Что такое пронация и супинация стопы при беге
Пронация – это способность стопы выворачиваться внутрь во время ходьбы или бега. Как раз благодаря возможности стопы пронироваться, осуществляется амортизация и устойчивость при приземлении на поверхность.
Работа стопы при беге
Стопы служат опорой для всего тела во время стояния, бега и ходьбы. На изображении представлен объём движений, которые могут совершаться в здоровой стопе.
Работа стопы во время бега (источник: Faller A., Schuenke M., Eds. The Human Body. Thieme, 2004, 710 p.)
В работе нормальной стопы во время бега, как правило, выделяют 3 фазы:
Каждое из движений на изображении участвует в обеспечении устойчивости, опоры, амортизации ударной волны при приземлении и придании жёсткости и правильного вектора распределения нагрузки при отталкивании от поверхности.
При рассмотрении работы стопы стоит выделить её динамику. Эта динамика включает взаимодействие сил, действующих на стопу, а также тех нагрузок и напряжений, которые возникают при воздействии этих сил. Стопа является составной частью всей биомеханической системы опорно-двигательного аппарата, и её динамика должна рассматриваться в связи с этой системой.
Стопы бегуна преодолевают большие циклические нагрузки. Скорость, с которой стопа приземляется на поверхность при беге, составляет от 30 до 70 км/ч. За год, проходя в день 10 000 шагов, среднестатистический человек совершает их более 3,5 млн. Это колоссальные нагрузки, которые не сможет выдержать ни один эндопротез более 4-5 лет. Долговечность здоровой стопы спортсмена определяется совершенством механической конструкции и свойствами тканей нашего организма.
Что такое супинация
Супинацией является механизм стопы, который позволяет ей выворачиваться во внешнюю сторону. Так происходит компенсация силы удара о поверхность во время движения. Также супинация несёт функцию поддержки равновесия в момент отталкивания и приземления. Механизм супинации придаёт стопе жёсткость особенно в момент отталкивания, что позволяет распределить вес тела.
Что такое пронация
Пронация – противоположное супинации движение. Заключается в поднятии наружного края стопы с поворотом подошвы к внутреннему своду стопы относительно опорной поверхности.
Пронационно-супинационные механизмы происходят вокруг горизонтальной передне-задней оси стопы.
В нормальном состоянии стопы эти два движения дополняют друг друга и приводят стопу в нейтральное положение после движения. Но это возможно не всегда и не у каждого человека. Так, оба механизма, помимо нейтрального состояния, описанного выше, могут быть в избыточности (гиперпронация) и недостаточности (гипопронация, гиперсупинация). Гиперсупинация и гиперпронация являются причинами возникновения хронических заболеваний ног и поясницы, а также регулярных травм.
Гипопронация или гиперсупинация стопы – явление достаточно редкое. При таких нарушениях опора во время приземления переходит на внешние отделы стоп. В результате движения на арку продольного свода (место, в котором осуществляется основная амортизация ударной нагрузки) нагрузка просто не приходит, а гасится тканями и связочно-мышечным аппаратом наружной поверхности стопы и вышележащих суставов.
Такое нарушение при длительном беге и регулярном беге будет вызывать перегрузку, как следствие – повреждения и боли в стопе. Так происходит у людей с варусной установкой оси пяточной кости.
Гиперпронация или избыточная пронация стопы
Гораздо более распространённое явление – избыточная пронация или гиперпронация. В этом случае продольный свод стопы либо чрезмерно уплощается, либо изначально находится в уплощенном состоянии. Такое явление наступает вследствие продольного плоскостопия или вальгусной установки оси пяточной кости.
В таком состоянии стопа после приземления не возвращается в нейтральное положение, что впоследствии ведёт к недостаточной амортизации ударной нагрузки на мышечно-связочный аппарат. При беге на стопах в положении гиперпронации происходит перегрузка суставов стопы и вращение большеберцовых костей внутрь, что также сказывается на состоянии менисков и связочного аппарата коленных суставов.
Причины гиперпронации стопы
Основными причинами гиперпронации стопы являются продольное плоскостопие и слабость мышц голеней, особенно передней и задней большеберцовой мышцы. В большинстве случаев эти отклонения позиции пяточной кости формируются ещё в детском возрасте и должны исправляться лечебной физкультурой и ношением правильной обуви и стелек до возраста 12-14 лет. В последующем исправить это гораздо сложнее.
При использовании специальной обуви либо индивидуальных ортопедических стелек зачастую удаётся вернуть стопу в положение нейтральной пронации и избежать чрезмерной перегрузки опорно-двигательного аппарата при беге и прыжках. Но использование данных изделий обязательно должно сочетаться с постоянным занятием лечебной физкультурой и массажем для мышц стоп и голеней.
Нормальной является пронация до 5 градусов во время стояния и до 15 градусов в момент максимальной нагрузки на стопу при приземлении во время бега. Для того чтобы определить степень пронации во время бега, используются специальные видео или фото фиксаторы в специализированных магазинах обуви и клиниках.
Тест на определение пронации стопы
В домашних условиях можно определить степень пронации с помощью теста оси пяточной кости и голени на фото голеностопного сустава сзади, стоя в покое, а также в момент опоры на стопу при беге, подсчитав угол между ними, оценить степень пронации.
Можно использовать «мокрый тест»: встать мокрыми ногами на лист картона или бумаги и обвести отпечаток ступни маркером. Но нужно понимать, что такие результаты будут приблизительными, поэтому лучше обратиться за помощью к специалистам.
Пример результатов «мокрого теста». Источник: Ортопедическая диагностика, Маркс В.О., 1978 год, с. 271
Гиперпронация и бег
Для здоровья бегуна, особенно по мере увеличения уровня физической нагрузки, очень важно уделить внимание контролю состояния стоп и голеностопных суставов. Именно эти суставы первыми принимают на себя нагрузку при соударении (бег и ходьба – череда контролируемых падений) массы нашего тела с поверхностью.
Даже тем бегунам, у которых своды стопы и движения в ней в норме, рекомендуется делать упражнения для укрепления мышц этой области. Особенно необходимо обратить внимание на комплексы упражнений для укрепления передней и задней большеберцовой мышцы.
При гиперпронации стоит выбирать обувь с увеличенной поддержкой продольного свода стопы (с супинатором). В специализированных спортивных магазинах для подбора кроссовок применяют анализ стоп с помощью специальных видео/фото фиксаторов.
Пронация и супинация
Из всех биомеханических процессов, происходящих в ногах человека во время бега или ходьбы, основными являются такие как пронация и супинация. Правильнее всего будет сначала определить эти два понятия:
Пронация — универсальный механизм амортизации, созданный природой и адаптированный под бипедальное (на двух ногах) передвижение человека. В чем суть этого процесса? При соприкосновении стопы с поверхностью её свод начинает становиться всё более плоским, гася тем самым ударную нагрузку (медицинское название — дорсифлексия). Его работа отдаленно напоминает работу автомобильной рессоры. Схематично это можно представить так:
В дополнение к работе свода включается и голень, смещаясь внутрь (Эверсия) и разворачивая стопу (Абдукция), что тоже увеличивает амортизацию. Общее увеличение поверхности соприкосновения даёт дополнительную устойчивость и улучшает отталкивание. Схема ниже:
Когда лишняя энергия была погашена, а центр тяжести бегущего (ну или идущего) человека начал перемещаться вперед по ходу движения, то в силу вступает вторая фаза шагового цикла.
Супинация — одновременно со смещением центра тяжести атлета, мышцы стопы и голени начинают усиливать свою работу, «включаться». Из подвижной системы они становятся жесткой, но упругой опорой, аккумулирующей энергию для будущего толчка. Супинация имеет обратные стадии относительно пронации, а именно: инверсия — возвращение голени в привычную плоскость работы; аддукция — стопа перестает находиться преимущественно на внутренней поверхности, опора на неё смещается в сторону плюсневых костей (т.е. вперед); и собственно супинацию — напряжение мышц и связок свода стопы, восстановление его прогиба. Приведем схему:
Если процесс пронации направлен на смягчение и правильность постановки стопы, то супинация способствует активной фазе толчка. Очень важно не путать эти два понятия, ведь они противоположно разные, однако во многих источниках термин супинация опускается и все фазы шага называют просто пронацией. С помощью вышеизложенного можно легко ориентироваться в тематике.
Кроме нормального проявления пронации и супинации описанных выше, распространены и их отклонения от нормы. Выделяют основные три группы людей с разной пронацией:
Отклонения стопы от нейтрального положения более чем на 4° уже можно называть нарушением. Это в свою очередь влечет изменения биомеханики опорно-двигательного аппарата, что чревато травмами, нерациональным распределением нагрузки и неэффективным использованием физических возможностей.
Гиперпронаторам свойственно значительное снижение продольного свода стопы. От этого неизбежно уменьшается амортизационный эффект. Связки постоянно находятся в растянутом положении, соответственно коэффициент их «свободного хода» невысок. При одних и тех же условиях нагрузки гиперпронатора и человека с нормальной постановкой ноги у первого возможно травмирование, тогда как второй может и не отреагировать на неё. Как всегда и бывает — проблема существует в комплексе с еще какой-либо проблемой. Так общее ослабление мышц стопы приводит к плоскостопию (снижению амортизации), увеличению нагрузки на колени, спину и так далее.
Ключевой особенностью гипопронаторов является недостаток прогиба стопы. Явление обратное гиперпронации, однако результат тот же — плохая амортизация и высокая степень возникновения травм. В первой шаговой фазе голень не сдвигается внутрь, а стремиться наружу, стопа же вместо опоры на свод опирается на наружный край. Как известно, эта часть стопы практически не пружинит, а геометрия двигательного аппарата не дает ей в должной мере переместить вес тела человека на сам свод. В просторечии это называется «косолапить».
Осуществляя выбор спортивной обуви необходимо учитывать, описанные в этой статье, особенности ваших ног. Крупные фирмы производители, такие как Mizuno (Мизуно), ASICS (Асикс), Salomon (Саломон), Saucony (Сайкони), Brooks (Брукс) и другие, ориентированные на профессиональных спортсменов и просто качественную обувь, всегда полагаются на эти параметры при конструировании кроссовок. Они имеют огромную научно-техническую базу, проводят испытания новых материалов, постоянно совершенствуются. Некоторую информацию по этой теме можно найти тут.
Для чего всё это нужно?
Если вы имеете нормальную пронацию, и не возникает дискомфорта при беге, то для вас подойдет обувь без каких-либо коррекций. Однако, при отклонениях от нормы необходима коррекция, приближающая вашу пронацию к норме. Для этого создают специальные компенсирующие механизмы подошвы. Их задача уберечь бегуна от травм, излишних перенапряжений и сделать бег более комфортным.
Кто-то может полагать, что это несерьёзно, что все технологии уже давно придуманы, а нововведения — маркетинговый ход. Однако среди профессиональных спортсменов и продвинутых любителей даже не возникнет сомнения, что это все крайне важно. Вы тоже можете в этом убедиться, слегка погрузившись в тематику.
Практические советы по выбору обуви для занятий спортом мы рассмотрим в другой статье. Сейчас же нужно, вооружившись новыми знаниями, понять какой вид пронации имеете вы. Существует два очень популярных метода, проще и лучше их которых придумать сложно.
Определение высоты свода стопы
Нормальная высота свода (при условии, что вы стоите на двух ногах) позволяет просунуть под стопу указательный палец на 11-25 миллиметров. Все что меньше 11 мм свидетельствует о недостаточной высоте свода, все что больше — о чрезмерной.
Второй вариант — встать мокрой или окрашенной чем-либо ногой на лист бумаги. Удачно будет надеть влажный носок и вставать в нем — картинка получится более точная. С помощью этого отпечатка можно визуально оценить продольный свод стопы, его подъем.
Попросите сфотографировать ваши ноги сзади. Стоять нужно без обуви на ровной поверхности. Сравнив фото и картинки ниже можно определить пронацию.
Конечно, в идеале, степень пронации надо определять во время бега, потому что стоя нагрузка на стопы не велика, и склонность к гиперпронации никак себя проявлять не будет.
Поздравляю! Сейчас вы стали мудрее и, в буквальном смысле, на шаг впереди от соперников и ближе к хорошему результату! С полученными данными мы можем переходить к следующему этапу. Это выбор спортивной обуви для ваших нужд и потребностей.
Что такое супинация стопы
В дистальном отделе нижней конечности при ходьбе происходят сложные движения. Для описания этих движений в ортопедии и подиатрии используется большое количество терминов.
Основными из них являются: периталарный сустав, эверсия, инверсия, супинация и пронация.
Периталарный сустав включает в себя сочленения между таранной и пяточной костями, а также таранной и ладьевидной костями. В суставе осуществляется эверсия и инверсия между таранной и пяточной костями в трех плоскостях, которое описывается как вращение вокруг оси, направленной медиально, спереди и сверху.
Эверсия и инверсия представляют собой относительно локальные процессы, которые не происходят изолированно, а являются частью супинации и пронации. Термины эверсия-инверсия чаще употребляют, когда имеют в виду открытую кинематическую цепь.
По сравнению с эверсией-инверсией пронация и супинация представляют собой более обширные процессы, которые захватывают всю дистальную часть нижней конечности. Термины пронация-супинация более применимы при обсуждении работы замкнутой кинематической цепи, когда стопа опирается на опору.
Пронация необходима для амортизации нагрузки, супинация необходима для выработки силы. Эверсия и инверсия происходят в заднем отделе стопы.
Эверсия – это поворот внутреннего края стопы в подошвенном направлении, когда задний отдел стопы устанавливается в вальгусное положение.
Инверсия представляет собой подъем внутреннего края стопы в тыльном направлении, когда пятка принимает варусное положение. Амплитуда этих движений колеблется от 5° до 10°. При эверсии оси таранно-ладьевидного и пяточно-кубовидного суставов оказываются параллельными в результате чего в обоих суставах осуществляются содружественные движения, которые обеспечивают гибкость и эластичность стопы для амортизации ударной нагрузки. При инверсии оси обоих суставов перестают быть параллельными и образуют между собой угол, открытый латерально и к тылу стопы. Инверсия блокирует возможность одновременных движений в таранно-ладьевидном и пяточно-кубовидном сочленениях и замыкает их, что приводит к возрастанию жесткости всей стопы. В таком состоянии стопа используется в качестве рычага 2 рода для отталкивания от опоры.
Рис. 1 Пронация и супинация, эверсия, инверсия, разгибание, сгибание, отведение, приведение
К более сложным движениям по сравнению с эверсией и инверсией относятся супинация и пронация стопы. В состав супинации входят такие движения, как инверсия, приведение (аддукция) и подошвенное сгибание стопы. В состав пронации входят эверсия, отведение (абдукция) и тыльное разгибание стопы.
Эверсия и инверсия, которые происходят в заднем отделе стопы, передаются через суставы среднего отдела стопы в передний отдел стопы и вызывают в нем аналогичные движения. Эверсия заднего отдела лежит в основе пронации всей стопы, инверсия заднего отдела составляет основу супинации всей стопы. При эверсии задний отдел стопы принимает вальгусное положение. В переднем отделе инверсия стопы способствует увеличению разгибания первой плюсневой кости и большого пальца, в то время, как эверсия способствует её сгибанию. Эверсия заднего отдела придает всем суставам гибкость и эластичность и позволяет увеличить подвижность переднего отдела стопы. В отличие от эверсии, при инверсии в заднем отделе, все кости стопы устанавливаются в положении максимального зацепления, вся стопа приобретает жесткость, необходимую для отталкивания от опоры.
При ходьбе сгибание и разгибание в голеностопном суставе связаны с внутренней и наружной ротацией голени вокруг продольной оси и с пронацией–супинацией всей стопы. Перед контактом с опорой стопа разогнута в голеностопном суставе. Во время контакта пятки с опорой стопа пронирована, голень ротирована во внутрь. Стопа совершает сгибание в голеностопном суставе и прилегает к опоре подошвенной поверхностью. Когда стопа находится на опоре, начинается разгибание в голеностопном суставе за счет того, что голень совершает движение сзади наперед по фиксированной стопе. Во время разгибания в голеностопе внутренний разворот голени сменяется на наружный, а пронация стопы сменяется на супинацию. Во время отталкивания от опоры стопа согнута и супинировна, голень повернута наружу.
Рис. 2. Пронация и супинация стопы на опоре. Вальгусное положение пятки при пронации, варусное положение пятки при супинации.
При движении в суставах стопы возникают значительные внутренние силы, величина которых зависит от положения заднего отдела стопы, который оказывает влияние на все суставы стопы. Степень взаимосвязи движений в суставах заднего и переднего отделов стопы оценивают с помощью визуального метода при пассивных и активных движениях стопы. Установить соотношение костей в суставах стопы во время ходьбы оказывается практически невозможно.
Для решения этой задачи применяют метод математического моделирования, в котором моделируется пронация, супинация и нейтральное положение стопы. По отношению к нейтральному положению пронация в 5° вызывает следующие изменения: нагрузка на продольный свод увеличивается на 22%, а момент движения в подтаранном суставе увеличивается на 47%. По отношению к нейтральному положению супинация в 5° вызывает следующие изменения: нагрузка на латеральный край стопы увеличивается на 47%, а момент движения в пяточно-кубовидном суставе увеличивается на 55%. Во время ходьбы в реальных условиях происходит изменение сил, близкое к тем, что рассчитаны на модели.
Амплитуда движений в суставах стопы связана со степенью ее нагружения. В ненагруженном состоянии имеется следующая амплитуда движений в суставах: в таранно-ладьевидном 18°, ладьевидно-клиновидном 7°, клиновидно-1 плюсневом 1-2°. В нагруженном состоянии амплитуда движений составляет: в таранно-ладьевидном суставе 7°, в ладьевидно-клиновидном 5°, в клиновидно-1 плюсневом 3-4°. Во время нагрузки на стопу изменяется соотношение костей стопы. При ходьбе, по мере нарастания нагрузки, 1 плюсневая кость совершает несколько сложных движений относительно других костей. По отношению к ладьевидной кости она совершает инверсию, а по отношению к таранной кости она осуществляет эверсию. По данным рентгенометрии смещение первого луча в сагиттальной плоскости возможно в пределах 6,5±2,5 мм. Движения в суставах заднего отдела стопы происходят по типу винтообразных с трансляцией таранной кости относительно пяточной. Во время супинации пяточная кость смещается кпереди по оси подтаранного сустава, а во время пронации возвращается обратно по той же оси. По мере увеличения нагрузки на стопу одновременно происходит подошвенное сгибание пяточной кости относительно большеберцовой, разгибание ее к тылу относительно таранной кости, а также увеличение амплитуды ротации суставов. В таранно-ладьевидном суставе происходит ротация 9°, в ладьевидно-1 плюсневом 7°.
Положение, движение и форма стопы в ненагруженном и нагруженном состоянии имеет значение для обуви. Конструкцию обувь делают такой, чтобы она поставила стопу в максимальное правильное положение и обеспечила оптимальное выполнение функции.
Для правильного распределения нагрузки по подошвенной поверхности стопы служат межстелечные слои, которые относятся к внутренним деталям обуви и включают в себя выкладку сводов, коски, супинатор и пронатор и т.д.
Выкладка сводов размещается в пяточно-геленочной части колодки. С помощью выкладки осуществляют поддержку продольных сводов стопы и выравнивают стопу. В зависимости от наличия выкладки, пронатора-супинатора изменяется толщина межстелечного слоя.
Ортопедические стельки с выкладкой обычно начинают применять при второй степени плоскостопия, когда имеется ощутимое снижение высоты сводов стопы, нарушение формы стопы, которая не носит фиксированный характер и не мешает пользоваться стандартной обувью с вкладной стелькой, снабженной межстелечным слоем. Межстелечные слои изготавливаются из пенопласта, эвапласта, композитных материалов, коры пробкового дуба, пористой резины, войлока и сверху покрываются кожей.
Основой пенопласта являются полихлорвинил (ПХВ), полиэтилен, полиуретан. Это искусственные смолы с добавлением порошкообразных веществ, которые образуют пористую, легкую структуру. Они обладают малой плотностью и способны приформовываться к стопе в процессе эксплуатации обуви. Недостатком таких материалов, как пенополиэтилен, пенорезина и полиуретан является слабое поглощение влаги и отсутствие воздухопроницаемости.
Эвапласт или ЭВА ( EVA), этиленвинилацетат – вспененный каучук, композитный полимерный материал, относящийся к полиолефинам, экологически чистый материал. Выпускается в виде листов толщиной от 2 до 50 мм. Имеет пористую структуру. Деформационная стойкость достигает высоких показателей. Твердость по Шору 40± 5, диапазон от 20 до 75, у листа с плотностью в 0,25 г/см3 достигает 70. Относительная плотность 100±10 кг/м3. ЭВА в 4 раза легче, чем ПВХ. Для ЭВА характерны эластичность, упругость, гибкость, высокие амортизационные способности, износостойкость, устойчивость к воздействию химических веществ, отсутствие способности к поглощению влаги с водопоглощением менее 5%, гигиеничность, полное отсутствие запаха. Материал не вызывает аллергии, что позволяет применять его в медицине и находит широкое применение в производстве ортопедической обуви для детей и взрослых.
Рис. 3. Материал ЭВА в виде листов
В стандартных мужских стельках, которые имеются в широкой продаже, высота внутреннего свода составляет 18 мм, наружного 10 мм, в женских стельках для обуви на низком каблуке высота внутреннего свода 16 мм, наружного 7 мм.
При наличии поперечного плоскостопия для подъема головок плюсневый костей женскую стельку снабжают метатарзальным валиком Зейца высотой 6-9 мм. Нижняя поверхность межстелечного слоя соответствует форме следа стандартной обуви, в центре пятки высоту слоя делают минимальной. В стандартных стельках практикуют конструкцию, включающую верхний слой из юфти и карман полукруглой формы, в который помещают резиновый вкладыш.
В компании «Персей» стельки с пронатором применяют, как правило, у лиц, леченных по поводу косолапости. В таких изделиях пронатор делают по всей длине стопы.
При супинации переднего отдела стопы, пронации заднего отдела, статической недостаточности стоп изготавливают стельки с пронатором в области пучков в сочетании с пяточным супинатором.
При поперечном плоскостопии, вальгусной деформации большого пальца делают стельки с метатарзальным валиком, супинатором пятки и выкладкой продольного свода, которая осуществляет супинацию продольного свода.
Рис. 4. Пронатор стопы в стельках П-7 и П-8.
Рис. 5. Стельки П-20 с пронатором переднего отдела стопы при супинации и варусе стопы
Рис. 6. Стельки П-4 деторсионные
Рис. 7. Стельки П6А при продольно-поперечном плоскостопии
Леденева И.Н. Индивидуальное изготовление и ремонт обуви. Академия. М., 2004.
Мицкевич В.А. Подиатрия. Бином. М., 2004.
Автор статьи: Мицкевич В.А. доктор медицинских наук
