Біомеханіка крісла колісного

Вступ(edit|edit source)

За словами McLaurin & C. E. Brubaker (1), біомеханіка крісла колісного передбачає вивчення того, як його користувач передає зусилля колесам для досягнення руху і допомагає нам зрозуміти, як тіло користувача взаємодіє з кріслом колісним. Оскільки крісло колісне може рухатися накатом, прикладання сили не обов’язково має бути безперервним, після кожного силового поштовху може наступати період відновлення, причому частота рухів залежить від уподобань користувача та характеристик руху накатом крісла колісного. Останній описується термінами опір коченню, опір вітру та нахил поверхні. Від цих трьох чинників залежить потужність, необхідна для приведення в рух крісла колісного і вона повинна відповідати вихідній потужності користувача. Коефіцієнт корисної дії рушійної сили – це відношення цієї вихідної потужності до метаболічних витрат. (1)

Ручне приведення в рух крісла колісного, як у повсякденному використанні, так і під час спортивного використання вивчається все більше, зокрема, з точки зору фізіологічних, інженерних та біомеханічних аспектів з акцентом на ергономіку і механізми травм та, особливо, явищ надмірного навантаження верхньої кінцівки. (2)(3) Завдяки лабораторному синхронізованому аналізу моделі (зразків) рухів, було отримано розуміння моделі генерації сили та моделі м’язової активності в динаміці руху крісла колісного з ободом для рук у людей з обмеженням повсякденної життєдіяльності з різними рівнями фізичної активності та функціональним потенціалом. (3)

Важливою навичкою, пов’язаною з переміщенням крісла колісного є штовхання.

Штовхання крісла колісного за допомогою обох верхніх кінцівок є основним засобом маневрування кріслом колісним з ручним керуванням. Під час циклу штовхання крісла колісного для руху є дві окремі фази;

  1. Фаза пропульсії або поштовху, яка починається, коли рука входить у контакт з ободом для штовхання, і триває до моменту, коли контакт припиняється в кінці штовхального руху.
  2. Фаза відновлення – це період, коли рука не знаходиться у безпосередньому контакті з ободом, тому охоплює рух, коли руки від’єднуються від ободу, поки верхні кінцівки не повернуться назад, щоб знову торкнутися обода для початку наступного пропульсивного руху.

У дослідженні було ідентифіковано чотири типи моделей руху: з дугоподібним поштовхом, одинарний цикл поштовху, подвійний цикл поштовху та напівколовий, які змінюються залежно від траєкторії руху руки, коли рука перебуває в фазі відновлення. Ця мінливість у техніці руху може бути частково пов’язана з рівнем і типом порушення, але також пов’язана з рівнем навчання навичкам користування кріслом колісним, до якого користувач мав доступ.(4)

Функції, необхідні для крісла колісного, залежать від характеристик користувача та запланованої активності. Ідеальне для людини крісло колісне матиме характеристики, які точно відповідають цим вимогам і заняттям. Таким чином, призначення полягає не просто у виборі крісла колісного, а у виборі його компонентів, які найбільше відповідають призначенню, до яких належать колеса, шини, передні направляючі колеса, рами, підшипники, матеріали, деталі конструкції, сидіння, спинки, підлокітники, підніжки, підголівники, фіксатори коліс, ходові гальма, ободи, важелі, аксесуари, регулювання та знімні частини. Кожен компонент розглядається щодо робочих характеристик, зокрема, опору коченню, універсальності, ваги, комфорту, стійкості, маневреності, транспортування, зберігання, довговічності і обслуговування. (1)

Чинники, що впливають на мобільність( edit | edit source )

Тертя(edit|edit source)

Опір коченню крісла колісного буде вищим, якщо присутній вищий рівень тертя, тому користувачеві буде потрібно витрачати більше енергії для його руху. Але в деяких випадках чинники, пов’язані з тертям на кріслі колісному, можуть поліпшити комфорт і стабільність для користувача, тому, загалом, найліпшим буде прийняте рішення з компромісом відповідно до характеристик користувача. У цьому розділі ми проаналізуємо, як наступні чинники впливають на здатність крісла колісного котитися:

Розподіл маси між передніми та задніми колесами; ( edit | edit source )

Перерозподіл маси на передні колеса викликає більше тертя, але в той же час робить крісло більш стійким. Стандартне крісло колісне має розподіл маси 50/50%, а регульоване полегшене крісло (відповідно до регулювання) має розподіл до 80% маси на заднє колесо та 20% на переднє (приблизно). Завдяки цьому воно перекочується ліпше, ніж звичайне крісло колісне, але є менш стійким, тому потребує більшої майстерності у користуванні.

Місцевість, де використовується крісло колісне ( edit | edit source )

М’яка земля створює більше тертя і тому вимагає більше зусиль для переміщення крісла. Тертя є набагато меншим на твердому ґрунті або твердій поверхні.

Розмір і конструкція задніх коліс ( edit | edit source )

Пневматичні (наповнені повітрям) колеса зручніші, оскільки вони забезпечують ліпшу амортизацію, але оскільки вони м’якші, вони також забезпечують більший опір коченню. Правильно накачана пневматична шина котиться легше, ніж шина з недостатнім тиском. Багато клієнтів уникають пневматичних передніх коліс, оскільки вони потребують багато уваги та легко проколюються. З другого боку, суцільнолиті шини, набагато твердіші, тому знижують опір, але забезпечують меншу амортизацію для користувача. Маленькі колеса мають менше тертя, оскільки вони мають меншу поверхню контакту з підлогою, але користувачі відчувають менший контроль, тоді як великі колеса мають ліпше зчеплення, але створюють більше тертя, оскільки вони мають більшу поверхню контакту.

Розмір передніх направляючих коліс ( edit | edit source )

Великі колеса більше рекомендуються для вулиці і нерівної підлоги, тоді як маленькі колеса ліпші для використання в приміщенні та для занять спортом, оскільки вони швидше обертаються на гладких і твердих поверхнях. Проте правильний розмір визначається поєднанням поверхні, на якій буде використовуватися крісло колісне, розподілом маси в кріслі колісному та типом активності, до якої залучений користувач крісла колісного.

Центр маси крісла колісного ( edit | edit source )

Переміщення центру маси назад і вгору збільшує навантаження на задні колеса та робить крісло легшим у користуванні, але більш нестабільним. Зміщуючи центр маси вниз і вперед, крісло набуває стабільності, але керувати ним стає важче. Зазвичай ви можете досягти компромісу відповідно до потреб користувача. Може знадобитися додати захисні пристрої, такі як колеса від перекидання.

Відстань між осями передніх і задніх коліс( edit | edit source )

Довга колісна база ліпше тримає курс, йде по прямій (тому гоночні крісла дуже довгі). Коротка колісна база є більш плавною і її легше повертати або об’їжджати нею перешкоди (ось чому баскетбольні крісла, як правило, мають меншу відстань).

Кут задніх коліс (розвал)( edit | edit source )

Мінімальне тертя досягається у разі вертикального положення задніх коліс у нейтральному положенні, які розташовані паралельно кріслу колісному та перпендикулярно підлозі. Збільшення розвалу коліс, тобто, якщо колеса мають додатковий кут і тому більшу ширину біля основи, дає користувачеві ліпший контроль для спрямування крісла, але збільшує опір руху. З іншого боку, зменшення розвалу, коли колеса мають від’ємний кут і меншу ширину в основі, створюватиме більше тертя, а отже, більше нестабільності. (Рис.8)

Кут повороту передніх коліс( edit | edit source )

Колеса розташовані під кутом 90º, щоб зберегти однаковий механічний баланс у всіх напрямках. Якщо кут більш відкритий або менш відкритий, передня частина рами буде вище або нижче в залежності від напрямку і створить додатковий опір і тертя руху.

Чинники, що впливають на рух( edit | edit source )

Конструкція крісла колісного повинна забезпечувати ефективний рух разом із мінімальними витратами енергії. Через свої особисті обставини кожен користувач має різну рушійну здатність, яка часом може бути обмеженою. Ось чому, щоб оптимізувати штовхання, важливо пам’ятати про наступні важливі чинники, які впливатимуть на комплектацію крісла відповідно до потреб кожного користувача.

Амплітуда рухів і активність м’язів( edit | edit source )

Wheelchair Biomechanics - Fig 1.jpg

Ступінь рухливості тулуба, плечових і ліктьових суглобів, зап’ясть та пальців користувача може обмежити можливість виконання всієї оптимальної траєкторії руху.

Якщо користувач має хорошу рухливість у цих суглобах, найефективніша техніка поштовху вказана на рис.1, починаючи з-за тулуба і закінчуючи на рівні середини стегна. Таким чином, активність м’язів руки дозволяє добре застосовувати зусилля.

Постава(edit|edit source)

Wheelchair Biomechanics - Fig 2.jpg

Щоб мати можливість правильно рухатися та використовувати всю енергію під час руху, користувач повинен сидіти правильно (прямо) у симетричному положенні. У цьому положенні користувач може повністю дістатися до ободів для штовхання і виконати повний рух рукою, щоб розпочати рух колеса ззаду, прикладаючи силу протягом повного руху.

Якщо користувач змістився вперед на сидінні, як показано на мал. 2, ободи будуть занадто високо, і може бути незручно починати рух ззаду, тому користувач буде прагнути почати штовхання більш попереду на колесі, таким чином маючи коротший і менш ефективний хід поштовху.

Висота і положення коліс ( edit | edit source )

Для досягнення більш ефективного руху задні колеса повинні бути розташовані так, щоб користувач із розслабленим плечем кінчиками пальців міг торкатися осі заднього колеса (рис. 3). Якщо вісь колеса вища, ніж зазначено, обід також буде високо і користувачеві доведеться більше згинати руки, щоб рухатися (рис. 4), що може зробити рух більш неефективним і незручним. Те саме відбувається, якщо вісь колеса знаходиться нижче кінчика пальців. Користувачеві доведеться виконувати рух із витягнутими руками, і він не зможе застосувати необхідну силу для руху (рис. 5). Висота подушки також може впливати та змінювати висоту центру маси, тому висоту подушки слід враховувати під час підготовки крісла колісного.

Wheelchair Biomechanics - Fig 3 - 5.jpg

Це ж правило також стосується оптимального положення колеса. Якщо колесо розташоване більш допереду, а вісь залишається перед пальцями, користувач починатиме рух у точці на колесі, яка знаходиться занадто далеко назад і не зможе завершити весь хід поштовху (рис. 6). У той час, якщо вісь знаходиться позаду пальців, користувач почне рухати колесо з більш передньої точки на колесі і, отже, матиме коротший і менш ефективний хід поштовху (рис. 7).

Wheelchair Biomechanics - Fig 6.jpg
Wheelchair Biomechanics - Fig 7.jpg

На стійкість крісла колісного також впливає положення заднього колеса. Якщо колеса знаходяться більш позаду, крісло буде більш стійким (у випадку стандартних крісел колісних), але також потребуватиме більше енергії для руху. Балансування на задніх колесах буде складніше або неможливо виконати.

У легких крісел, як правило, задні колеса розміщені більш допереду, у порівнянні з стандартними кріслами колісними. У цьому випадку ви втрачаєте стабільність, але потребуєте меншого зусилля і енергії для руху. Виконувати балансування теж буде набагато легше. Це динамічна позиція.

Розмір колеса( edit | edit source )

Колеса менші за 600 мм (24 дюйми) зазвичай використовуються для користувачів із труднощами рухів у плечових суглобах або кіфозом. Колеса меншого розміру також використовуються в дитячих кріслах, щоб обод для штовхання залишався на висоті, яка більше відповідає довжині рук дитини.

Відстань між осями( edit | edit source )

Велика відстань між задньою і передньою осями дозволяє підтримувати більш стабільний і прямий курс, але для обертання потрібно більше енергії. Коротка колісна база легко обертається, і з нею легше керувати, оскільки вона потребує менше енергії для руху.

Кут колеса (розвал)( edit | edit source )

Оптимальний рух здійснюється, якщо задні колеса розташовані паралельно сидінню. Таким чином відстань рук до тіла є достатньою для того, щоб докласти енергію, необхідну для правильного руху. Якщо колеса ширші біля основи, крісло колісне більш стійке, але підлокотники ближче до тіла. Потрібне більше відведення плечей, і тоді поштовх буде складнішим і менш ефективним. Якщо колеса розташовані ближче одне до одного біля основи, плечі будуть дуже далеко від тіла, і буде важко застосувати необхідну силу для руху. Крім того, крісло більш нестійке, тому цей варіант ніколи не обирають. (Рис.8)

Wheelchair Biomechanics - Fig 8.jpg

Посилання(edit|edit source)

  1. 1.0 1.1 1.2 McLaurin CA, Brubaker CE. Biomechanics and the Wheelchair. Prosthetics and Orthotics International. 1991 Jan 1;15(1):24-37.
  2. Van der Woude LH, Veeger HE, Dallmeijer AJ, Janssen TW, Rozendaal LA. Biomechanics and Physiology in Active Manual Wheelchair Propulsion. Medical Engineering and Physics. 2001 Dec 1;23(10):713-33.
  3. 3.0 3.1 Vanlandewijck Y, Theisen D, Daly D. Wheelchair Propulsion Biomechanics. Sports Medicine. 2001 Apr 1;31(5):339-67.
  4. Morgan KA. Wheelchair Training Program for New Manual Wheelchair Users. Washington University. 2015 Available at: https://openscholarship.wustl.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1493&context=art_sci_etds


Професійний розвиток вашою мовою

Приєднуйтесь до нашої міжнародної спільноти та беріть участь в онлайн курсах для фахівців з реабілітації.

Переглянути доступні курси