دمج تحليل المشي والنمذجة بالعناصر المنتهية لتحسين النعال الموازنة لقرحات العقب

لماذا حماية الكعب مهمة

بالنسبة للأشخاص المصابين بالسكري، قد يتحول جرح صغير في الكعب إلى إصابة خطيرة بطيئة الشفاء وقد تؤدي حتى إلى البتر. هذه القرح في الكعب، المسماة قروح العقب، تنجم غالبًا عن ضغط مرتفع تحت الكعب في كل مرة يقف أو يمشي فيها الشخص. تدرس هذه الدراسة عنصراً بسيطاً على نحو مخادع — كيفية حفر فراغ تحت الكعب داخل نعال الحذاء — وتُظهر أن الشكل والحجم الدقيقين لذلك الفراغ يمكن أن يحدثا فرقًا كبيرًا في حماية الجلد الهش ومنع تكرار القروح.

كل خطوة كمصدر للضرر

عند المشي، يكون الكعب أول جزء من القدم يلامس الأرض، ويحمل لحظة أكثر من نصف وزن الجسم. في الأشخاص المصابين بالسكري، قد تخفف أذية الأعصاب الإحساس بالألم، لذلك قد تمر مستويات خطرة من الضغط دون ملاحظة. مع مرور الزمن، يمكن لهذا التحميل المتكرر أن يسحق الأوعية الدموية الصغيرة، ويحرم الأنسجة من الأكسجين، ويؤدي إلى تدهور الجلد، مكونًا قروحًا مؤلمة وصعبة الشفاء ومكلفة جدًا على أنظمة الرعاية الصحية. تخفيف الحمل — استراتيجية تُوزّع الضغط بعيدًا عن المناطق عالية الخطورة — هو بالفعل عنصر مركزي في رعاية قدم السكري. ومع ذلك، على الرغم من أن الأطباء يستخدمون قصات وفراغات ومواد لينة في النعال، فقد كان هناك قدر مفاجئ من قلة الأدلة الحاسمة حول أي أشكال الفراغ تعمل بشكل أفضل تحت الكعب.

اختبار أشكال فراغ مختلفة

ركز الباحثون على ثلاث هندسات بسيطة لمكان فارغ (أو "فراغ") تحت جرح مخطط للكعب: أسطوانة، كرة، ومخروط. اختُبر كل شكل بثلاثة أحجام: أصغر بنسبة 50% من الحجم السريري الشائع، والحجم الشائع نفسه، وأكبر بنسبة 50%. صُنعت جميع النعال من نفس رغوة التوسيد وطُوّرت بدقة باستخدام تصميمات بمساعدة الحاسوب بحيث لم يتغير سوى شكل وحجم الفراغ. سار متطوع سليم حافي القدمين ثم ارتدى كل نعال أثناء المرور فوق منصة مستشعرة للضغط، ما أتاح للفريق قياس كيفية إعادة توزيع كل تصميم للضغط تحت القدمين أثناء المشي الطبيعي.

دمج المشي الواقعي مع النماذج الحاسوبية

قياس الضغوط على سطح الجلد يروي نصف القصة فقط. قد يقلل النعل بشكل كبير من الضغط عند الكعب لكنه لا يزال يُطوّر إجهادًا داخليًا خطيرًا يؤدي إلى تشقق أو تشوه أو فقدان الدعم مع مرور الوقت. لمعالجة هذا، جمع المؤلفون قياساتهم الحركية مع محاكاة حاسوبية مفصّلة تُعرف بتحليل العناصر المنتهية. باستخدام اختبارات مادية فعلية للرغوة لإعداد نموذجهم، حسبوا كيف غيّر كل شكل وحجم فراغ الإجهاد والتشوه داخل النعل أثناء لحظتين أساسيتين في المشي: لحظة ملامسة الكعب للأرض والفترة التي يكون فيها الكعب محملاً بالكامل.

ما الذي ساعد الكعب — وما الذي ضغط على النعل

أظهرت اختبارات المشي أن الأشكال الثلاثة خفضت ذروة الضغط مقارنةً بالمشي حافيًا، لكنها لم تكن متساوية. أنتج الفراغ المخروطي أكبر انخفاض، حيث خفض ذروة ضغط الكعب بنحو ثلث في كلا القدمين. قدم الفراغ الكروي أداءً قريبًا جدًا، بينما أعطى الفراغ الأسطواني انخفاضًا أصغر لكنه ثابت. كشفت النماذج الحاسوبية، مع ذلك، عن مقايضة: الفراغات المخروطية والكرية الأكبر كانت تميل إلى توليد إجهاد داخلي مرتفع ومركز داخل الرغوة، ما قد يقصر عمر النعل أو يسبب تدهور الأداء. أما الفراغات الأسطوانية، خصوصًا ذات القطر الأكبر، فوزعت الإجهاد بشكل أكثر تساويًا وحافظت على قوى داخلية أقل وأكثر توقعًا، رغم أنها لم تقلل ذروة ضغط الجلد بنفس الحدة.

إيجاد توازن عملي للمرضى

تشير النتائج مجتمعة إلى أنه لا يوجد شكل فراغ "مثالي" واحد؛ بل يقدم كل شكل توازنًا مختلفًا بين الحماية الفورية والمتانة على المدى الطويل. قد تكون الفراغات المخروطية الأفضل عندما تكون الحاجة إلى تخفيف ضغط فوري وعالي قصوى لقرحة كعب شديدة أو عنيدة، لكنها قد تتطلب مراقبة أقرب واستبدالًا أكثر تواترًا. توفر الفراغات الكروية أرضية وسطى، مع إزاحة قوية للضغط وإجهاد داخلي أكثر ملاءمة، مما يجعلها واعدة للاستخدام طويل الأمد. تقدم الفراغات الأسطوانية أكثر سلوك متين ومتوقع، وقد تكون ذات قيمة للاستخدام السريري الأوسع أو للمرضى ذوي مناطق الخطر الأكبر. على الرغم من أن هذه الدراسة الاستكشافية استخدمت متطوعًا سليمًا واحدًا فقط، فإنها توضح نهجًا قويًا — دمج بيانات المشي الواقعية مع النمذجة الحاسوبية — لتصميم نعال أذكى ومخصصة للمرضى تحمي أكفأ كعوباً معرضة للخطر.

الاستشهاد: Karatoprak, A.P., Aydin, L. Combining gait analysis and finite element modeling to optimize offloading insoles for calcaneal ulcers. Sci Rep 16, 6383 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35750-9

الكلمات المفتاحية: قرحات قدم السكري, ضغط الكعب, نعال لتخفيف الحمل, تحليل المشي, نمذجة العناصر المنتهية