой в 17 раз выше, чем у простой). Расчеты показывают, что уже при наклоне со штангой весом 80 кг нагрузка на поясничные позвонки может быть больше 1000 кг, что превышает предел их механической прочности [13]. В то же время общеизвестно, что спортсмены могут поднимать значительно большие веса без видимых повреждений. Отчасти это, конечно, объясняется большой механической прочностью отдельных анатомических структур позвоночного столба у тренированных людей (в опытах по определению прочности позвонков использовались препараты неспортсменов). Но главная причина состоит в том, что в приведенных расчетах не учитывалась роль так называемой внутренней поддержки, возникающей вследствие повышения внутрибрюшного давления при выполнении многих силовых локомоторных актов. Позвоночник еще рассматривают как эластичную колонну, опирающуюся на мышцы и две камеры - брюшную и грудную клетки. По мере повышения давления в последних и сокращения соответствующих групп мышц происходит стабилизация позвоночника, он получает при этом как бы дополнительную прочную опору в результате своеобразного эффекта "шинирования". Давление в грудной клетке в результате предварительного глубокого вдоха и последующей нагрузки значительно повышается. Этому способствуют также сокращения межрёберных мышц, мышц плечевого пояса и диафрагмы. Давление же в брюшной полости в этот момент повышается незначительно. Затем, по мере истощения воздуха в легких, давление в грудной клетке снижается, а в брюшной полости возрастает и удерживается в течение продолжительного времени - до очередного вдоха [7]. Напряжение межреберных мышц, мышц плечевого пояса и диафрагмы придают жёсткость грудной клетке, которая принимает на себя половину силы давления, действующей на грудной отдел позвоночника. Внутрибрюшное давление повышается при натуживании, т. е. при напряжении мускулатуры выдоха с закрытой голосовой щелью. В результате внутренней поддержки давление на межпозвоночные диски может уменьшиться до 40 % [13]. Наиболее доступный способ измерения внутрибрюшного давления состоит в том, что манометрические датчики вводят в полость желудка. При этом измеряют внутрижелудочное давление, которое практически равно внутрибрюшному. Были выявлены следующие закономерности: 1) внутрибрюшное давление пропорционально моменту силы относительно оси вращения, проходящей через межпозвоночные диски (а не проявляемой силе или поднимаемому весу), а поскольку при разной технике выполнения упражнений одной и той же величине внешне проявляемой силы могут соответствовать разные моменты силы (что зависит от плеча силы), то некоторые варианты техники силовых упражнений более травмоопасны, чем другие; с ростом спортивной квалификации при поднятии предельных весов внутрибрюшное давление растет, что способствует уменьшению механических нагрузок, действующих на позвоночный столб. Внутрибрюшное давление создается активностью мышц брюшного пресса, межреберных мышц и диафрагмы. В известной мере внутрибрюшное давление может быть повышено искусственно с помощью поясов и корсетов, которые используются в клинической практике. Ношение таких поясов и корсетов снижает давление в межпозвонковых дисках на 24% [1, 13, 11]. Ношение тяжелоатлетического пояса преследует, по существу, те же цели и должно быть рекомендовано при упражнениях с тяжестями - это увеличит внутрибрюшное давление и снизит нагрузку на позвоночник.

дорсалгия физкультура спорт биомеханический

Выводы

Таким образом, для предупреждения повреждений позвоночника, снижения последствий этих повреждений и восстановления нарушенной функциональной активности ПДС у спортсменов, физкультурников, больных остеохондрозом позвоночника с неврологическими проявлениями необходимо:

а) по возможности снижать нагрузку, приходящуюся на позвоночник, для предупреждения или снижения компрессии мягких тканей, входящих в ПДС [11, 18, 21];

б) укреплять диафрагму, межрёберные мышцы, мышцы плечевого пояса, поясничной области, брюшной стенки (создавать "мышечный корсет"), а для этого необходимо использовать адекватную лечебную гимнастику, мануальную терапию, массаж, физиотерапевтические процедуры улучшающие сократительные свойства, тонус вышеназванных мышечных групп - электростимуляция, ультразвук, вибрацию и т.п. И, как показывает клиническая практика и многочисленные медицинские научные исследования, применение данных принципов восстановительного лечения, первичной и вторичной профилактики, основанных на биомеханических закономерностях, позволяет добиться хороших результатов при реабилитации пациентов с остеохондрозом позвоночника с неврологическими проявлениями [2, 3, 7, 8, 9, 11, 14, 5, 6, 8, 14, 18].

Перспективы дальнейших исследований. В дальнейшем целесообразно провести исследования эффективности предложенной концепции при внедрении в практику врачебного контроля при занятиях физической культурой и спортом.

Использованные источники

1. Бобрик Ю.В. Новые аспекты медицинской реабилитации больных остеохондрозом позвоночника с неврологическими проявлениями / Ю.В. Бобрик. - Симферополь: ИТ "Ариал", 2011. - 316 с.

2. Веселовский В. П. Практическая вертеброневрология и мануальная терапия. / Веселовский В. П. - Рига, 1991. - 344 с.

3. Герасимова М.М. Пояснично-крестцовые радикулопатии (этиология, патогенез, клиника, профилактика и лечение) / Герасимова М.М., Базанов Г.А. - М.: Тверь, 2003. - 151 с.

4. Епифанов В.А. Остеохондроз позвоночника (диагностика, лечение, профилактика): Руководство для врачей.- 3-е изд., испр. и доп. / Епифанов В. А., Епифанов А. В. - М.: МЕД пресс-информ, 2008. - 272 с.

5. Епифанов В.А. Остеохондроз позвоночника / Епифанов В.А., Епифанов А. В. // ЛФК и массаж, 2006. - №2. - С.3-11.

6. Епифанов В.А. Физическая реабилитация больных с повреждением связочного аппарата позвоночника / Епифанов В.А., Епифанов А. В. // ЛФК и массаж. - 2006. - №5. - С. 3-7.

7. Жулев Н.М. Остеохондроз позвоночника: Руководство для врачей / Жулев Н.М., Бадзгарадзе Ю.Д., Жулев С.Н. - СПб.: Лань, 2001. - 592 с.

8. Лікувальна фізкультура в санаторно-курортних закладах / За ред. Л.І. Фісенко. - К.: Купріянова, 2005.400 с.

9. Мороз Л.А. Лечебный и оздоровительный массаж для всей семьи / Мороз Л.А.. - Донецк:ООО ПКФ НПЦ "БАО", 2007. - 288 с.

10. Сквознова Т.М. Биомеханические исследования позвоночника / Сквознова Т.М. // ЛФК и массаж, 2006. - № 9. - С. 44-47.

11. Ушаков А. Н. Биомеханика позвоночника: Рук. для практикующих врачей / Ушаков А. Н. - М.: Бионика, 2003. - 96 с.

12. Щедренок В.В. Поясничный остеохондроз / Щедренок В.В., Олейник А.Д., Могучая О.В. - СПб., 2003. - 264 с.

13. Яровой В.К. Основы мануальной терапии. Руководство для врачей и студентов / Яровой В.К. - Севастополь, НПЦ "ЭКОСИ-Гидрофизика", 1999. - 378 с.

14. Akuthota V. Core stability exercise principles / Akuthota V., Ferreiro A., Moore T., Fredericson M. // Curr Sports Med Rep, 2008. - № 1. - Р.39-44.

15. American Academy of Family Physicians. Low back pain and your job: what you can do to get back to work // Am Fam Physician, 2007. - № 10. - 1497-1502.

16. Andrusaitis S.F. Study of the prevalence and risk factors for low back pain in truck drivers in the state of Santo Paulo, Brazil / Andrusaitis S.F., Oliveira R.P., Barros Filho T.E. // Clinics, 2006. - № 6. - Р.503-10.

17. Aota Y. Effectiveness of a lumbar support continuous passive motion device in the prevention of low back pain during prolonged sitting // Spine, 2007. - № 23. - Р. 674-677.

18. Beattie P.F. Outcomes after a prone lumbar traction protocol for patients with activity-limiting low back pain: a prospective case series study / Beattie P.F., Nelson R.M., Michener L.A., Cammarata J., Donley J. // Arch Phys Med Rehabil, 2008. - № 2. - Р. 269-274.

19. Colloca C.J. Intervertebral disc degeneration reduces vertebral motion responses / Colloca C.J., Keller T.S., Moore R.J., Gunzburg R., Harrison D.E. // Spine, 2007. - № 19. - Р. 544-550.

20. Feldman J.B. The prevention of occupational low back pain disability: evidence-based reviews point in a new direction / Feldman J.B. // J Surg Orthop Adv, 2004. - № 1. - Р. 1-14.

21. Gay R.E. Evidence-informed management of chronic low back pain with traction therapy / Gay R.E., Brault J.S. // Spine J, 2008. - № 1. - Р. 234-242.

22. Greitemann B. Multidisciplinary orthopedic rehabilitation program in patients with chronic back pain and need for changing job situation - long-term effects of a multimodal, multidisciplinary program with activation and job development / Greitemann B., Dibbelt S., Bijschel C. // 2006. - № 3. - Р. 255-266.

Размещено на Allbest.ru