Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

"Тrauma" Том 20, №6, 2019

Back to issue

Biomechanical analysis of the behavior of the rearfoot structures with retrocalcaneal bursitis and Haglund’s syndrome in walking

Authors: Лазарев І.А. (1), Герасимюк Б.С. (2), Мовчан О.С. (2), Скибан М.В. (1)
1 - ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України, м. Київ, Україна
2 - Національна медична академія післядипломної освіти імені П.Л. Шупика, м. Київ, Україна

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Усе частіше в наукових публікаціях, присвячених вивченню тендинопатії ахіллового сухожилля, піднімається проблема супутнього зап’яткового бурситу і синдрому Haglund. У ретроспективному дослідженні 176 пацієнтів з інсерційною тендинопатією Håkan Alfredson і Christoph Spang виявили, що в 74 % випадків також відзначалися поверхневий і зап’ятковий бурсит і синдром Haglund. Тому, спираючись на попередні дослідження, ми можемо говорити про зв’язок між зап’ятковим бурситом, синдромом Haglund і тендинопатією. Мета дослідження: провести аналіз напружено-деформованого стану комп’ютерних імітаційних моделей заднього відділу стопи із зап’ятковим бурситом і синдромом Haglund під час ходьби. Матеріали та методи. Спочатку були виконані математичні розрахунки сили литкового м’яза і ахіллового сухожилля в положенні стоячи й при ходьбі. Створені тривимірні імітаційні моделі заднього відділу стопи: інтактна модель, модель бурситу і модель із синдромом Haglund. Кожна скінченно-елементна модель складалася в середньому з 332 906 вузлів і 191 538 елементів. Параметри напружено-деформованого стану анатомічних структур заднього відділу стопи були досліджені й проаналізовані в різних біомеханічних умовах: у нейтральному положенні, при підошовній (–10º) і тильній флексії (+10º). Для аналізу напружено-деформованого стану ахіллового сухожилля, п’яткової сумки, таранної кістки і п’яти використовували критерій напружень за фон Мізесом. Результати. Напруження на ахілловому сухожиллі в нейтральному положенні стопи при моделюванні зап’яткового бурситу на 19,8 % нижче, синдрому Haglund — на 10,0 % вище, ніж в інтактній моделі. Напруження на п’ятковому горбі в моделі бурситу на 13,2 % вище, синдрому Haglund — на 46,5 % вищий, ніж в інтактній моделі. При підошовній флексії напруження на ахілловому сухожиллі на 16,5 % нижче в моделі бурситу і на 38,1 % вище при синдромі Haglund. Напруження на п’ятковому горбі в моделі зап’яткового бурситу нижче на 49,6 %, а в моделі із синдромом Haglund — на 9,2 %. При тильній флексії напруження на ахілловому сухожиллі вище на 10,2 % в моделі бурситу і більше ніж на 68,6 % — у моделі із синдромом Haglund. Напруження на п’ятковому горбі в моделі зап’яткового бурситу вище на 28,3 %, а в моделі із синдромом Haglund — на 120,1 %, ніж в інтактній моделі. Обговорення. Найменше напруження відзначається при підошовної флексії. Це пов’язано з пасивної роботою литкового м’яза і збільшенням об’єму заглиблення, у якому розташована зап’яткова бурса. Дана структура сприяє рівномірному розподілу сил із передньої поверхні ахіллового сухожилля до задньоверхніх відділів п’яткової кістки. Зап’яткова сумка також знижує тиск сухожилля на ділянку контакту задньої поверхні п’яткової кістки при тильній флексії. Тому зап’яткова сумка відіграє важливу роль у функціонуванні біомеханічної системи «ахіллове сухожилля — п’яткова кістка». Підвищення напруження в ахілловому сухожиллі в патологічних моделях вказує на зв’язок між зап’ятковим бурситом, синдромом Haglund і розвитком патологічних змін в ахілловому сухожиллі. Висновки. Це дослідження підтверджує стресову теорію розвитку супутньої тендинопатії в пацієнтів із зап’ятковим бурситом і синдромом Haglund.

Актуальность. Все чаще в научных публикациях, посвященных изучению тендинопатии ахиллова сухожилия, поднимается проблема сопутствующего запяточного бурсита и синдрома Haglund. В ретроспективном исследовании 176 пациентов с инсерционной тендинопатией Håkan Alfredson и Christoph Spang обнаружили, что в 74 % случаев также отмечались поверхностный и запяточный бурсит и синдром Haglund. Поэтому, основываясь на предыдущих исследованиях, мы можем говорить о связи между запяточным бурситом, синдромом Haglund и тендинопатией. Цель исследования: провести анализ напряженно-деформированного состояния компьютерных имитационных моделей заднего отдела стопы с запяточным бурситом и синдромом Haglund во время ходьбы. Материалы и методы. Первоначально были выполнены математические расчеты силы икроножной мышцы и ахиллова сухожилия в положении стоя и при ходьбе. Созданы трехмерные имитационные модели заднего отдела стопы: интактная модель, модель бурсита и модель с синдромом Haglund. Каждая конечно-элементная модель состояла в среднем из 332 906 узлов и 191 538 элементов. Параметры напряженно-деформированного состояния анатомических структур зад-него отдела стопы были исследованы и проанализированы в различных биомеханических условиях: в нейтральном положении, при подошвенной (–10º) и тыльной флексии (+10º). Для анализа напряженно-деформированного состояния ахиллова сухожилия, пяточной сумки, таранной кости и пятки использовали критерий напряжений по фон Мизесу. Результаты. Напряжение на ахилловом сухожилии в нейтральном положении стопы при моделировании запяточного бурсита на 19,8 % ниже, синдрома Haglund — на 10,0 % выше, чем в интактной модели. Напряжение на пяточном бугре в модели бурсита на 13,2 % выше, синдрома Haglund — на 46,5 % выше, чем в интактной модели. При подошвенной флексии напряжение на ахилловом сухожилии на 16,5 % ниже в модели бурсита и на 38,1 % выше при синдроме Haglund. Напряжение на пяточном бугре в модели запяточного бурсита ниже на 49,6 %, а в модели с синдромом Haglund — на 9,2 %. При тыльной флексии напряжение на ахилловом сухожилии выше на 10,2 % в модели бурсита и более чем на 68,6 % — в модели с синдромом Haglund. Напряжение на пяточном бугре в модели запяточного бурсита выше на 28,3 %, а в модели с синдромом Haglund — на 120,1 %, чем в интактной модели. Обсуждение. Наименьшее напряжение отмечается при подошвенной флексии. Это связано с пассивной работой икроножной мышцы и увеличением объема углубления, в котором расположена запяточная бурса. Данная структура способствует равномерному распределению сил с передней поверхности ахиллова сухожилия к задневерхнему отделу пяточной кости. Запяточная сумка также снижает давление сухожилия на область контакта задней поверхности пяточной кости при тыльной флексии. Поэтому запяточная сумка играет важную роль в функционировании биомеханической системы «ахиллово сухожилие — пяточная кость». Повышение напряжения в ахилловом сухожилии в патологических моделях указывает на связь между запяточным бурситом, синдромом Haglund и развитием патологических изменений в ахилловом сухожилии. Выводы. Это исследование подтверждает стрессовую теорию развития сопутствующей тендинопатии у пациентов с запяточным бурситом и синдромом Haglund.

Background. Increasingly, in scientific publications devoted to the study of Achilles tendinopathy, the problem of concomitant retrocalcaneal bursitis and Haglund’s syndrome is mentioned. In a retrospective study of 176 patients with insertional tendinopathy, Håkan Alfredson and Christoph Spang found that 74 % of persons also had superficial and retrocalcaneal bursitis and Haglund’s syndrome. Therefore, based on previous researches, we can talk about the relationship between retrocalcaneal bursitis, Haglund’s syndrome and tendinopathy. The purpose was to carry out the stress-strain analysis of the computer simulation models of the rearfoot with retrocalcaneal bursitis and Haglund’s syndrome in walking. Materials and methods. Initially, mathematical calculations of the calf muscle and the Achilles tendon strength in standing and in walking were performed. 3D rearfoot simulation models were created: an intact model, a bursitis model and a model with Haglund’s syndrome. Each finite element model consisted of 332,906 nodes and 191,538 elements оn average. The parameters of the stress-strain state of the anatomical structures of the rearfoot were investigated and analyzed in different biomechanical conditions: in the neutral position, plantar flexion (–10 ) and the dorsal flexion (+10 ). Von Mises stress criterion was used for the analysis of stress-strain state at the Achilles tendon, calcaneal bursa, talus and heel. Results. Achilles tendon stress value in the neutral foot position is 19.8 % lower in the retrocalcaneal bursitis model and is 10.0 % higher in the Haglund’s syndrome model than in the intact model. The heel stress value in the bursitis model is 13.2 % higher, and in the Haglund’s syndrome model is 46.5 % higher than in the intact model. In the plantar fle-xion, Achilles tendon stress is 16.5 % lower in the bursitis model and is 38.1 % higher in the Haglund’s syndrome model. The heel stress in the retrocalcaneal bursitis model is 49.6 % lower and in the Hag-lund’s syndrome model is 9.2 % lower. In the dorsal flexion, Achilles tendon stress is 10.2 % higher in the bursitis model and more than 68.6 % higher in the Haglund’s syndrome model. The heel stress in the retrocalcaneal bursitis model is 28.3 % higher and in the Hag-lund’s syndrome model is 120.1 % higher than in the intact model. Discussion. In the plantar flexion position, the stress is lowest. This is due to a passive work of the calf muscle and increasing volume of the recess where the retrocalcaneal bursa is located. This structure evenly distributes forces from the anterior surface of the tendon to the posterosuperior heel. The retrocalcaneal bursa also reduces the tendon pressure on the contact area of the posterior surface of the calcaneus in dorsal flexion. Therefore, the retrocalcaneal bursa plays an important role in the functioning of the biomechanical system “Achilles tendon — calcaneus”. The stress increasing in the Achilles tendon in pathological models indicates the relationship between retrocalcaneal bursitis, Haglund’s syndrome and the development of pathological changes in the Achilles tendon. Conclusions. This study confirms the stress theory of the development of concomitant tendinopathy in patients with retrocalcaneal bursitis and Haglund’s syndrome.


Keywords

імітаційне моделювання; напружено-деформований стан; зап’ятковий бурсит; синдром Haglund; тендинопатія

имитационное моделирование; напряженно-деформированное состояние; запяточный бурсит; синдром Haglund; тендинопатия

computer simulation; stress-strain analysis; retrocalcaneal bursitis; Haglund’s syndrome; tendinopathy


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

1. Alfredson H., Spang C. Clinical presentation and surgical management of chronic Achilles tendon disorders — A retrospec-tive observation on a set of consecutive patients being operated by the same orthopedic surgeon. Foot Ankle Surg. 2018 Dec. № 24(6). Р. 490-494. doi: 10.1016/j.fas.2017.05.011.
2. Haglund P. Beitrag zur Klinik der Achillessehne. Zeitschr. Orthop. Chir. 1928. № 49. Р. 49-58.
3. Irwin T.A. Current Concepts Review: Insertional Achilles Tendinopathy. Foot & Ankle International. 2010. № 31(10). Р. 933-939. doi:10.3113/fai.2010.0933.
4. Karjalainen P.T., Soila K., Aronen H.J. et al. MR Imaging of Overuse Injuries of the Achilles Tendon. American Journal of Roentgenology. 2000. № 175(1). Р. 251-260. doi:10.2214/ajr.175.1.1750251
5. Reinherz R.P., Smith B.A., Henning K.E. Understanding the pathologic Haglund’s deformity. J. Foot Surg. 1990. № 29. Р. 432-435.

Similar articles

Ultrasound Diagnosis of Retrocalcaneal Bursitis of Traumatic Origin
Authors: Herasymiuk B.S., Movchan O.S. - Department of Orthopedics and Traumatology № 1 of the National Medical Academy of Postgraduate Education named after P.L. Shupyk, Kyiv, Ukraine
"Тrauma" Том 17, №2, 2016
Date: 2016.05.25
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual
Biomechanical calculations of the load on the elbow structures in one-stage manual joint mobilization
Authors: Лазарев І.А., Страфун О.С., Скибан М.В.
ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна

"Тrauma" Том 19, №5, 2018
Date: 2018.11.26
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual
Біомеханічні умови функціонування триголового м’яза при переломі п’яткової кістки.
Authors: Лазарев І.А., Радомський О.А., Рябоконь П.В., Скибан М.В.
ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ
Національна медична академія післядипломної освіти ім. П.Л. Шупика, м. Київ

"Тrauma" Том 16, №4, 2015
Date: 2015.10.15
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Analysis of changes of stress-strain state in scapula labrum in different types of its damage
Authors: Лазарев І.А., Страфун С.С., Ломко В.М., Скибан М.В.
ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна

"Тrauma" Том 18, №3, 2017
Date: 2017.07.11
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches

Back to issue