ЭРГОНОМИЧНАЯ ОБУВЬ НА ВЫСОКОМ КАБЛУКЕ
ERGONOMIC HIGH-HEEL FOOTWEAR

Изобретение относится к моделированию и пошиву женской обуви на высоком каблуке (ОВК). Целью изобретения является уменьшить опорную нагрузку на передний отдел стопы (ОСС) в ОВК и добиться максимального соответствия обуви изменениям формы стопы при подъеме на каблук. Современные модели ОВК имеют искривления опорного следа стопы только в сагитальном сечении. Это связано с ложном преставлении о том, что при подъеме на каблук происходит удлинение ОСС, почему передний наклон каблучной части подошвы (КЧП) ОВК достигает 40 градусов. Избыточный передний наклон КЧП создает эффект скольжения пятки в сторону носка. При патентном поиске был выявлен прототип US 2010/0180467 A1 (ANGELA SINGLETON) Jul. 22,2010, в котором автор предлагает уменьшить нагрузку на ПОС с помощью специальной стельки, создающей дополнительную опору для пятки против скольжения вперед за счет упруго эластичного супинатора, выполняющего продольный свод стопы. Стелька укорочена по длине, не покрывает КЧП и не меняет угла переднего наклона КЧП. Несущий супинатор создает давление на подошвенный апоневроз (ПА) в проекции пяточной шпоры, и его атрофию. Анализ биомеханики стопы в ОВК обнаружил ранее неизвестные закономерности. Выяснено и математически доказано, что нормальная стопа не может увеличить длину ОСС, т.к. ее крайние точки (пяточная кость и пальцы) фиксированы продольными волокнами ПА. Теоретически установлено и клинически доказано, что тыльное сгибание пальцев вызывает относительное укорочение ПА, ведущее: а) к подошвенной девиации головок плюсневых костей (ГПК); б) к отклонению пяточного бугра вперед, что приводит: в) к углублению продольных сводов стопы, что вызывает: г) пронацию ПОС и супинация ЗОС, что: д) отклоняет таранную кость и ее центр тяжести тела кнаружи. Перечисленные изменения формы стопы учитываются при изготовлении эргономичной обуви на высоком каблуке, что достигается:
1. уменьшенным передним наклоном КЧП,
2. созданием наружного наклона КЧП,
3. наружным смещением центра опоры каблука относительно центра пятки.
Женскую модельную ОВК следует приравнивать к экстремальной, т.к. стопа не имеет природных механизмов, компенсирующих изменения формы стопы при подъеме на каблук.
Так женская стопа в ОВК, аналогично протезу, может нести только опорную функцию. Регулирующие функции стопы, такие как:
1. равномерно распределять вес тела на площадь опоры,
2. амортизировать шаговый импульс,
3. создавать носком силовое отталкивание,
4. удерживать равновесие стоя на одной стопе,
практически полностью выключены.
Если при подъеме на каблук отклонение пальцев к тылу стопы достигает 90 градусов относительно плюсневых костей, относительное укорочение апоневроза составит ¼ длины окружности, радиус которой равен радиусу ГПК. Так относительное укорочение составит:
а) для 1-го пальца: pi*d*90:360=3,14*3,5*90:360=2,7 см,
б) для 5-го пальца: pi*d*90:360=3,14*1,0*90:360=0,78 см, где d - диаметр ГПК.
На фиг.9 показана подошвенная девиация пястных костей при тыльном сгибании пальцев на 90 градусов. При этом ПОС пронируется (опускается в сторону подошвы) на угол АВС, определяемый разностью диаметров ГПК и составляющий примерно 12 градусов.
Факт углубления продольного подошвенного свода был установлен при изучении фотографий стопы в профиль с нанесенными на кожу метками. На абрисе с фотографии медиального края правой стопы (фиг.4) видно, что при подъеме на каблук, высотой 33% (1/3) длины стопы, глубина свода увеличивается на 23-24 градуса. Пятка поднимается на каблук за счет сгибания в плюснефаланговых суставах по линии пальцевого сгиба. Пронация ПОС, фиксированного на подиуме, ведет к ответному наклону стопы кнаружи (супинации) и к скручиванию ее вдоль продольной оси. На фиг.1-2 (абрис с фотографий, выполненных сверху), отмечается отклонение стоп кнаружи (супинация пяток) при переходе от опоры на всю стопу к опоре на носки. Положение фиксировалось при условии равномерности опорной нагрузки на ГПК. Угол АВС образован пересечением линий пальцевых сгибов.
При взгляде сзади (Фиг.3) наружный наклон стоп ведет к супинации пяток, опорные плоскости которых при пересечении с горизонталью образуют углы ВАС и ВСА. Величина этих углов зависит от высоты каблука.
Т.к. таранная кость отклоняется вместе со стопой, центр тяжести тела (ЦТТ) также отклоняется кнаружи пропорционально высоте каблука. На фиг.6 показано отклонение ЦТТ кнаружи на угол ОКМ.
Для компенсации происходящих изменений формы стопы пропорционально высоте каблука
1. создается наружный наклон КЧП,
2. уменьшается передний наклон КЧП,
3. центр опоры каблука на подиум смещается кнаружи.
Наружный наклон КЧП позволит снять избыточную нагрузку на медиальный край ПОС, вызванную подошвенной девиацией плюсневых костей. При максимальной эргономичной высоте каблука, составляющей 1/3 длины стопы, оптимальный наружный наклон КЧП равен 12 (11-13) градусам (угол АВС фиг 6). Увеличение высоты каблука на 1 см свыше 3 см увеличивает наружный наклона КПЧ на 1,33 градуса на каждый сантиметр высоты (1,33 гр.*4=5,3 градуса и т.д.). Высота каблука до 3-х см включительно наружного наклона КЧП не требует, т.к. изменения формы стопы минимальны.
На ПОС на высоком каблуке действуют 2 силы:
а) сила гравитации, имеющая вертикальный вектор и
б) сила скольжения стопы вперед по наклонной плоскости КЧП обуви (горизонтальный вектор).
Построение параллелограмма разложения силы тяжести (Р=100 кг) приложенной к таранной кости в положении стоя на одной ноге (Фиг.8 ОР), указывает на то, что на каблуке, равном 1/3 длины стопы, 68,3% силы тяжести действует на пяточную кость, а 31,7% на передний отдел стопы.
Сила тяжести P1, действующая на бугор пяточной кости, в свою очередь раскладывается на вертикальный и горизонтальный модули. Каблук принимает на себя вертикальный модуль, а горизонтальный модуль по наклонной плоскости вдавливает пальцы в носковую часть обуви. Величина горизонтального модуля прямо пропорциональна переднего наклона КЧП обуви относительно горизонтали. На фиг.8 представлено разложение вертикального модуля опорной нагрузки Р1=68,3% веса тела, приходящейся на пяточный бугор на высоком каблуке. При наклоне КЧП вперед на 10 градусов передний модуль (СА), действующий на ПОС, равен 16,2% от Р1, при угле 20 градусов (СВ) - 28,5%, при угле 35 градусов (CD) - 42,2% от P1.
Учитывая факт отклонения пяточного бугра вперед при углублении продольного свода, возможно соответственно уменьшать передний наклон КЧП. Расчеты показывают, что при высоте каблука в 1/3 длины стопы, соответствует оптимальный передний наклон КЧП 18 градусов. 1 см высоты каблука требует 2 градуса переднего наклона КЧП. Подобная градация может быть применена к любой высоте каблука.
Отклонение таранной кости и центра приложения силы тяжести кнаружи, обуславливает необходимость соответствующего смещения центра опоры каблука на подиум (MN фиг.6) для устойчивости опоры.
Смещение каблука относительно центра пятки К (фиг.5) равно произведению высоты каблука (h) на тангенс (tg) угла АВС (фиг.6) наружного наклона КЧП: h*tg12=8*0,22=1,76 см.
Приведенная формула верна для всех размеров обуви на каблуке 4 см и выше.
Оптимальная высота каблука должна быть строго привязана к размеру стопы. Подъем на каблук ведет к переходу ПОС из горизонтального положения в вертикальное. Переход происходит по дуге окружности, радиус которой равен расстоянию между центрами вращения таранной кости и ГПК-1 (ОМ фиг.8). Измерения рентгенограмм и расчеты показывают, что при наклоне ПОС под углом 70 градусов к горизонтали, высота каблука составляет 1/3 длины стопы. Дальнейшее увеличение угла наклона значительно увеличивает нагрузку на передний отдел стопы, практически не меняя высоты каблука. Увеличение размера стопы на 1 см увеличивает высоту оптимального каблука на 3,5 мм. Высота каблука есть перепад высот по вертикали между центром пятки и опорой ГПК-1, (D и С Фиг.5).
Изменения формы стопы определяются единым фактором относительного укорочения ПА при подъеме на высокий каблук. По этой причине изменения формы эргономичной обуви функционально тесно связаны между собой и по отдельности использованы быть не могут.
Существенными признаками изобретения являются:
1) наружный наклон КЧП,
2) уменьшенный передний наклон КЧП,
3) смещенный кнаружи центр опоры каблука на подиум.
Наружный наклон КЧП может быть достигнут двумя способами:
а) соответствующим (клиновидной формы) углублением наружного края КЧП (угол АВС фиг.6) и или
б) клиновидным утолщением внутреннего края опорной стельки КЧП (поз.1 фиг.7) с одновременным упрочнением наружной части задника от стаптывания (поз.2 фиг.7).
На фиг.10 представлен абрис медиального края реальной туфли на литой подошве. АВ - каблучная часть подошвы соответствует заднему отделу стопы и составляет 30% длины опорного следа. ВС - пучковая часть подошвы соответствует продольному своду (перейме) стопы и составляет 40% длины опорного следа. CD - носок обуви соответствует пальцам стопы и составляет 30% длины опорного следа стопы (по 1-му пальцу). Br, Cr - радиусы дуги перехода от одной части подошвы к другой, который равен приблизительно 3 см.
При увеличении радиуса нарастает опорное давление на подошвенный апоневроз в проекции продольного свода, что может привести к его атрофии. Уменьшение переднего наклона КЧП по медиальному краю подошвы на угол АВС произведено за счет утолщения подошвы.
На фиг.11 изображен принцип уменьшения переднего наклона КЧП по латеральному краю подошвы за счет ее клиновидного истончения. Такие изменения переднего наклона КЧП позволяют одновременно создавать необходимый наружный наклон КЧП. Остальные позиции и обозначения на фиг.11 соответствуют фиг.10.
В результате с учетом ранее изложенного получается женская обувь на каблуке высотой 15% от длины стопы и более, имеющая изгибы опорного следа в сагиттельном сечении и передний наклон каблучной части подошвы, достигающий 35-40 градусов к горизонтали, отличающаяся тем, что имеет:
1. наружный наклон каблучной части подошвы обуви и
- наружный наклон составляет 1,3-1,4 градуса на см высоты каблука;
- наружный наклон дополняется торсией (скручиванием) жесткого геленка соответственно углу наружного наклона каблучной части подошвы;
2. уменьшенный передний наклон каблучной части
- передний наклон каблучной части подошвы составляет 2 (1,8-2,2) градуса на 1 см высоты каблука,
- изгиб подошвы от каблучной части к пучковой и от пучковой части к носковой осуществляется по дуге радиусом 3 см;
3. центр опоры каблука на подиум смещен кнаружи относительно центра пятки на величину, равную произведению высоты каблука на тангенс угла наружного наклона каблучной части подошвы.
Перечисленные изменения формы обуви на высоком каблуке позволяют достичь максимального соответствия формы стопы и формы обуви. Это, в свою очередь, позволяет оптимально распределить опорную нагрузку на отделы стопы, уменьшить риск негативного воздействия высокого каблука на стопу, предупредить раннюю деформацию переднего одела стопы, расширить возрастной, весовой и временной диапазоны ношения обуви на высоком каблуке.
Описание чертежей и сокращений.
Фиг.1. Абрис фото в позиции «пятки вместе, носки врозь», опора на всю стопу, вид сверху. АВ и ВС - линии пальцевого сгиба.
Фиг.2. То же, что и фиг.1 в положении опоры на носки, вид сверху.
Фиг.3. То же, что и фиг.2, вид сзади. ВАС и ВСА - углы наружного наклона (супинации)пяток.
Фиг.4. Абрис фото медиального края правой стопы. Углубление продольного свода при переходе к опоре на носок. АВС - углы продольного свода.
Фиг.5. Абрис опорного следа левой стопы. С - центр пятки. DC - линия продольного свода. DB - линия поперечного свода. АА - линия сечения (фиг.6, 7).
Фиг.6. Сечение АА (фиг.5) правой стопы на высоком каблуке, вид сзади. Вариант достижения наклона каблучной части подошвы кнаружи за счет углубления подошвы. О - центр тяжести тела, АВС - угол наружного наклона подошвы, ОК - вертикальная ось стопы без каблука, ON и КМ - вертикали, MN - смещение центра опоры каблука кнаружи. К - центр пятки.
Фиг.7. Сечение АА (фиг.5). Вариант достижения наружного наклона каблучной части подошвы за счет клиновидного утолщения стельки КЧП. O - центр тяжести. АВС - угол наклона подошвы. 1 - клиновидная стелька. 2 - упрочненная наружная часть задника.
Фиг.8. Схема распределения веса тела на отделы стопы на каблуке. O - центр тяжести. ОР - сила тяжести тела. ОРРЕ - параллелограмм разложения силы тяжести на передний и задний отделы стопы. ОЕ - передний модуль. OF - задний модуль. CP1 - задний вертикальный модуль. СА, СВ, CD - передние скользящие модули силы Р1, действующие на носок. СР1, AP1, BP1, DP1 - величины вертикальных модулей силы, действующей на задний отдел стопы.
К - центр опоры каблука. ОМ - радиус дуги, по которой стопа поднимается на каблук. М - центр вращения головки 1-ой плюсневой кости. N - проекция силы тяжести на подиуме.
Фиг.9. Схема подошвенной девиации головок плюсневых костей при тыльном сгибании пальцев на 90 градусов. АВС - угол пронации переднего отдела стопы при подъеме на высокий каблук.
Фиг.10. Абрис внутреннего края правой туфли на литой подошве. АВ - каблучная (задняя) часть подошвы (КЧП). ВС пучковая (передняя) часть подошвы. CD - носковая часть подошвы. Br, Cr - радиус дуги перехода от одной части подошвы к другой. ВАЕ - угол наклона КЧП.
Фиг.11. Абрис наружного края правой туфли. Обозначения те же, что и на фиг.10.
СОКРАЩЕНИЯ
ОСС - опорный след стопы
ГПК - головка плюсневой кости
ЗОС - задний отдел стопы
ПОС - передний отдел стопы
ПА - подошвенный апоневроз
ЦТТ - центр тяжести тела
КЧП - каблучная часть подошвы
ОВК - обувь на высоком каблуке.